RU2144679C1

RU2144679C1 - Procedure testing resistance of insulation and protection of electric network

Info

Publication number: RU2144679C1
Application number: RU98104600A
Authority: RU
Inventors: С.И. Малафеев; В.С. Мамай; Н.А. Серебренников; В.Г. Фролкин
Original assignee: Малафеев Сергей Иванович; Мамай Виктор Степанович; Серебренников Николай Александрович; Фролкин Владимир Георгиевич
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2000-01-20

Abstract

FIELD: electric measuring technology, relay protection of power supply systems. SUBSTANCE: procedure is based on measurement of leakage current from auxiliary source of measurement voltage in the form of periodic sequence of pulses of type specified below

and includes measurement of leakage current I₁ in time interval T <t <2T and leakage current I₂ in time interval 3T < t <4T by integration of voltage drop across standard resistance during period of feeding network, computation of resistance of insulation by formula

, comparison of obtained value with two settings R₁ and R₂, N₁ repetition of measurements with r_ins < R₁ and n₂ repetition of measurements with R₁ < r_ins < R₂ and de-energizing of network in case of sequential verification of fact of decrease of resistance of insulation by n₁ or n₂ times. EFFECT: enhanced noise immunity of measurement of resistance of insulation and reliability of protection of power supply systems. 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите систем электроснабжения и предназначено для использования в электрических сетях переменного тока, содержащих полупроводниковые выпрямительные установки. The present invention relates to electrical engineering and relay protection of power supply systems and is intended for use in electrical AC networks containing semiconductor rectifier installations.

Известны способы контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети, основанные на измерении тока утечки от вспомогательного источника измерительного напряжения, при которых в контролируемую сеть подают единичный скачок измерительного напряжения постоянного тока, в течение переходного процесса установления измерительного напряжения на импедансе изоляции сети в заданный момент времени от начала этого процесса измеряют и запоминают первое мгновенное значение измерительного напряжения на импедансе изоляции сети, после прерывания процесса заряда емкости сети и запоминания существовавшего при этом на импедансе изоляции мгновенного значения измерительного напряжения в переходном процессе фиксируют второе мгновенное значение измерительного напряжения в переходном процессе разряда емкости сети через время, равное заданному времени заряда емкости сети, и вычисляют сопротивление изоляции (А. с. N 1707569 (СССР), МКИ G 01 R 27/18, 1992 г.; А.с. N 1541533 (СССР), МКИ G 01 R 27/18, 1990 г.). Known methods for monitoring the insulation resistance and protecting the electrical network, based on measuring the leakage current from an auxiliary source of measuring voltage, in which a monitored surge in the measuring DC voltage is applied to the controlled network during the transient process of establishing the measuring voltage at the network insulation impedance at a given time from the beginning of this process measures and remembers the first instantaneous value of the measuring voltage at the network insulation impedance, after of the process of charging the network capacitance and storing the instantaneous value of the measuring voltage in the transient during insulation at the insulation impedance, record the second instantaneous value of the measuring voltage in the transition process of discharging the network capacitance after a time equal to the specified time of charging the network capacitance, and calculate the insulation resistance (A. s N 1707569 (USSR), MKI G 01 R 27/18, 1992; A.S. N 1541533 (USSR), MKI G 01 R 27/18, 1990).

При реализации известных способов сопротивление изоляции сети определяется путем вычисления по мгновенным значениям падения напряжения на сопротивлении изоляции в определенные моменты времени переходных процессов заряда и разряда емкости сети. При подключениях или отключениях дополнительных участков сети в течение этих переходных процессов происходит искажение результатов измерений и, как следствие, возможны ложные срабатывания защиты. When implementing the known methods, the insulation resistance of the network is determined by calculating from the instantaneous values of the voltage drop on the insulation resistance at certain points in time the transients of the charge and discharge of the network capacity. When connecting or disconnecting additional network sections during these transients, the measurement results are distorted and, as a consequence, false protection trips are possible.

Следовательно, недостатками известного способа контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети являются низкая помехоустойчивость измерений и, следовательно, низкая надежность защиты. Therefore, the disadvantages of the known method of monitoring the insulation resistance and protection of the electrical network are low noise immunity of measurements and, therefore, low reliability of protection.

