Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции электрических машин и аппаратов.

Оценить качество электрической изоляции можно по нескольким параметрам: сопротивлению изоляции, напряжению саморазряда, отношению С₂/С₅₀ и другим величинам [1]. Наиболее объективно оценить качество изоляции можно путем измерения отношения емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции [1, рис.6.1].

Известно устройство для контроля качества электрической изоляции [1, рис.9.8]. Недостатком этого устройства является то, что испытуемый объект приходится заряжать дважды.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для контроля качества электрической изоляции [2], содержащее источник испытательного напряжения, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, выходные выводы, к которым подключают испытуемый объект, масштабный преобразователь напряжения, источник питания цепей управления и измерительный индикатор, в котором выход источника испытательного напряжения через зарядный ключ присоединен к выходным выводам, к которым, кроме того, параллельно подключены масштабный преобразователь и соединенные последовательно разрядный ключ и разрядный резистор. Недостаток его заключается в том, что оно не позволяет непосредственно измерить отношение емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повышение эксплуатационной надежности высоковольтного испытуемого электрооборудования за счет более объективной оценки состояния электрической изоляции путем измерения отношения емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля качества электрической изоляции, содержащее источник испытательного напряжения, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, выходные выводы, к которым подключают испытуемый объект, масштабный преобразователь напряжения, источник питания цепей управления и измерительный индикатор, в котором выход источника испытательного напряжения через зарядный ключ присоединен к выходным выводам, к которым, кроме того, параллельно подключены масштабный преобразователь напряжения и соединенные последовательно разрядный ключ и разрядный резистор, введены замыкающий и размыкающий блок-контакты зарядного ключа, замыкающий блок-контакт разрядного ключа, реле времени, устройство слежения-хранения, сумматор, блок деления напряжений, управляемый ключ, пиковый детектор, дифференцирующий элемент, нуль-компаратор, световой индикатор, причем вход устройства слежения-хранения через замыкающий блок-контакт зарядного ключа подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения, а выход устройства слежения-хранения подключен к неинвертирующему входу сумматора, к инвертирующему входу которого подключен выход пик-детектора, вход которого через управляемый ключ подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения, вход управляемого ключа подключен к выходу реле времени, вход которого через последовательно соединенные замыкающий блок-контакт разрядного ключа и размыкающий блок-контакт зарядного ключа подключен к выводу источника питания цепей управления, выходы сумматора и пик-детектора соединены с входами блокам деления напряжений, выход которого соединен с входом измерительного индикатора, вход дифференцирующего элемента соединен с входом пик-детектора, а выход дифференцирующего элемента соединен с входом нуль-компаратора, выход которого соединен с входом светового индикатора.

Суть изобретения (рисунок 1) заключается в том, что объект испытания ОИ заряжают в течение определенного времени от источника испытательного напряжения ИИН через зарядный ключ Q1. При этом конденсаторы С_Г и ΔС заряжаются до напряжения U₀, которое запоминается. Далее ключ Q1 размыкают и выводы объекта испытания замыкают разрядным ключом Q2 накоротко в течение непродолжительного времени Δt. За это время геометрическая емкость С_Г полностью разряжается до нуля, а напряжение на конденсаторе ΔС, обусловленное внутренним поглощенным зарядом, остается практически неизменным, так как заряд внутреннего поглощения не может изменяться «мгновенно». Спустя время Δt выводы объекта испытания размыкаются. Заряженный до напряжения U₀ конденсатор ΔС и разряженный до нуля конденсатор С_Г оказываются включены параллельно по отношению к выходным выводам. Если пренебречь сопротивлением утечки изоляции, которое представлено в схеме замещения резистором R_y, то можно утверждать, что конденсатор ΔС будет разряжаться через резистор r, заряжая разряженный конденсатор С_Г геометрической емкости до тех пор, пока их напряжения не станут равными:

Из формулы (1) следует, что

или

Как показали исследования, влияние сопротивления R_У не вносит существенной погрешности в напряжение, определяемое по формуле (1). Следовательно, для того, чтобы оценить отношение емкости ΔС изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости С_Г испытуемой изоляции, необходимо измерить напряжение U₀ на заряженном объекте испытания и восстановленное напряжение U_Г на объекте после его кратковременного разряда. Далее необходимо найти искомое отношение по формуле (3).

После того, как напряжения на конденсаторах сравняются, оба конденсатора С_Г и ΔС начнут постепенно разряжаться на резистор R_У. Чтобы уменьшить погрешность в измерении U_Г, следует брать его максимальное значение, исключив тем самым погрешность от разряда на резистор R_У.

