(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51 ) IntCl7 G01R 27/18 (54)Sposób i układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/98 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Automatyki i Systemów Energetycznych, Wrocław, PL (45) o udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/02 (72) Twórcy wynalazku: Feliks Fornal, Wrocław, PL Stanisław Nawrot, Wrocław, PL Andrzej Wilniewczyc, Wrocław, PL PL B1 (57)1. Sposób pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi, w którym stosuje się generator napięcia przemiennego o częstotliwości wolnozmiennej, włączony w obwód baterii oraz układ autokompensacji, znamienny tym, że sygnał pomiarowy którego źródłem jest generator napięcia przemiennego przetwarza się na rezystancjach i pojemnościach biegunów dodatniego i ujemnego kontrolowanej sieci prądu stałego, uzyskują charakterystykę napięciową generatora, która jest eksponencjalnie modelowana, odwzorowują proces rozładowania pojemności kontrolowanej sieci podczas równoważenia rezystancji obu jej biegunów, po czym oblicza się pole powierzchni pod tak uzyskaną charakterystyką napięciową otrzymując wielkość proporcjonalną do aktualnej rezystancji upływności obwodów sieci prądu stałego względem ziemi. 2. Układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi, w którym prostownik buforowo współpracuje z baterią akumulatorów zasilającą sieć prądu stałego, do biegunów której jest ponadto podłączony układ autokompensacji, znamienny tym, że wejście układu kontroli napięć (UKU) jest połączone z siecią prądu stałego, zaś jego pierwsze wyjście jest połączone z wejściem układu autokompensacji (UAK) oraz z pierwszym wejściem układu wyboru (UWB) modelu matematycznego mikroprocesorowego układu oblicze niowo-pomiarowego (MUOB), drugie wyjście jest połączone poprzez układ pomiarowo-całkujący (UPC) z drugim wejściem układu wyboru (UWB) modelu matematycznego, zaś trzecie wyjście jest połączone z wejściem generatora (G) przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego, którego wyjścia są podłączone w znany sposób do biegunów sieci Fig.2

2 Sposób i układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi Zastrżeżenia patentowe 1. Sposób pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi, w którym stosuje się generator napięcia przemiennego o częstotliwości wolnozmiennej, włączony w obwód baterii oraz układ autokompensacji, znamienny tym, że sygnał pomiarowy którego źródłem jest generator napięcia przemiennego przetwarza się na rezystancjach i pojemnościach biegunów dodatniego i ujemnego kontrolowanej sieci prądu stałego, uzyskując charakterystykę napięciową generatora, która jest eksponencjalnie modelowana, odwzorowując proces rozładowania pojemności kontrolowanej sieci podczas równoważenia rezystancji obu jej biegunów, po czym oblicza się pole powierzchni pod tak uzyskaną charakterystyką napięciową otrzymując wielkość proporcjonalną do aktualnej rezystancji upływności obwodów sieci prądu stałego względem ziemi. 2. Układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi, w którym prostownik buforowo współpracuje z baterią akumulatorów zasilającą sieć prądu stałego, do biegunów której jest ponadto podłączony układ autokompensacji, znamienny tym, że wejście układu kontroli napięć (UKU) jest połączone z siecią prądu stałego, zaś jego pierwsze wyjście jest połączone z wejściem układu autokompensacji (UAK) oraz z pierwszym wejściem układu wyboru (UWB) modelu matematycznego mikroprocesorowego układu obliczeniowo-pomiarowego (MUOB), drugie wyjście jest połączone poprzez układ pomiarowo-całkujący (UPC) z drugim wejściem układu wyboru (UWB) modelu matematycznego, zaś trzecie wyjście jest połączone z wejściem generatora (G) przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego, którego wyjścia są podłączone w znany sposób do biegunów sieci 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że mikroprocesorowy układ obliczeniowocałkujący (MUOB) zawiera układ wyboru (UWB) modelu matematycznego, który jest połączony poprzez blok matematycznych (BM) układów odwzorowań z wejściem układu obliczeniowego (UO) rezystancji. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi zasilających obwody pomocnicze zabezpieczeń, sterowania i sygnalizacji w rozdzielniach, stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia oraz elektrowniach i elektrociepłowniach. Znany jest sposób pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi, w którym do pomiaru upływności rezystancji wykorzystuje się generator sinusoidalny przebiegu wolnozmiennego. Sygnał zmiany amplitudy charakterystyki napięciowej przebiegu tego generatora, który jest zależny od wielkości upływności rezystancji sieci prądu stałego i reaktancji pojemnościowej sieci podaje się do układu pomiarowego, w którym odczytuje się go jako wielkość proporcjonalną do tej rezystancji. Ograniczenie wpływu reaktancji pojemnościowej w tak prowadzonym sposobie pomiaru rezystancji upływności sieci uzyskuje się obniżając maksymalnie częstotliwość generatora sinusoidalnego włączonego w obwód baterii. Tak prowadzony sposób pomiaru rezystancji upływności, biorąc pod uwagę fakt, że pojemności rozległych sieci prądu stałego względem ziemi średnio wynoszą około pięciu mikrofaradów, pozwala jedynie w przybliżeniu określić rezystancję upływności, przy czym im większa pojemność rozległej sieci prądu stałego, tym większe są błędy pomiarowe, dochodząc w praktyce do kilkudziesięciu procent wartości mierzonej.