Из известных способов наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети, основанный на измерении ток утечки через изоляцию от вспомогательного источника измерительного напряжения, при котором производят заряд емкости сети относительно земли постоянным током неизменного значения до величины заданного напряжения, затем отключают источник тока неизменного значения, подключают источник измерительного постоянного значения напряжения и производят измерение тока утечки, затем повторяют цикл измерения с изменением полярности напряжения. Of the known methods, the closest to the achieved result to the proposed one is a method of monitoring the insulation resistance and protecting the electrical network, based on measuring the leakage current through the insulation from an auxiliary source of measuring voltage, in which the network capacitance is charged with constant current constant voltage to the ground to a predetermined voltage value, then turn off the current source of constant value, connect the source of the measuring constant voltage value and produce and Merenii leakage current measurement cycle is then repeated with a change in voltage polarity.

Согласно предлагаемому способу цикл измерения состоит из двух интервалов. В первом осуществляется заряд емкости сети постоянным током до заданного напряжения, во втором производится измерение тока утечки при подключении к сети относительно земли источника постоянного напряжения. Время заряда емкости постоянным током до заданного напряжения зависит от величины емкости. Поэтому время цикла измерения не постоянно, а изменяется случайным образом. Вследствие этого время срабатывания защиты также является случайной величиной, что служит причиной низкой надежности защиты. Кроме этого, переходные процессы, возникающие при коммутации участков сети при измерениях, служат причиной искажений результатов. Следовательно, известный способ не обеспечивает высокой помехоустойчивости контроля сопротивления изоляции. According to the proposed method, the measurement cycle consists of two intervals. In the first case, the network capacity is charged by direct current to a predetermined voltage, in the second, the leakage current is measured when a constant voltage source is connected to the network relative to the ground. The time for charging a capacitance with direct current to a given voltage depends on the value of the capacitance. Therefore, the measurement cycle time is not constant, but varies randomly. As a result, the response time of the protection is also a random variable, which causes a low reliability of protection. In addition, transients that occur when switching sections of the network during measurements, cause distortion of the results. Therefore, the known method does not provide high noise immunity control of the insulation resistance.

Таким образом, недостатки известного способа контроля сопротивления изоляции - низкая помехоустойчивость измерений и низкая надежность защиты. Thus, the disadvantages of the known method of monitoring the insulation resistance are low noise immunity of measurements and low reliability of protection.

Цель предлагаемого изобретения - повышение помехоустойчивости контроля сопротивления электрической сети. The purpose of the invention is to increase the noise immunity of the resistance control of the electrical network.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети, основанном на измерении тока утечки от вспомогательного источника измерительного напряжения, дополнительно формируют измерительное напряжение в форме периодической последовательности импульсов вида

где U(t) - измерительное напряжение; U₁, U₂ - постоянные напряжения, U₂>U₂; τ - временной интервал, Т - период питающей электрической сети, τ < T, измеряют ток утечки I₁ в интервале времени T<t≤2T и ток утечки I₂ в интервале 3T<t≤4T путем интегрирования падения напряжения на эталонном сопротивлении за период питающей сети, вычисляют сопротивление изоляции по формуле

где r_T - внутреннее сопротивление источника, сравнивают полученное значение с двумя уставками R₁ и R₂, R₁<R₂, при r_из≤R₁ повторяют измерения n₁, а при R₁<r_из≤R₂ повторяют измерения n₂ раз (n₁≤n₂), и при последовательном подтверждении факта снижения сопротивления изоляции n₁ или n₂ раз производят отключение сети.This goal is achieved by the fact that in the known method of controlling the insulation resistance and protecting the electrical network, based on measuring the leakage current from the auxiliary source of the measuring voltage, the measuring voltage is additionally generated in the form of a periodic pulse train of the form

where U (t) is the measuring voltage; U ₁ , U ₂ - constant voltage, U ₂ > U ₂ ; τ is the time interval, T is the period of the supply network, τ <T, the leakage current I ₁ in the time interval T <t≤2T and the leakage current I ₂ in the interval 3T <t≤4T are measured by integrating the voltage drop across the reference resistance for the period mains, calculate the insulation resistance according to the formula

where r _T is the internal resistance of the source, compare the obtained value with the two settings R ₁ and R ₂ , R ₁ <R ₂ , when r _from ≤R ₁ repeat the measurements n ₁ , and when R ₁ <r _from ≤R ₂ repeat the measurements n ₂ times (n ₁ ≤n ₂ ), and upon sequential confirmation of the fact of reducing the insulation resistance n ₁ or n ₂ times, the network is disconnected.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые признаки (операции):
- формируют измерительное напряжение в форме периодической последовательности импульсов вида