Структурная схема устройства для контроля качества электрической изоляции представлена на рисунке 2. Устройство содержит источник испытательного напряжения 1, зарядный ключ 2, испытуемый объект 3, разрядный ключ 4, разрядный резистор 5, масштабный преобразователь напряжения 6, замыкающий блок-контакт 7 зарядного ключа, размыкающий блок-контакт 8 зарядного ключа, замыкающий блок-контакт 9 разрядного ключа, реле времени 10, устройство слежения-хранения 11, сумматор 12, блок деления напряжений 13, измерительный индикатор 14, управляемый ключ 15, пиковый детектор 16, дифференцирующий элемент 17, нуль-компаратор 18, световой индикатор 19, выходные выводы 20 и 21 устройства, конденсатор 22, представляющий собой геометрическую емкость С_Г испытуемого объекта, резистор 23, представляющий собой сопротивление утечки изоляции R_У испытуемого объекта, конденсатор 24, представляющий собой емкость ΔС, обусловленную поглощенным зарядом испытуемого объекта, и резистор 25, представляющий собой внутреннее сопротивление r в схеме замещения испытуемого объекта, источник питания 26 цепей управления с напряжением U_П.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии ключ 4 замкнут, а ключ 2 разомкнут и электрические емкости 22 и 24 объекта испытания 3 разряжаются через разрядный резистор 5, имеющий малое сопротивление. Необходимость введения разрядного резистора 5 вызвана соображениями электромагнитной совместимости, так как в разрядной цепи без разрядного резистора 5 в момент замыкания разрядного ключа 4 возникают большие экстратоки, электромагнитные помехи от которых могут приводить к сбою электронной аппаратуры. После разряда конденсаторов 22 и 24 в течение одной минуты в соответствии с правилами электроустановок блок управления (на схеме не показан) подает сигнал сначала на размыкание ключа 4 и затем на замыкание ключа 2 и обнуление пик-детектора. Реле времени 10 при этом сработать не успевает. При указанном положении ключей 2 и 4 начинается процесс заряда конденсаторов 22 и 24 объекта испытания 3. Блок-контакт 7 при этом замкнут и на вход устройства слежения-хранения 11 подается напряжение, пропорциональное напряжению на объекте испытания. Через одну минуту после начала процесса заряда изоляции зарядный ключ 2 отключается. При этом блок контакт 7 размыкается и устройство слежения-хранения 11 запоминает и хранит напряжение U₁₁=kU₀, пропорциональное напряжению U₀ на конденсаторах 22 и 24. Здесь k - коэффициент пропорциональности масштабного преобразователя напряжения 6. Далее разрядный ключ 4 замыкается на короткое время Δt, в течение которого геометрическая емкость 22 полностью разряжается до нуля, а напряжение на конденсаторе 24, обусловленное внутренним поглощенным зарядом, остается практически неизменным, так как заряд внутреннего поглощения не может изменяться «мгновенно». Спустя время Δt разрядный ключ 4 размыкается. Зарядный ключ остается разомкнутым. Заряженный до напряжения U₀ конденсатор 24 и разряженный до нуля конденсатор 22 оказываются включены параллельно. Конденсатор 24 отдает часть своего заряда конденсатору 22, после чего напряжение на конденсаторе 22 определяется по формуле (1).

Одновременно с началом процесса заряда конденсатора 22 цепь, содержащая блок-контакты 8 и 9, замыкается и реле времени 10 получает питание от напряжения U_П. Через небольшую заданную выдержку времени реле времени 10 срабатывает и посылает сигнал на замыкание управляемого ключа 15, который подключает вход пик-вольтметра к выходу масштабного преобразователя напряжения 6. Как только процесс заряда конденсатора 22 закончится и напряжение на конденсаторе 22 начнет постепенно уменьшаться за счет его разряда на резистор утечки 23, производная напряжения становится сначала равной нулю, а затем отрицательной и напряжение на выходе дифференцирующего элемента 17 становится отрицательным. Нуль-компаратор 18 вырабатывает сигнал логической единицы. Об окончании процесса заряда конденсатора 22 геометрической емкости сигнализирует световой индикатор 19, включенный на выход нуль-компаратора 18.

Напряжение с выхода устройства 11 слежения-хранения U₁₁=kU₀ подано на неинвертирующий вход сумматора 12. Напряжение с выхода пик-детектора 16 U₁₆=kU_Г подано на инвертирующий вход сумматора 12. На выходе сумматора 12 напряжение равно U₁₂=k(U₀-U_Г). Это напряжение подано на один вход делителя 13 напряжений. На другой вход делителя 13 подано напряжение U₁₆=kU_Г с выхода пик-детектора 16. На выходе делителя напряжений 13 сигнал равен

Таким образом, как только сработает световой индикатор 19, по измерительному индикатору 14 можно считать отношение . После этого устройство выключается.

Технико-экономический эффект от предложенного изобретения определяется повышением эксплуатационной надежности высоковольтного испытуемого электрооборудования за счет более объективной оценки состояния электрической изоляции путем измерения отношения емкости изоляции, обусловленной внутренним поглощенным зарядом к геометрической емкости испытуемой изоляции.

Источники информации

1. Серебряков А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2005. - 280 с.

2. А.С. СССР 1749845, кл. G01R 27/02.