Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7067
(13) U
(46) 2011.02.28
(51) МПК (2009)
G 01R 17/00
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ИЗОЛЯЦИИ СИСТЕМ ПИТАНИЯ
(21) Номер заявки: u 20100520
(22) 2010.06.03
(31) CZ2009-21294 U (32) 2009.06.04 (33) CZ
(71) Заявитель: АЖД ПРАГА с.р.о. (CZ)
(72) Авторы: ПРОКОПЕЦ, Радек; БУР-
ДА, Мартин; ДОУБЕК, Павел;
ШРОТИРЖ, Милан; ВОДИЧКА,
Петр (CZ)
(73) Патентообладатель: АЖД ПРАГА
с.р.о. (CZ)
(57)
1. Устройство для измерения сопротивления изоляции, по крайней мере, одной систе-
мы питания относительно земли, включающее источник (1) испытательного напряжения
постоянного тока, один вывод которого подключен через измеритель (R1…R4) сопротив-
ления изоляции, выключатели (S2, S4…S10) и соответствующие резисторы связи и опор-
ные резисторы к измерительным входам (S1A…S4A, S1B…S4B), посредством которых
устройство подключено к соответствующей системе питания, а второй вывод через вы-
ключатель (S1) подключен к заземляющим клеммам (ZA и ZB), отличающееся тем, что
оно присоединено к заземляющим клеммам (ZA и ZB) двумя проводами, своими измери-
тельными входами (S1A…S4A, S1B…S4B) оно присоединено к соответствующей системе
питания также двумя проводами, причем оба места присоединения устройства к земле от-
делены друг от друга и в то же время гальванически соединены землей, оба места присое-
динения устройства к измеряемой системе питания также отделены друг от друга и в то
же время гальванически соединены измеряемой системой питания.
Фиг. 1
BY7067U2011.02.28

2. BY 7067 U 2011.02.28
2
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник (1) испытательного напряже-
ния постоянного тока одним выводом подключен через первый выключатель (S1) к пер-
вой заземляющей клемме (ZA), соединенной заземляющим проводом со второй
заземляющей клеммой (ZB), и одновременно соединен через второй выключатель (S2) и
первый опорный резистор (3) с первой измеряемой системой питания, второй вывод ис-
точника (1) испытательного напряжения постоянного тока через измеритель (R1) сопро-
тивления изоляции и последовательно соединенные четвертый выключатель (S4) и
резистор связи (2) подключен вторым проводом к первой измеряемой системе питания,
общая точка измерителя (R1) сопротивления изоляции и четвертого выключателя (S4) да-
лее соединена через второй опорный резистор (4) и третий выключатель (S3) со второй
заземляющей клеммой (ZB), между обеими заземляющими клеммами включен третий
конденсатор (С9), причем общая точка четвертого выключателя (S4) и резистора связи (2)
через второй конденсатор (С2) соединена с общей точкой первого выключателя (S1) и
первой заземляющей клеммы (ZA), аналогично общая точка второго выключателя (S2) и
первого опорного резистора (3) через первый конденсатор (C1) подключена к общей точке
первого выключателя (S1) и первой заземляющей клеммы (ZA).
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник (1) испытательного напряже-
ния постоянного тока и измерители (R2…R4) сопротивления изоляции подключены к из-
мерительным входам независимых друг от друга второй, третьей и четвертой измеряемых
систем питания и к земле также двумя проводами.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что каждый выключатель
(S1…S10) выполнен на полупроводниковых реле.
(56)
1. Регистратор данных ZL 09/2006-SZ. Информационный лист Чешской Железнодо-
рожной компании. - 2006.
Предметом настоящего технического решения является устройство для измерения со-
противления изоляции систем питания относительно земли, и данное устройство указыва-
ет на снижение этого сопротивления ниже допустимого граничного значения.