U(t) - измерительное напряжение; U₁, U₂ - постоянные напряжения, U₁>U₂; τ - временной интервал, T - период питающей электрической сети;
- измеряют ток утечки I₁ в интервале времени T<t≤2T и ток утечки I₂ в интервале 3T<t≤4T путем интегрирования падения напряжения на эталонном сопротивлении за период питающей электрической сети;
- вычисляют сопротивление изоляции по формуле

где r_T - внутреннее сопротивление источника;
- сравнивают полученное значение r_из с двумя уставками R₁ и R₂, R₁<R₂;
- при r_из≤R₁ повторяют измерения n₁ раз, а при R₁<r_из≤R₂ повторяют измерения n₂ раза (n₁<n₂);
- при последовательном подтверждении факта снижения изоляции n₁ или n₂ раз производят отключение сети.Compared with the closest similar solution, the proposed technical solution has the following new features (operations):
- form a measuring voltage in the form of a periodic sequence of pulses of the form

U (t) is the measuring voltage; U ₁ , U ₂ - constant voltage, U ₁ > U ₂ ; τ is the time interval, T is the period of the power supply network;
- measure the leakage current I ₁ in the time interval T <t≤2T and the leakage current I ₂ in the interval 3T <t≤4T by integrating the voltage drop across the reference resistance for the period of the power supply network;
- calculate the insulation resistance according to the formula

where r _T is the internal resistance of the source;
- comparing the obtained value _of r with two setpoints R ₁ and R _2, R ₁ <R _2;
- at r _from ≤R ₁ , measurements are repeated n ₁ times, and at R ₁ <r _from ≤R ₂ , measurements are repeated n ₂ times (n ₁ <n ₂ );
- when sequentially confirming the fact of insulation reduction n ₁ or n ₂ times, the network is disconnected.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна". Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "novelty."

При реализации предлагаемого изобретения повышается помехоустойчивость и надежность контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети. Это обеспечивается совокупностью следующих технических решений, реализуемых в предлагаемом способе:
- постоянством времени измерения, задаваемом периодическим измерительным сигналом;
- помехоустойчивым измерением тока утечки путем интегрирования падения напряжения на эталонном измерительном сопротивлении строго за период питающей сети, при котором обеспечивается фильтрация всех гармонических составляющих с частотами, пропорциональными частоте сети;
- подтверждением факта снижения сопротивления изоляции n₁ или n₂ раз в зависимости от величины измеренного пониженного сопротивления (чем меньше сопротивление, тем опаснее аварийная ситуация и, следовательно, должно быть минимальным время срабатывания защиты);
- формированием измерительного напряжения специальной формы, при которой обеспечивается форсированный заряд емкостей сети и гарантированный интервал измерения, равный периоду питающей сети, в установившемся режиме.When implementing the invention, the noise immunity and reliability of monitoring the insulation resistance and protecting the electrical network are increased. This is ensured by a combination of the following technical solutions implemented in the proposed method:
- the constancy of the measurement time specified by the periodic measuring signal;
- noise-resistant measurement of the leakage current by integrating the voltage drop across the reference measuring resistance strictly for the period of the supply network, at which filtering of all harmonic components with frequencies proportional to the frequency of the network is ensured;
- confirmation of the fact that the insulation resistance decreases n ₁ or n ₂ times depending on the value of the measured reduced resistance (the lower the resistance, the more dangerous the emergency situation and, therefore, the protection response time must be minimal);
- the formation of the measuring voltage in a special form, which ensures a forced charge of the network capacitance and a guaranteed measurement interval equal to the period of the supply network in steady state.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект". Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "positive effect".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области измерительной техники и релейной защиты. For each distinguishing feature, a search is made for known technical solutions in the field of measurement technology and relay protection.

Известны операции формирования измерительного напряжения в виде периодического сигнала, а также форсирования измерительного сигнала (А.с. N 1224744, МКИ G 01 R 27/18, 1986 г., А.с. N 1541533, G 01 R 27/18, 1990 г.). Known are the operations of generating the measuring voltage in the form of a periodic signal, as well as forcing the measuring signal (A.S. N 1224744, MKI G 01 R 27/18, 1986, A.S. N 1541533, G 01 R 27/18, 1990 g.).