3 Znany jest układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi, w którym prostownik buforowo współpracuje z baterią akumulatorów zasilającą sieć prądu stałego, zaś z biegunami tej baterii jest ponadto połączony układ autokompensacji. Jednocześnie do sieci prądu stałego względem ziemi połączone są poprzez rezystory separacyjne układy pomiaru rezystancji oraz generator sinusoidalny. Zmiana amplitudy generatora przebiegu w zależności od wielkości upływności rezystora sieci prądu stałego jest odczytywana przez układ pomiarowy przykładowo woltomierz, jako wielkość proporcjonalna do tej rezystancji. Sposób pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi według wynalazku, w którym stosuje się generator napięcia przemiennego o częstotliwości wolnozmiennej, włączony w obwód baterii oraz układ autokompensacji charakteryzuje się tym, że sygnał pomiarowy którego źródłem jest generator napięcia przemiennego przetwarza się na rezystancjach i pojemnościach biegunów dodatniego i ujemnego kontrolowanej sieci prądu stałego, uzyskując charakterystykę napięciową generatora, która jest eksponencjalnie modelowana, odwzorowując proces rozładowania pojemności kontrolowanej sieci podczas równoważenia rezystancji obu jej biegunów. Następnie oblicza się pole powierzchni pod tak uzyskaną charakterystyką napięciową generatora, otrzymując wielkość proporcjonalną do aktualnej rezystancji upływności obwodów sieci prądu stałego względem ziemi. Tak prowadzony sposób pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego zapewnia małą zależność pomiaru rezystancji od pojemności sieci prądu stałego oraz cechuje się zwiększoną dokładnością dokonywanego pomiaru w porównaniu do obecnie stosowanych, umożliwiając pomiar rezystancji od kilkudziesięciu kiloomów do kilkunastu omów. Układ do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi według wynalazku, w którym prostownik buforowo współpracuje z baterią akumulatorów zasilającą sieć prądu stałego, zaś do biegunów tej baterii jest ponadto podłączony układ autokompensacji, charakteryzuje się tym, że wejście układu kontroli napięć jest połączone z siecią prądu stałego, zaś jego pierwsze wyjście jest połączone z wejściem układu autokompensacji oraz z pierwszym wejściem układu wyboru modelu matematycznego mikroprocesorowego układu obliczeniowo-pomiarowego, drugie wyjście jest połączone poprzez układ pomiarowo-całkujący z drugim wejściem układu wyboru modelu matematycznego, zaś trzecie wyjście jest połączone z wejściem generatora przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego, którego wyjścia są dołączone w znany sposób do biegunów sieci. Mikroprocesorowy układ obliczeniowo-całkujący zawiera układ wyboru modelu matematycznego, który jest połączony poprzez blok matematycznych układów odwzorowań z wejściem układu obliczeniowego rezystancji. Zastosowanie układu do pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego według wynalazku powoduje, że czas pomiaru rezystancji zmniejsza się do kilkunastu sekund. Wynalazki są przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu pomiaru rezystancji upływności sieci prądu stałego realizującego zastrzegany sposób pomiaru, zaś fig. 2 - przebiegi okresowe napięcia generatora przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego w sieci z określoną pojemnością względem ziemi dla dużych rezystancji - charakterystyka A i dla małych rezystancji - charakterystyka B. W sposobie pomiaru rezystancji upływności obwodów sieci baterii prądu stałego względem ziemi stosuje się generator napięcia przemiennego o częstotliwości wolnozmiennej, włączony w obwód baterii oraz układ autokompensacji. W czasie występowania doziemienia, sygnał pomiarowy którego źródłem jest generator napięcia przemiennego przetwarza się na rezystancjach i pojemnościach biegunów dodatniego i ujemnego kontrolowanej sieci prądu stałego, uzyskując charakterystykę napięciową generatora, która jest eksponencjalnie modelowana, odwzorowując proces rozładowania pojemności kontrolowanej sieci podczas równoważenia rezystancji obu jej biegunów. Następnie oblicza się pole powierzchni pod tak uzy-

