PL233390B1 - Sposób i układ do oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych - Google Patents

Abstract

Sposób oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych polegający na tym, że do uzwojenia ocenianego urządzenia załącza się naładowany kondensator, po czym rejestruje się w tym obwodzie amplitudę gasnącego prądu oscylacyjnego przypisując mu przebieg według ogólnej zależności: x=Yexp(-at)sin(bt), gdzie: x - chwilowa wartość amplitudy sygnału, t - czas, a i b - poszukiwane współczynniki tłumienia i częstotliwości charakteryzujące sygnał, Y - amplituda pierwszej oscylacji przebiegu badanego, przy czym nieznane współczynniki a i b ustala się poprzez obliczanie korelacji badanego przebiegu z przebiegami wzorcowymi wygenerowanymi w generatorze przebiegów porównawczych, o znanych współczynnikach a i b, wygenerowanych dla znanych wartości rezystancji izolacji charakteryzuje się według wynalazku tym, że częstotliwość i tłumienie przebiegów porównawczych dobiera się kolejno w taki sposób, aby w następujących po sobie obliczeniach korelacji rósł współczynnik korelacji pomiędzy przebiegiem badanym i porównawczym, aż do osiągnięcia założonego poziomu współczynnika korelacji. W takim przypadku częstotliwość i tłumienie przebiegu badanego przyjmuje się jako równe odpowiednim parametrom przebiegu porównawczego, i na tej podstawie dokonuje się oceny stanu izolacji. Układ do oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych charakteryzuje się tym, że składa się z przetwornika badanego sygnału na napięcie (PBSNN), który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym (PAC), którego wyjście połączone jest z wejściem układu pamiętającego (UP). Wyjście układu pamiętającego (UP) dołączone jest do jednego z wejść układu korelacyjnego (UK). Do drugiego wejścia układu korelacyjnego (UK) dołączone jest wyjście generatora przebiegów porównawczych (GPP). Wyjście układu korelacyjnego (UK) dołączone jest do wejścia układu porównawczego korelacji (UPK), który ma wyjście dołączone do wejścia sterującego generatora przebiegów porównawczych (GPP).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych realizowany w oparciu o pomiar parametrów oscylacyjnych przebiegów gasnących.

Różne zjawiska fizyczne, pojawiające się w obwodach elektrycznych, mogą być analizowane poprzez pomiary parametrów wzbudzanych celowo oscylacji. Przykładowo załączając naładowany kondensator do obwodu badanego uzwojenia uzyskuje się oscylacyjny, gasnący przebieg prądu w takim obwodzie.

Funkcja opisująca badany przebieg ma ogólną postać:

x=Yexp(-at)sin bt, gdzie:

x - chwilowa wartość amplitudy sygnału, t - czas, a i b - poszukiwane współczynniki tłumienia i częstotliwości charakteryzujące parametry sygnału,

Y - amplituda pierwszej oscylacji przebiegu badanego.

Znane są sposoby określania częstotliwości badanego przebiegu poprzez pomiar czasu pomiędzy kolejnymi chwilami przejścia przez zero badanego przebiegu. Najbardziej rozpowszechniony jest progowy pomiar czasu. Algorytm polega na poszukiwaniu w spróbkowanym sygnale pierwszej próbki przekraczającej próg monitora. Rozdzielczość pomiaru jest w tej metodzie równa okresowi próbkowania.

Znane też są sposoby detekcji przejścia przez zero drogą interpolacji pomiędzy dwoma próbkami, z których jedna jest po ujemnej, a druga kolejna po dodatniej stronie przebiegu badanego. Jednakże w przypadku sygnału tłumionego, a więc niesymetrycznie odkształconego względem osi czasu, odległość pomiędzy kolejnymi przejściami przez zero nie jest miarodajna dla określenia częstotliwości rozpatrywanego przebiegu, różni się od okresu podstawowej składowej sygnału.

Znane są również sposoby polegające na skorelowaniu sygnału badanego z sygnałem okresowym o znanej dokładnie częstotliwości. Jednak w przypadku, gdy sygnał badany ma tylko kilka okresów, silnie tłumionych, uzyskanie wysokiej korelacji jest mało prawdopodobne, a precyzja określenia częstotliwości badanej jest ograniczona.

Znane jest wykorzystanie takiej analizy do badania stanu izolacji w obiektach z rezystancją i indukcyjnością. W badaniach tych wykorzystywana jest zasada, iż wszelkie odchylenia od wartości charakterystycznej dla sprawnego obiektu wpływają na zmianę częstotliwości i współczynnika tłumienia oscylacji drgań przebiegu prądu przy wyłączaniu obiektu. Analiza tych odchyleń pozwala na określenie stanu izolacji.

Istota sposobu oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych polega na wykorzystaniu znanych uwarunkowań charakteryzujących się tym, że jeśli do uzwojenia ocenianego urządzenia załączy się naładowany kondensator, a następnie rejestruje się w tym obwodzie amplitudę gasnącego prądu oscylacyjnego, to uzyskuje się zależność:

x=Yexp(-at)sin(bt) (1), gdzie:

x - chwilowa wartość amplitudy sygnału, t - czas, a i b - poszukiwane współczynniki tłumienia i częstotliwości charakteryzujące parametry sygnału,

Y - amplituda pierwszej oscylacji przebiegu badanego.