Однако в известных способах формирование двухполярного измерительного сигнала и напряжения ускоренного заряда осуществляется раздельно. В предлагаемом способе измерительное напряжение и напряжение форсированного заряда емкостей формируются в виде единого тестового сигнала. Использование для этой цели микропроцессорного задающего устройства позволяет обеспечить высокую точность измерений и повысить надежность защиты. However, in the known methods, the formation of a bipolar measuring signal and the voltage of the accelerated charge is carried out separately. In the proposed method, the measuring voltage and the voltage of the forced charge of the capacitors are formed in the form of a single test signal. The use of a microprocessor driver for this purpose allows for high measurement accuracy and increased protection reliability.

Известны операции измерения тока утечки через изоляцию при положительном и отрицательном измерительных напряжениях (А.с. N 1737363 (СССР), МКИ G 01 R 27/18, 1992 г. ). В предлагаемом способе также производится измерение тока при положительном и отрицательном напряжениях, но измерение производится путем интегрирования сигнала строго за период питающей сети. Это позволяет повысить помехоустойчивость измерений и надежность защиты. Known are the operations of measuring the leakage current through insulation at positive and negative measuring voltages (A.S. N 1737363 (USSR), MKI G 01 R 27/18, 1992). In the proposed method, the current is also measured at positive and negative voltages, but the measurement is made by integrating the signal strictly over the period of the supply network. This improves the noise immunity of measurements and the reliability of protection.

Операции вычисления сопротивления изоляции по формуле

где r_T - внутреннее сопротивление источника и сравнения полученного значения с двумя уставками R₁ и R₂, R₁<R₂, повторение измерений n₁ раз при r_из≤R₁ и n₂ раз при R₁<r_из≤R₂ и отключения сети при последовательном подтверждении факта снижения сопротивления изоляции n₁ или n₂ раз в известных способах аналогичного назначения не обнаружены.The operations of calculating the insulation resistance by the formula

where r _T is the internal resistance of the source and comparing the obtained value with two settings R ₁ and R ₂ , R ₁ <R ₂ , repeating the measurements n ₁ time for r _of ≤R ₁ and n ₂ times for R ₁ <r _of ≤R ₂ and disconnecting the network during the sequential confirmation of the fact of reducing the insulation resistance n ₁ or n ₂ times in the known methods of similar purpose were not found.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию "существенные отличия". Thus, these features provide the claimed technical solution according to the requirement of "significant differences".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана упрощенная принципиальная схема трехфазной электрической сети, поясняющая способ контроля сопротивления изоляции сети при наличии в сети вентильного преобразователя П, на фиг. 2 приведена эквивалентная однолинейная схема электрической сети, на фиг. 3 показана диаграмма измерительного напряжения. The essence of the invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a simplified schematic diagram of a three-phase electrical network explaining a method for monitoring the insulation resistance of a network in the presence of a valve converter P in the network, FIG. 2 shows an equivalent single-line circuit of an electric network; FIG. 3 shows a diagram of the measuring voltage.

На фиг. 1 обозначено: e_A, e_B, e_C - напряжения фаз контролируемой сети; U_T - напряжение источника тестового сигнала; r_T2, r_T3 - сопротивления добавочных резисторов, r_и - эталонный измерительный резистор; r_A, r_B, r_C - сопротивления изоляции фаз соответственно А, В и С контролируемой сети; C_A, C_B, C_C - емкости фаз А, В и С; П - вентильный преобразователь; r_п1, r_п2 - сопротивления изоляции сети постоянного тока (для фидеров, подключенных к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя П); C_п1, C_п2 - емкости сети постоянного тока; Z_п - комплексное сопротивление нагрузки преобразователя.In FIG. 1 is indicated: e _A , e _B , e _C - phase voltage of the controlled network; U _T is the voltage of the test signal source; r _T2 , r _T3 - resistance of additional resistors, r _and - reference measuring resistor; r _A , r _B , r _C - insulation resistance of the phases, respectively, A, B and C of the controlled network; C _A , C _B , C _C - capacitance of phases A, B and C; P - valve converter; r _p1 , r _p2 - insulation resistance of the DC network (for feeders connected to the positive and negative poles of rectifier P); C _p1 , C _p2 - DC network capacitance; Z _p - the integrated load resistance of the Converter.

