RU57017U1

RU57017U1 - DEVICE FOR MEASURING NETWORK CAPACITY

Info

Publication number: RU57017U1
Application number: RU2006113037/22U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Иванович Лачин; Андрей Вадимович Кильдияров; Кирилл Юрьевич Соломенцев; Евгений Алексеевич Иванов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Приборостроительный завод "ВИБРАТОР"
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2006-09-27

Abstract

Устройство для измерения емкости сети под напряжением или обесточенной, содержащее блок подключения, блок регистрации, переключатель отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок управления, источник постоянного тока, и измерительно-вычислительный блок, причем выходы блока управления подключены к переключателю и измерительно-вычислительному блоку, источник постоянного тока включен между переключателем и «землей», а блок регистрации подключен к измерительно-вычислительному блоку. 1 н.п.ф. 2 ил.A device for measuring the capacity of a network under voltage or without current, containing a connection unit, a registration unit, a switch, characterized in that a control unit, a direct current source, and a measuring and computing unit are additionally introduced into it, the outputs of the control unit being connected to the switch and the measuring and computing unit, a constant current source is connected between the switch and the "ground", and the registration unit is connected to the measuring and computing unit. 1 n.p.f. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения емкости электрических сетей различного рода, находящихся под напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».The utility model relates to electrical engineering and is intended to measure the capacitance of various types of electrical networks that are energized or de-energized and isolated from the “earth”.

Известно устройство для измерения емкости сети [Карпиловский Л.Н. К вопросу контроля и измерения сопротивления изоляции и емкости судовых сетей постоянного и переменного тока. - Сб. «Вопросы судостроения», сер. «Судовая электротехника и связь», 1977, вып.17, с.47-59], содержащее источник переменного напряжения регулируемой частоты и измерительный прибор, включенные последовательно и подключенные через разделительный блок к контролируемый сети и заземлителю. Процесс измерения сводится к последовательному наложению на измеряемую емкость переменного напряжения двух кратных частот, измерению под действием этих напряжений переменных токов и последующему вычислению емкости по формуле.A device for measuring network capacity [Karpilovsky L.N. On the issue of monitoring and measuring the insulation resistance and capacity of ship DC and AC networks. - Sat “Shipbuilding Issues”, ser. "Marine electrical engineering and communications", 1977, issue 17, p.47-59], containing an adjustable voltage source of variable frequency and a measuring device connected in series and connected through a separation unit to a controlled network and ground electrode. The measurement process is reduced to sequentially superimposing an alternating voltage of two multiple frequencies on the measured capacitance, measuring alternating currents under the influence of these voltages, and then calculating the capacitance by the formula.

Недостатком данного устройства являются невозможность его использования в сетях, находящихся под напряжением, а также трудоемкость проведения измерений и расчетов.The disadvantage of this device is the impossibility of its use in networks under voltage, as well as the complexity of the measurements and calculations.

Известно устройство для измерения емкости сети [Авторское свидетельство СССР, №143141, кл G 01 R 27/26, 1960], находящейся под напряжением, содержащее источник оперативного напряжения, определитель постоянной времени разряда, блок регистрации, переключатель, блок подключения, добавочный резистор, накопительный конденсатор, один вывод которого подключен к корпусу, к первой входной клемме устройства для подключения измеряемой сети и к первому выводу добавочного резистора, второй - к переключателю, к которому также подключен источник оперативного напряжения, второй зажим которого соединен со вторым выводом добавочного резистора и с первым входом определителя постоянной времени разряда, второй вход которого соединен с переключателем, а выход - с блоком регистрации.A device for measuring the network capacitance [USSR Author's Certificate No. 143141, class G 01 R 27/26, 1960], which is energized, contains an operating voltage source, a discharge time constant determiner, a recording unit, a switch, a connection unit, an additional resistor, a storage capacitor, one output of which is connected to the housing, to the first input terminal of the device for connecting the measured network and to the first output of the additional resistor, and the second to the switch, to which the operational conjugation, the second clamp connected to the second terminal of the additional resistor and the first input of the determinant of the discharge time constant, the second input of which is connected to the switch, and an output - a recording unit.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототип) является устройство [Авторское свидетельство СССР, №822080, кл G 01 R 27/18, 27/26, 1981] для измерения емкости сети, находящейся под напряжением, содержащее источник оперативного напряжения, определитель постоянной времени разряда, блок регистрации, блок деления, преобразователь «время - напряжение», переключатель, блок подключения, добавочный резистор, накопительный конденсатор, один вывод которого подключен к корпусу, к первой входной клемме устройства для подключения измеряемой сети и к первому выводу добавочного резистора, второй ко второму контакту переключателя, к первому контакту которого подключен первый зажим источника оперативного напряжения, The closest in technical essence to the proposed utility model (prototype) is a device [USSR Author's Certificate, No. 822080, class G 01 R 27/18, 27/26, 1981] for measuring the capacitance of a live network, containing an operating voltage source, determinant of the discharge time constant, registration unit, division unit, time-voltage converter, switch, connection unit, additional resistor, storage capacitor, one output of which is connected to the housing, to the first input terminal of the device for connecting Nia measured network and to the first terminal of the additional resistor to the second terminal of the second switch, the first contact of which is connected the first source of auxiliary voltage clamp,