В настоящее время для контроля состояния изоляции систем питания относительно
земли известно и используется аналоговое устройство с источником испытательного на-
пряжения постоянного тока, работающее по принципу компаратора с использованием
операционного усилителя, когда один вход находится под напряжением, отвечающим то-
ку сквозной проводимости, который зависит от сопротивления изоляции системы питания
относительно земли, а на другой вход подается опорная величина напряжения, которая
отвечает, по крайней мере, значению сопротивления изоляции. Неподходящее состояние
указывается загоранием соответствующего светоизлучающего диода (СИД). Известное
устройство обеспечивает непрерывный контроль сопротивления изоляции, но его недос-
таток состоит в том, что значение сопротивления изоляции не фиксируется и поэтому
нельзя следить за его временным трендом.
Кроме ручных измерителей, известны автоматические измерители сопротивления изо-
ляции систем питания, например измерительные станции, которые позволяют произво-
дить измерения относительно земли, а также взаимно между отдельными системами.
Такие системы включают один источник испытательного напряжения постоянного тока и
один измеритель сопротивления изоляции, который подключается постепенно матрицей
выключателей между отдельными системами питания и землей [1].
Преимуществом названных систем является измерение в цифровой форме для после-
дующего хранения и отображения в вышестоящей диагностической системе. Недостатки
этих систем состоят в длительности измерения, связанной со временем успокоения изме-

3. BY 7067 U 2011.02.28
3
ряемой величины после подключения источника испытательного напряжения к измеряемой
системе, и принципиальной невозможности их использования для непрерывного контроля.
Недостатком вышеуказанных устройств является также то, что они не способны раз-
личить идеальное сопротивление изоляции систем питания при отключении измеряемой
системы питания от измерительных входов, которое может наступить при длительном
включении в цепь, например, вследствие ослабления механических клемм.
Заявляемое техническое решение касается устройства для измерения сопротивления
изоляции, по крайней мере, одной системы питания относительно земли, включающего
источник испытательного напряжения постоянного тока, один вывод которого подключен
через измеритель сопротивления изоляции, выключатели и соответствующие резисторы
связи и опорные резисторы к измерительным входам, посредством которых устройство
подключено к соответствующей системе питания, а второй вывод через другой выключа-
тель подключен к заземляющим клеммам.
Сущность технического решения состоит в подключении к заземляющим клеммам
двумя проводами, а также присоединении своими измерительными входами к соответст-
вующей системе питания также двумя проводами, причем оба места присоединения уст-
ройства к земле отделены друг от друга и в то же время гальванически соединены землей,
оба места присоединения устройства к измеряемой системе питания также отделены друг
от друга и в то же время гальванически соединены измеряемой системой питания.
Источник испытательного напряжения постоянного тока в одной из возможных реали-
заций технического решения одним выводом подключен через первый выключатель к пер-
вой заземляющей клемме, соединенной заземляющим проводом со второй заземляющей
клеммой, и одновременно соединен через второй выключатель и первый опорный резистор
с первой измеряемой системой питания, второй вывод источника испытательного напряже-
ния постоянного тока через измеритель сопротивления изоляции и последовательно соеди-
ненные четвертый выключатель и резистор связи подключен вторым проводом к первой
измеряемой системе питания. Общая точка измерителя сопротивления изоляции и четверто-
го выключателя (S4) далее соединена через второй опорный резистор (4) и третий выключа-
тель (S3) со второй заземляющей клеммой (ZB). Между обеими заземляющими клеммами
включен третий конденсатор (С9), причем общая точка четвертого выключателя (S4) и ре-
зистора связи (2) через второй конденсатор (C2) соединена с общей точкой первого выклю-
чателя (S1) и первой заземляющей клеммы (ZA), аналогично общая точка второго
выключателя (S2) и первого опорного резистора (3) через первый конденсатор (C1) под-
ключена к общей точке первого выключателя (S1) и первой заземляющей клеммы (ZA).