Напряжение от источника U_T через звезду добавочных резисторов r_Т1, r_Т2, r_Т3 поступает в контролируемую трехфазную сеть. Ток, протекающий в контуре: "источник тестового сигнала" U_Т - добавочные резисторы r_Т1, r_Т2, r_Т3 - сопротивление изоляции - земля, контролируется по величине падения напряжения на измерительном резисторе r_и. Величина сопротивления изоляции вычисляется в зависимости от измеренного тока и известного тестового напряжения.The voltage from the source U _T through the star of additional resistors r _T1 , r _T2 , r _T3 enters a controlled three-phase network. The current flowing in the circuit: "test signal source" U _T - additional resistors r _T1 , r _T2 , r _T3 - insulation resistance - ground, is controlled by the magnitude of the voltage drop across the measuring resistor r _and . The value of the insulation resistance is calculated depending on the measured current and the known test voltage.

Алгоритм идентификации сопротивления поясняется с помощью эквивалентной однолинейной схемы, показанной на фиг. 2, где обозначено: C_э, r_э - эквивалентные емкость и сопротивление изоляции контролируемой сети; C_п, r_п - -эквивалентная емкость и сопротивление изоляции в сети постоянного тока; U_п - постоянная составляющая напряжения.The resistance identification algorithm is illustrated using the equivalent single-line circuit shown in FIG. 2, where it is indicated: C _e , r _e - equivalent capacitance and insulation resistance of the controlled network; C _p , r _p - equivalent capacitance and insulation resistance in a direct current network; U _p - the constant component of the voltage.

Источник тестового сигнала в течение интервала времени τ < t ≤ 2T формирует постоянное напряжение U_Т= U₂. В установившемся режиме ток этого источника равен

где r_из - эквивалентное сопротивление изоляции сети, r_из = r_э||r_п.
В течение интервала времени 2T+τ < t ≤ 4T источник тестового сигнала формирует напряжение U_Т=U₂. В этом случае ток источника равен

Решение системы уравнений (1) и (2) относительно r_из дает формулу

инвариантную относительно величины постоянного напряжения U_п в предположении U_Т=const в интервале измерения.The source of the test signal during the time interval τ <t ≤ 2T generates a constant voltage U _T = U ₂ . In steady state, the current of this source is

where r _from is the equivalent insulation resistance of the network, r _from = r _e || r _p .
During the time interval 2T + τ <t ≤ 4T, the source of the test signal generates a voltage U _T = U ₂ . In this case, the source current is

The solution of the system of equations (1) and (2) with respect to r _from gives the formula

invariant with respect to the constant voltage U _p under the assumption U _T = const in the measurement interval.

Форма тестового сигнала показана на фиг. 3. Тестовое напряжение представляет собой последовательность разнополярных импульсов специальной формы. В интервале времени 0 < t ≤ τ напряжение U_Т = U₁ и обеспечивает ускоренный процесс перехода электрической системы в установившееся состояние (форсированный заряд емкостей C и C_п). Для исключения влияния на результаты измерения переменной составляющей, обусловленной протеканием через измерительный резистор r_и токов, вызванных источниками e_A, e_B, e_C, измерения токов I₁ и I₂ осуществляются в установившемся режиме путем интегрирования падения напряжения на r_и за период сети.The waveform of the test signal is shown in FIG. 3. The test voltage is a sequence of bipolar pulses of a special shape. In the time interval 0 <t ≤ τ, the voltage is U _T = U ₁ and provides an accelerated process of transition of the electric system to the steady state (forced charge of the capacitors C and C _p ). To exclude the influence on the measurement results of the variable component due to the flow through the measuring resistor r _and currents caused by sources e _A , e _B , e _C , measurements of currents I ₁ and I _{2 are} carried out in steady state by integrating the voltage drop across r _and over the network period .

Алгоритм формирования сигнала аварийного отключения предусматривает сравнение вычисленного значения эквивалентного сопротивления изоляции с двумя уставками R₁ и R₂ (например, 1 кОм и 10 кОм), и повторные измерения с целью подтверждения полученного результата. В первом случае (при r_из≤R₁) производится n₁ повторное измерение, во втором случае (при r_из≤R₂) n₂ повторные измерения.The emergency shutdown signal generation algorithm compares the calculated value of the equivalent insulation resistance with two settings R ₁ and R ₂ (for example, 1 kΩ and 10 kΩ), and repeated measurements in order to confirm the result. In the first case (with r _from ≤R ₁ ), n _{1 is} repeated measured, in the second case (with r _from ≤R ₂ ) n _{2 are} repeated measurements.