второй зажим которого соединен со вторым выводом добавочного резистора и с первым входом определителя постоянной времени разряда, второй вход которого соединен с седьмым контактом переключателя, к короткозамкнутым четвертому и пятому контактам которого подключен выход блока подключения, входы которого соединены с тремя другими входными клеммами устройства, вход преобразователя «время - напряжение» соединен с выходом определителя постоянной времени разряда, первый выход - с шестым контактом переключателя, второй выход - с третьим контактом переключателя и с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с девятым контактом переключателя, третий и четвертый входы подключены параллельно накопительному конденсатору, а выход соединен с блоком регистрации.the second terminal of which is connected to the second output of the additional resistor and to the first input of the detector of the discharge time constant, the second input of which is connected to the seventh contact of the switch, to the short-circuited fourth and fifth contacts of which the output of the connection block is connected, the inputs of which are connected to three other input terminals of the device, the input the time-voltage converter is connected to the output of the determinant of the discharge time constant, the first output with the sixth contact of the switch, the second output with the third the act of the switch and with the first input of the division unit, the second input of which is connected to the ninth contact of the switch, the third and fourth inputs are connected in parallel with the storage capacitor, and the output is connected to the registration unit.

Устройство работает в три этапа и позволяет определить емкость сети.The device operates in three stages and allows you to determine the network capacity.

Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы во время контроля в измерительной цепи отсутствовали другие напряжения, кроме оперативного. Однако добиться этого ни при каком положении движка резистора в блоке подключения в принципе невозможно из-за наличия пульсаций. А наличие этого, переменного, напряжения в цепи измерения приводит к погрешности измерения емкости сети. Причем эта погрешность тем больше, чем больше напряжение контролируемой сети и чем несимметричнее сеть. Поэтому предлагаемое устройство работоспособно лишь в ограниченном диапазоне напряжений контролируемой сети и лишь при ее определенной несимметрии.For normal operation of the device, it is necessary that during the monitoring there are no other voltages in the measuring circuit, except for the operational voltage. However, it is impossible, in principle, to achieve this at any position of the resistor engine in the connection unit due to ripples. And the presence of this alternating voltage in the measurement circuit leads to an error in measuring the network capacity. Moreover, this error is greater, the greater the voltage of the controlled network and the more asymmetric the network. Therefore, the proposed device is operable only in a limited voltage range of the controlled network and only with a certain asymmetry.

Кроме того, данное устройство имеет большую длительность процесса измерения, которая возрастает с увеличением емкости контролируемой сети.In addition, this device has a long measurement process, which increases with increasing capacity of the monitored network.

Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей. Технический результат заключается в уменьшении погрешности и времени измерения.The objective of the proposed utility model is to expand the functionality. The technical result consists in reducing the error and measurement time.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для измерения емкости сети под напряжением или обесточенной, содержащее блок подключения, блок регистрации, переключатель, введены блок управления, источник постоянного тока, и измерительно-вычислительный блок, причем выходы блока управления подключены к переключателю и измерительно-вычислительному блоку, источник постоянного тока включен между переключателем и «землей», а блок регистрации подключен к измерительно-вычислительному блокуThis object is achieved by the fact that in the device for measuring the network capacitance under voltage or without current, containing a connection unit, a registration unit, a switch, a control unit, a direct current source, and a measuring and computing unit are introduced, and the outputs of the control unit are connected to the switch and measuring to the computing unit, a direct current source is connected between the switch and the ground, and the registration unit is connected to the measuring and computing unit

На фиг.1 приведена схема устройства, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Figure 1 shows a diagram of the device, and figure 2 is a timing diagram explaining its operation.

Устройство содержит блок управления 1, измерительно-вычислительный блок 2, блок подключения 3, контролируемую сеть 4, переключатель 5, источник постоянного тока 6, блок регистрации 7, емкости сети 8, 9, 10, 11 и 12, сопротивления изоляции сети 13, 14, 15, 16 и 17.The device comprises a control unit 1, a measuring and computing unit 2, a connection unit 3, a controlled network 4, a switch 5, a direct current source 6, a recording unit 7, network capacities 8, 9, 10, 11 and 12, insulation resistance of the network 13, 14 , 15, 16, and 17.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В момент времени t₁ (фиг.2б, г) соответствующий максимуму одной (любой) из фаз контролируемой сети блок управления 1 подключает At time t ₁ (figb, d) corresponding to the maximum of one (any) of the phases of the controlled network, the control unit 1 connects