4 skaną charakterystyką napięciową generatora, otrzymując wielkość proporcjonalną do rezystancji upływności obwodów sieci prądu stałego względem ziemi. Prostownik P buforowe współpracuje z baterią akumulatorów BA, która zasila sieć prądu stałego, posiadającą określoną pojemność dodatnią C+ i ujemną C- oraz rezystancję upływności dodatnią R+ i ujemną R- względem ziemi. Wyjście generatora napięcia przemiennego - generatora G przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego oraz wyjścia układu autokompensacji UAK są połączone z dodatnim oraz ujemnym biegunem sieci prądu stałego, z którym jest ponadto połączone wejście układu kontroli napięcia UKU. Pierwsze wyjście układu kontroli napięcia UKU jest połączone z wejściem układu autokompensacji UAK oraz jednocześnie z pierwszym wejściem układu wyboru UWB modelu matematycznego mikroprocesorowego układu obliczeniowo-pomiarowego MUOB, drugie wyjście układu kontroli napięcia UKU jest połączone poprzez układ pomiarowo - całkujący UPC z drugim wejściem układu wyboru UWB modelu matematycznego, zaś trzecie wyjście tego układu jest połączone z wejściem generatora G przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego. Mikroprocesorowy układ obliczeniowo-pomiarowy MUOP zawiera układ wyboru UWB modelu matematycznego, którego wyjście jest połączone poprzez blok matematycznych układów odwzorowań BM z wejściem układu obliczeniowego UO rezystancji. Wyjście układu obliczeniowego UO rezystancji jest połączone z wejściem pola odczytu PO. W warunkach normalnych występująca rezystancja dodatnia oraz ujemna sieci prądu stałego względem ziemi ma podobną wartość więc również napięcia obu biegunów zasilania tej sieci w stosunku do ziemi są symetryczne. W sytuacji występowania doziemienia - rezystancja izolacji ulega zmniejszeniu, dochodzi do asymetrii napięć biegunów baterii w stosunku do ziemi. Sygnał asymetrii napięć poprzez układ kontroli napięć UKU zostaje doprowadzony do układu autokompensacji UAK powodując jego zadziałanie. Układ autokompensacji UAK doprowadza do ponownej symetrii napięć. Jednocześnie zostaje dokonany wybór modelu matematycznego odpowiadającego zmianie rezystancji doziemienia, które wystąpiło w danym biegunie, jak również następuje załączenie układu pomiarowo - całkującego UPC, w którym dokonuje się pomiar rezystancji doziemienia. Do układu pomiarowo-całkującego UPC zostaje podawany sygnał zmiennoprądowy, którego źródłem jest generator G przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego. Sygnał ten jest przetwarzany na rezystancjach i pojemnościach biegunów dodatniego oraz ujemnego kontrolowanej sieci prądu stałego. Przebieg sygnału uzyskiwany z generatora jest zawsze przystający do aktualnej pojemności obiektu i ma charakterystykę wykładniczą o nachyleniu części opadającej uzależnionym od rezystancji oraz pojemności kontrolowanej sieci prądu stałego. Dla dużych rezystancji przebieg okresowy napięcia generatora G przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego względem ziemi jest zobrazowany na fig. 2 charakterystyką A, zaś dla małych rezystancji -charakterystyką B. Stała czasowa t 1 zaznaczona na osi odciętej jest czasem ładowania pojemności biegunów sieci prądu stałego względem ziemi, zaś stała t2 - czasem przebiegu impulsu wytworzonego przez generator G przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego. Amplituda charakterystyk zależy głównie od rezystancji izolacji, a w niewielkim stopniu od pojemności. Po zrównoważeniu rezystancji obu biegunów sieci przez układ autokompensacji UAK otrzymuje się charakterystykę napięciową generatora napięcia przemiennego o wymodelowanym eksponencjalnie przebiegu uzależnionym od aktualnej rezystancji sieci. Sygnał przebiegu impulsu wytworzonego przez generator G przebiegu wolnozmiennego eksponencjalnie modelowanego po scałkowaniu w układzie pomiarowocałkującym UPC jest mierzony i podawany do mikroprocesorowego układu obliczeniowopomiarowego MUOB gdzie poprzez układ wyboru UWB modelu matematycznego oraz blok matematycznych układów odwzorowań BM jest podawany do układu obliczeniowego UO, zaś wynik obliczeń zostaje przedstawiony w postaci cyfrowej na polu odczytowym PO układu mikroprocesorowego w jednostkach rezystancji wraz z komunikatem, w którym biegunie nastąpiło doziemienie.

5

6 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.