На фиг. 4 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Она содержит драйвер 1 питания микроконтроллера 3, кварцевый резонатор 2, микроконтроллер 3, цифроаналоговый преобразователь 4, усилитель 5, блок питания 6, элементы индикации 7, 9, 10 и 17, исполнительный усилитель 8, интегратор 11, измерительный резистор 12, реле блокировки 13, устройство блокировки 14, детектор тестового сигнала 15, формирователь 16 сигнала об исправной работе устройства и нарушении изоляции, добавочные резисторы 18, 19 и 20, исполнительное устройство 21, кнопку 22, резистор 23 и разъем 24 для подключения устройства. In FIG. 4 shows a functional diagram of a device that implements the proposed method. It contains a driver 1 for powering the microcontroller 3, a quartz resonator 2, a microcontroller 3, a digital-to-analog converter 4, an amplifier 5, a power supply 6, indication elements 7, 9, 10, and 17, an executive amplifier 8, an integrator 11, a measuring resistor 12, a blocking relay 13 , a locking device 14, a detector of a test signal 15, a driver 16 of a signal about the proper operation of the device and insulation failure, additional resistors 18, 19 and 20, an actuator 21, a button 22, a resistor 23 and a connector 24 for connecting the device.

Тестовый сигнал формируется с помощью микроконтроллера 3 и с него поступает в виде последовательного кода на цифроаналоговый преобразователь 4. Аналоговый тестовый сигнал с выхода ЦАП 4 усиливается усилителем мощности 5 и через звезду добавочных резисторов 18, 19, 20 подается в контролируемую трехфазную сеть. The test signal is generated using the microcontroller 3 and from it is transmitted in the form of a serial code to the digital-to-analog converter 4. The analog test signal from the output of the DAC 4 is amplified by a power amplifier 5 and fed through a star of additional resistors 18, 19, 20 to a controlled three-phase network.

Ток утечки контролируется с помощью измерительного резистора 12, напряжение с которого подается на один из входов интегратора 11, который является элементом аналогоцифрового преобразователя, реализованного в микроконтроллере 3. The leakage current is controlled using a measuring resistor 12, the voltage from which is supplied to one of the inputs of the integrator 11, which is an element of an analog-to-digital converter implemented in microcontroller 3.

Обработка измерительной информации, состоящая в определении и запоминании значений токов I₁ и I₂, вычислении сопротивления изоляции в соответствии с формулой (3), сравнении результата с уставками, запоминании результата и организации повторных измерений при выполнении условий r_из≤R₁ или r_из≤R₂, а также формировании сигналов аварийного отключения и снижении сопротивления изоляции до критических значений, выполняется с помощью микроконтроллера 3.Processing of measurement information, which consists in determining and storing the values of currents I ₁ and I ₂ , calculating the insulation resistance in accordance with formula (3), comparing the result with the settings, storing the result and organizing repeated measurements when the conditions r _from ≤R ₁ or r _from ≤R ₂ , as well as the formation of emergency shutdown signals and the reduction of insulation resistance to critical values, is performed using microcontroller 3.

Процедуры формирования тестового сигнала, вычислений значения сопротивления изоляции и сравнения результата с уставками осуществляются в режиме реального времени с дискретностью, равной 4Т. The procedures for generating a test signal, calculating the insulation resistance value and comparing the result with the settings are carried out in real time with a resolution of 4T.

Если в результате очередного измерения обнаруживается, что сопротивление изоляции r_из менее R₁, это событие запоминается. Если в последующих тактах такой же результат повторяется n₁ раз, на выходе 7 микроконтроллера формируется сигнал с уровнем логической единицы, который усиливается исполнительным усилителем 8 и поступает одновременно на элемент индикации 7 (красный светодиод "Авария"), формирователь сигнала контроля 16, который формирует сигнал о нарушении изоляции для передачи по линии связи на диспетчерский пункт, и через элемент блокировки 14 на исполнительный орган 21.If the result of the next measurement it is found that the insulation resistance _of less than R r _1, this event is stored. If in the following clock cycles the same result is repeated n ₁ times, at the output of the 7 microcontroller a signal is generated with a logic unit level, which is amplified by the executive amplifier 8 and simultaneously transmitted to the indication element 7 (red LED "Alarm"), the driver of the control signal 16, which generates a signal about the violation of isolation for transmission over the communication line to the control room, and through the blocking element 14 to the executive body 21.