измерительно-вычислительный блок 2 к выходу блока подключения 3, который в свою очередь, подключен к фазам контролируемой сети, и происходит измерение и запоминание напряжения U_a1 на выходе блока подключения. Это напряжение всегда отлично от нуля, а его величина зависит от величины напряжения контролируемой сети и от степени ее несимметрия. На фиг.2а показано напряжение фаз сети в случае симметрии, а на фиг.2б - напряжение на выходе блока подключения в случае симметрии, а на фиг.2в и 2г те же напряжения соответственно в случае несимметрии сети.measuring and computing unit 2 to the output of the connection unit 3, which, in turn, is connected to the phases of the controlled network, and the voltage U _a1 is measured and stored at the output of the connection unit. This voltage is always non-zero, and its value depends on the voltage value of the controlled network and on the degree of its asymmetry. On figa shows the voltage of the phases of the network in the case of symmetry, and on figb - voltage at the output of the connection unit in the case of symmetry, and on figv and 2d the same voltage, respectively, in the case of asymmetry of the network.

Одновременно с измерением напряжения на выходе блока подключения в момент времени t₁ происходит подключение с помощью переключателя 5 источника постоянного тока 6, к выходу блока подключения 3.Simultaneously with measuring the voltage at the output of the connection unit at time t ₁ , a connection is made using switch 5 of the DC source 6 to the output of the connection unit 3.

В течение времени, равного периоду частоты напряжения контролируемой сети происходит заряд емкостей сети 8-12 от источника постоянного тока 6, при этом небольшая часть тока протекает через сопротивления изоляции сети 13-17.During a time equal to the period of the voltage frequency of the monitored network, the capacitance of the network 8-12 is charged from the DC source 6, while a small part of the current flows through the insulation resistance of the network 13-17.

Ровно через период напряжения контролируемой сети в момент времени t₂ (фиг.2б, г) измерительно-вычислительный блок 2, управляемый блоком управления 1, вновь измеряет и запоминает напряжение U_a2 на выходе блока подключения 3. Затем в измерительно-вычислительном блоке 2 вычисляется разность напряжений ΔU=U_a2-U_a1.Exactly after the voltage period of the monitored network at time t ₂ (Fig.2b, d), the measuring and computing unit 2, controlled by the control unit 1, again measures and stores the voltage U _a2 at the output of the connecting unit 3. Then, it is calculated in the measuring and computing unit 2 voltage difference ΔU = U _a2 -U _a1 .

Напряжение U_a2 содержит сумму двух составляющих напряжений: первая составляющая в точности равна U_a1, а вторая составляющая U_С определяется величиной источника постоянного тока 6 и величиной эквивалентной емкости сети, равной сумме всех емкостей сети 8-12. Таким образом, U_a2=U_a1+U_С. И, следовательно, ΔU=U_a2-U_a1=U_С.Voltage U _a2 contains the sum of two voltage components: the first component is exactly equal to U _a1 , and the second component U _C is determined by the value of the DC source 6 and the equivalent network capacity equal to the sum of all network capacities 8-12. Thus, U _a2 = U _a1 + U _С. And therefore, ΔU = U _a2 -U _a1 = U _С.

Таким образом, в результате проведения двух измерений напряжений U_a2 и U_a1, на выходе блока подключения 3 полностью устраняется влияние на результат измерения емкости сети напряжения контролируемой сети при любой несимметрии сети.Thus, as a result of two measurements of voltages U _a2 and U _a1 , the output of the connection unit 3 completely eliminates the influence on the result of measuring the network capacitance of the voltage of the controlled network for any asymmetry of the network.

Из анализа эквивалентной схемы сети следует, что эта составляющая U_С определяется по формуле 1 (вывод формулы (1) приведен в приложении).From the analysis of the equivalent network circuit, it follows that this component U _C is determined by formula 1 (the derivation of formula (1) is given in the appendix).

где I - величина источника постоянного тока, а С_Э - величина эквивалентной емкости сети.where I is the value of the DC source, and C _E is the value of the equivalent network capacity.

В измерительно-вычислительном блоке 2 из этого выражения, в котором известны все величины, кроме С_Э, вычисляется величина эквивалентной емкости сети С_Э и это значение передается в блок регистрации 7. Затем процесс измерения емкости сети повторяется. Кроме того, время измерения существенно сокращается.The measuring and computing unit 2 of this expression, in which all the quantities are known except C _E calculated value equivalent capacitance C _E network and this value is transmitted to the recording unit 7. Then, the process is repeated measure network capacity. In addition, the measurement time is significantly reduced.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет меньшую погрешность измерения и меньшее время измерения.Thus, compared with the prototype, the proposed device has a smaller measurement error and shorter measurement time.

Claims

A device for measuring the capacity of a network under voltage or without current, containing a connection unit, a registration unit, a switch, characterized in that it further includes a control unit, a direct current source and a measuring and computing unit, the outputs of the control unit being connected to the switch and the measuring and computing unit, a DC source is connected between the switch and the "ground", and the registration unit is connected to the measuring and computing unit.