Источник (1) испытательного напряжения постоянного тока и измерители (R2…R4)
сопротивления изоляции могут быть подключены к измерительным входам взаимно неза-
висимых второй, третьей и четвертой измеряемых систем питания и к земле также двумя
проводами. Выключатели могут быть выполнены каждый на полупроводниковых реле.
Задачей заявленного технического решения является создание устройства, обеспечи-
вающего непрерывное измерение сопротивления изоляции систем питания относительно
земли, которые переносятся в вышестоящую диагностическую систему для наблюдения
их временного тренда и индикации их снижения ниже допустимого граничного значения.
Решение также позволяет различать идеальное сопротивление изоляции при отключенных
измерительных клеммах от измеряемой системы питания или земли. Оно позволяет также
привести измерительные входы в положение высокого импенданса, чтобы можно было
провести измерение систем питания в ручном режиме или автоматизированное измерение
посредством измерительных станций.
На приложенных чертежах изображен пример реализации заявленного технического
решения, ниже дано его подробное описание с объяснением. На фиг. 1 представлена блок-
схема устройства. На фиг. 2 дан пример подключения устройства к измеряемым системам
питания и к земле.

4. BY 7067 U 2011.02.28
4
Устройство включает источник 1 испытательного напряжения постоянного тока, на-
пример DC 100 B, который подключен одним своим выводом (положительным выводом)
через первый выключатель S1 к первой заземляющей клемме ZA, соединенной через землю
со второй заземляющей клеммой ZB. Этот вывод источника испытательного напряжения
постоянного тока одновременно соединен через второй выключатель S2 и первый опорный
резистор 3 (образованный парой последовательно включенных резисторов) со второй клем-
мой S1B первой измеряемой системы питания. Второй вывод (отрицательный вывод) ис-
точника 1 испытательного напряжения постоянного тока подключен через измеритель R1
сопротивления изоляции и последовательно соединенные четвертый включатель S4 и рези-
стор 2 связи (образованный парой последовательно включенных резисторов) к первой
клемме S1A первой измеряемой системы питания. Первая и вторая клеммы S1A и S1B об-
разуют измерительные входы устройства по отношению к первой измеряемой системе пи-
тания. Общая точка измерителя R1 и четвертого выключателя S4 далее связана через второй
опорный резистор 4 (образованный парой последовательно включенных резисторов) и тре-
тий выключатель S3 со второй заземляющей клеммой ZB. Между обеими заземляющими
клеммами включен третий конденсатор С9. Общая точка четвертого выключателя S4 и ре-
зистора связи 2 соединена через второй конденсатор С2 с общей точкой первого выключа-
теля S1 и первой заземляющей клеммы ZA. Отдельные опорные резисторы 3, 4 и резистор
связи 2 выполнены в виде последовательного соединения двух резисторов для обеспечения
требуемой электрической прочности полного резистора, которая должна быть, например, 4
кВ при частоте 50 Гц в течение 1 минуты. Второй конденсатор С2 совместно с резистором 2
связи создает делитель напряжения, функцией которого является защита от перенапряжения
четвертого выключателя S4. В этих же целях общая точка второго выключателя S2 и перво-
го опорного резистора 3, подключенного к другой клемме S1B первой измеряемой системы
питания через первый конденсатор C1, соединена с общей точкой первого выключателя S1
и первой заземляющей клеммой ZA.
Аналогичным образом к устройству присоединены, согласно заявленному техническо-
му решению, посредством его других выключателей S5…S10, соответствующих резисторов
связи и опорных резисторов и конденсаторов С3…С8 еще три независимые друг от друга
(вторая, третья и четвертая) измеряемые системы питания (двумя проводами посредством
своих клемм S2A и S2B, S3A и S3B и S4A и S4B). Преимущественно, чтобы выключатели
S1…S10 были созданы с помощью полупроводниковых реле, которые не содержат подвиж-
ных частей и которые по сравнению с электромагнитным реле имеют более высокое быст-
родействие (их коммутация осуществляется в микросекунды или в миллисекунды), надежно
замыкают очень малые электрические токи, имеют повышенный срок службы, являются
малогабаритными, тихо работающими, имеют пониженный уровень электрошума во время
соединения и могут быть использованы во взрывоопасной среде.