Если в результате измерения обнаруживается, что сопротивление изоляции R₁≤r_из≤R₂, то сигнал в виде логической единицы на выводе 7 микроконтроллера 3 формируется после n2 последовательных подтверждений этого события.If as a result of the measurement it is found that the insulation resistance R ₁ ≤r _of ≤R ₂ , then a signal in the form of a logical unit at pin 7 of microcontroller 3 is formed after n2 consecutive confirmations of this event.

Элементы индикации 9 и 10 (желтые светодиоды "Контроль изоляции") предназначены для визуального контроля факта снижения сопротивления изоляции до первого R₃ и второго R₄ критических значений, не создающих опасности для персонала, но свидетельствующих об ухудшении свойств изоляции.Display elements 9 and 10 (yellow LEDs "Insulation control") are intended for visual monitoring of the fact that the insulation resistance decreases to the first R ₃ and second R ₄ critical values that do not pose a danger to personnel, but indicate a deterioration in the insulation properties.

Устройство блокировки 14 управляется внешним сигналом постоянного тока с помощью реле 13 и предназначено для запрещения срабатывания аварийного отключения в произвольный момент времени, например, при выполнении ответственных технологических операций. В таких случаях отключение производится оператором при появлении сигнала о нарушении изоляции на диспетчерском пункте или непосредственно в устройстве (элемент индикации 7). The locking device 14 is controlled by an external DC signal using a relay 13 and is designed to prohibit the emergency shutdown at an arbitrary point in time, for example, when performing critical technological operations. In such cases, the shutdown is performed by the operator when a signal appears about the insulation violation at the control room or directly in the device (display element 7).

Контроль рабочего состояния устройства осуществляется по наличию тестового сигнала на выходе усилителя 5. Для этого тестовый сигнал преобразуется специальным детектором 15, наличие напряжения на выходе которого отображается с помощью элемента индикации 17 (зеленый светодиод "Работа"). Сигнал с выхода детектора 15 поступает на вход формирователя сигнала контроля, осуществляющего передачу сигнала об исправной работе устройства по линии связи на диспетчерский пункт. The operating status of the device is monitored by the presence of a test signal at the output of amplifier 5. For this, the test signal is converted by a special detector 15, the presence of voltage at the output of which is displayed using indication element 17 (green LED "Operation"). The signal from the output of the detector 15 is fed to the input of the shaper of the control signal, transmitting a signal about the proper operation of the device via the communication line to the control room.

Контроль рабочего состояния микроконтроллера осуществляется с помощью сторожевого таймера. Monitoring the operating state of the microcontroller is carried out using a watchdog timer.

Электропитание устройства производится переменным напряжением 380 В, 50 Гц. Блок питания 6 формирует стабилизированные напряжения +5 В, ±20 В и ±110 В. The device is powered by an alternating voltage of 380 V, 50 Hz. Power supply 6 generates stabilized voltages +5 V, ± 20 V and ± 110 V.

Драйвер 1 питания предназначен для запуска микроконтроллера при достижении напряжением источника заданного уровня (+4 В). The driver 1 power is designed to start the microcontroller when the voltage reaches the source of a given level (+4 V).

Схема контроля (кнопка 22 "Контроль" и резистор 23) предназначена для оперативной проверки работоспособности устройства путем создания искусственного замыкания на землю. The control circuit (button 22 "Control" and resistor 23) is intended for operational verification of the operability of the device by creating an artificial earth fault.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять контроль сопротивления изоляции и защиту электрической сети и обеспечивает повышенные помехоустойчивость измерений и надежность защиты за счет:
- постоянства времени измерения, задаваемого периодическим измерительным сигналом;
- помехоустойчивым измерением тока утечки путем интегрирования падения напряжения на эталонном измерительном сопротивлении строго за период питающей сети, при котором обеспечивается фильтрация всех гармонических составляющих с частотами, пропорциональными частоте сети;
- подтверждения факта снижения сопротивления изоляции n₁ или n₂ раз в зависимости от величины измеренного пониженного напряжения;
- формирования измерительного напряжения специальной формы, при которой обеспечивается форсированный заряд емкостей сети и гарантированный интервал измерения, равный периоду питающей сети, в установившемся режиме.Thus, the proposed method allows monitoring the insulation resistance and protecting the electrical network and provides increased noise immunity of measurements and reliability of protection due to:
- the constancy of the measurement time specified by the periodic measuring signal;
- noise-resistant measurement of the leakage current by integrating the voltage drop across the reference measuring resistance strictly for the period of the supply network, at which filtering of all harmonic components with frequencies proportional to the frequency of the network is ensured;
- confirmation of the fact that the insulation resistance is reduced n ₁ or n ₂ times depending on the magnitude of the measured reduced voltage;
- the formation of the measuring voltage in a special form, which ensures a forced charge of the network capacitance and a guaranteed measurement interval equal to the period of the supply network in steady state.

Устройство, реализующее предлагаемый способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети, успешно прошло испытания в сети 0,4 кВ в условиях полигона Национального научного центра горного производства- Института горного дела им. А.А.Скочинского (ННЦГП-ИГД им. А.А.Скочинского). A device that implements the proposed method for monitoring the insulation resistance and protecting the electric network has successfully passed tests in the 0.4 kV network in the conditions of the training ground of the National Scientific Center for Mining Production - Institute of Mining named after A.A.Skochinsky (NSCGP-IGD named after A.A.Skochinsky).

Следовательно, использование в предлагаемом способе контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети, основанном на измерении тока утечки от вспомогательного источника измерительного напряжения, дополнительно формирования измерительного напряжения в форме периодической последовательности импульсов вида

измерения тока утечки I₁ в интервале времени T<t≤2T и тока утечки I₂ в интервале времени 3T<t≤4T путем интегрирования падения напряжения на эталонном сопротивлении за период питающей сети, вычисления сопротивления изоляции по формуле

сравнения полученного значения R_из с двумя уставками R₁ и R₂, R₁<R₂, при r_из≤R₁ повторения измерений n₁ раз, а при R₁<r_из≤R₂ повторения измерений n₂ раз (n₁≤n₂), при последовательном подтверждении факта снижения сопротивления изоляции n₁ или n₂ раз отключения сети, позволяет повысить помехоустойчивость измерений и надежность защиты.Therefore, the use in the proposed method of monitoring insulation resistance and protecting the electrical network, based on measuring the leakage current from an auxiliary source of measuring voltage, additionally generating a measuring voltage in the form of a periodic pulse train of the form

measuring the leakage current I ₁ in the time interval T <t≤2T and the leakage current I ₂ in the time interval 3T <t≤4T by integrating the voltage drop across the reference resistance for the period of the supply network, calculating the insulation resistance by the formula

comparing the obtained value of R _from with two settings R ₁ and R ₂ , R ₁ <R ₂ , when r _from ≤R _1, repeat measurements n ₁ times, and when R ₁ <r _from ≤R ₂ repeat measurements n ₂ times (n ₁ ≤n ₂ ), with the sequential confirmation of the fact of reducing the insulation resistance n ₁ or n ₂ times the disconnection of the network, it improves the noise immunity of measurements and the reliability of protection.

Claims

A method of monitoring the insulation resistance and protecting the electrical network, based on measuring the leakage current from an auxiliary source of measuring voltage, characterized in that they additionally form a measuring voltage in the form of a periodic sequence of pulses of the form

where U (t) is the measuring voltage;
U ₁ , U ₂ - constant voltage, U ₁ > U ₂ ;
τ is the time interval;
T is the period of the power supply network, τ <T,
measure the leakage current I ₁ in the time interval T <t ≤ 2T and the leakage current I ₂ in the interval 3T <t ≤ 4T by integrating the voltage drop across the reference resistance for the period of the supply network, calculate the insulation resistance by the formula

where r _T is the internal resistance of the source, the obtained value is compared with the two settings R ₁ and R ₂ , R ₁ <R ₂ , for r _of ≤ R ₁ repeat the measurement n ₁ times, and for R ₁ <r _of ≤ R ₂ repeat the measurement n ₂ times (n ₁ ≤ n ₂ ), and upon successive confirmation of the fact that the insulation resistance decreases n ₁ or n ₂ times, the network is disconnected.