Заявленное устройство, которое объяснено на примере подключения к нему первой из-
меряемой системы питания, работает следующим образом. В обычном состоянии устройст-
ва источник 1 испытательного напряжения постоянного тока через замкнутые выключатели
S1 и S4 подает испытательное напряжение между первой измеряемой системой питания и
землей. Измеритель R1 измерит сопротивление изоляции первой системы питания, которое
определяется электрическим током, который протекает между измеряемой системой пита-
ния и землей. Измеренное сопротивление изоляции в цифровой форме далее обрабатывает-
ся, и, если его величина станет ниже заранее определенной величины, данное состояние
зафиксируется на панели устройства, например, загоранием соответствующего СИД. В то
же время цифровая величина сопротивления изоляции переносится в вышестоящую диаг-
ностическую систему, в которой она запоминается и ведется слежение за ее временным
трендом. Устройство непрерывно контролирует состояние изоляции систем питания.
Чтобы было возможно перед началом измерения проверить, что устройство правильно
подключено к системам питания и удовлетворительное состояние изоляции определяется

5. BY 7067 U 2011.02.28
5
не тем, что система питания плохо подключена к измерительной клемме, измерительные
входы, включая земляные клеммы, присоединены двумя проводами. При проверке пра-
вильного подключения устройства к первой измеряемой системе питания выключатели S2
и S4 замкнуты и посредством электропроводящей петли, которая создана измеряемой сис-
темой питания (с гальванически взаимосвязанными клеммами S1A и S1B), измеритель R1
измеряет величину опорного резистора 3 между измерительными входами устройства, ко-
торые образованы клеммами S1A и S1B. Если величина этого сопротивления соответству-
ет заранее заданной величине, то устройство посредством соответствующего светоизлу-
чающего диода (СИД) укажет на правильное подключение к измеряемой системе питания.
Если присоединение устройства к измеряемой системе питания неудовлетворительное, то
на ее панели загорится соответствующий аварийный СИД.
Устройство перед этим измерением осуществляет проверку замыкания на землю по
отношению к заземляющим клеммам ZA и ZB. Выключатели S1 и S3 включены, и устрой-
ство измеряет величину сопротивления опорного резистора 4 между выключателем S3 и
измерителем R1. Если величина этого сопротивления отвечает заранее известной величи-
не, устройство укажет посредством соответствующего СИД правильное подключение. Ес-
ли присоединение устройства к земле не отвечает установленным требованиям, то на его
панели загорится аварийный СИД. В случае, когда выключатели S1…S10 разъединены,
измерительные входы находятся в состоянии высокого импенданса и на систему питания
не имеет никакого влияния источник 1 испытательного напряжения постоянного тока. Та-
кое состояние можно использовать для независимого измерения сопротивления изоляции
систем питания ручными измерительными приборами или измерительными станциями.
Заземляющие клеммы ZA и ZB в нормальном состоянии короткозамкнуты, и на треть-
ем конденсаторе С9 нет никакого напряжения. Все остальные конденсаторы C1…С8 при-
соединены к первой заземляющей клемме ZA и в нормальном состоянии присоединены
также ко второй заземляющей клемме ZB. Если бы, например, нарушилось соединение
первой заземляющей клеммы ZA с землей, такое подключение конденсаторов C1…С8 к
первой заземляющей клемме ZA было бы прервано и тем самым перестал бы выполнять
свою функцию делитель знакопеременного напряжения, созданный этими конденсатора-
ми и соответствующим резистором связи и опорными резисторами. В таком случае кон-
денсатор С9 предназначен для объединения заземляющих клемм ZA и ZB для
переменного электрического тока.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.