Nieznane współczynniki a i b ustala się poprzez obliczanie korelacji badanego przebiegu z przebiegami wzorcowymi wygenerowanymi w generatorze przebiegów porównawczych, o znanych współczynnikach a i b, wygenerowanych dla znanych wartości mierzonych rezystancji izolacji.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że generuje się przebiegi porównawcze, a częstotliwość i tłumienie przebiegów porównawczych dobiera się kolejno w taki sposób, aby w następujących po sobie obliczeniach korelacji rósł współczynnik korelacji pomiędzy przebiegiem badanym i porównawczym, aż do osiągnięcia założonego poziomu współczynnika korelacji. Następnie

PL 233 390 B1 częstotliwość i tłumienie przebiegu badanego przyjmuje się jako równe odpowiednim parametrom przebiegu porównawczego i na tej podstawie dokonuje się oceny stanu izolacji.

Układ do oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych charakteryzuje się według wynalazku tym, że składa się z przetwornika badanego sygnału na napięcie, który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, którego wyjście połączone jest z wejściem układu pamiętającego. Wyjście układu pamiętającego dołączone jest do jednego z wejść układu korelacyjnego, przy czym do drugiego wejścia układu korelacyjnego dołączone jest wyjście generatora przebiegów porównawczych. Wyjście układu korelacyjnego dołączone jest: do wejścia układu porównawczego korelacji, który ma wyjście dołączone do wejścia sterującego generatora przebiegów porównawczych.

Korzystanie z wynalazku polega na tym, że po zarejestrowaniu badanego przebiegu, w kolejnych krokach porównuje się metodą korelacyjną badany przebieg z szeregiem przebiegów wygenerowanych w układzie pomiarowym.

W pierwszej fazie obliczeń są to przebiegi o amplitudzie równej maksymalnej amplitudzie przebiegu badanego Y i o zmiennych współczynnikach charakteryzujących częstotliwość b, zaś współczynnik tłumienia przyjmuje wartość a = 0.

Rezultatem tej fazy badań jest wybór wygenerowanego przebiegu o najwyższej korelacji z przebiegiem badanym. W drugiej fazie badań ten wybrany przebieg poddaje się operacji mnożenia z funkcjami exp(-at), przy czym szereg wygenerowanych funkcji exp(-at) ma różne współczynniki tłumienia a. Dalej te wygenerowane funkcje podaje się ponownie korelacji z przebiegiem badanym.

Rezultatem drugiej fazy badań jest ponownie wybór wygenerowanego przebiegu o najwyższej korelacji z przebiegiem badanym, przy czym teraz dobrane są dwa współczynniki - a i b.

Obie fazy obliczeń można powtarzać, przyjmując za punkt wyjścia współczynniki a i b określone w poprzedniej fazie obliczeń.

Korelacyjna metoda pozwala na określenie współczynników a i b występujących we wzorze (1), a tym samym na zdefiniowanie oscylacyjnego przebiegu gasnącego z wysoką precyzją. Prec yzja zdefiniowania tego przebiegu zależy tylko od liczby powtórzeń wyżej opisanego postępowania.

Dzięki wykorzystaniu wynalazku w sposób szybki i nieinwazyjny można ocenić jakość izolacji.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładzie realizacji i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przygotowanego do badań urządzenia elektrycznego, fig. 2 ogólny schemat układu do pomiaru parametrów oscylacyjnych przebiegów gasnących, a fig. 3 - przykładowy przebieg sygnału badanego i kolejne przybliżenia przebiegu porównawczego.

P r z y k ł a d

Jak pokazano na fig. 1 badaniom poddaje się układ IE, którego schemat zastępczy składa się z indukcyjności Lx i oporu Rx badanego obiektu BO, do którego dołącza się poprzez przełącznik P naładowany kondensator C, który uprzednio został naładowany zasilany ze źródła prądu stałego E.

Jak pokazano na fig. 2 badany układ IE dołączony jest do przetwornika badanego sygnału na napięcie PBSNN, wchodzącym w skład układu do pomiaru parametrów oscylacyjnych przebiegów gasnących.

Przetwornik badanego sygnału na napięcie PBSN połączony jest z przetwornikiem analogowocyfrowym PAC, którego wyjście połączone jest z wejściem układu pamiętającego UP. Wyjście układu pamiętającego UP dołączone jest do jednego z wejść układu korelacyjnego UK. Do drugiego wejścia układu korelacyjnego UK dołączone jest wyjście generatora przebiegów porównawczych GPP. Wyjście układu korelacyjnego UK dołączone jest do wejścia układu porównawczego korelacji UPK, który ma wyjście dołączone do wejścia sterującego generatora przebiegów porównawczych GPP.

W układzie generatora przebiegów porównawczych GPP zaimplementowany jest pierwszy algorytm ALI, którego celem jest dobór częstotliwości przebiegu porównawczego oraz zaimplementowany jest drugi algorytm ALT, którego celem jest dobór tłumienia amplitudy przebiegu porównawczego.

W celu pomiaru parametrów przebiegów oscylacyjnych gasnących generuje się sygnał, którego korelacja z badanym sygnałem BS jest możliwie najwyższa.

Badany sygnał BS jest przetwarzany na napięcie za pomocą przetwornika badanego sygnału na napięcie PBSNN. Następnie badany sygnał BS zostaje przetworzony na postać cyfrową w przetworniku analogowo-cyfrowym PAC, a dalej badany sygnał BS zostaje zapamiętany w układzie pamiętającym UP.

W drugim torze przetwarzania generator przebiegu porównawczego GPP wytwarza sygnał sinusoidalny o częstotliwości zbliżonej do oczekiwanej w przebiegu badanym. Następnie w układzie korelacyjnym UK zostaje obliczany współczynnik korelacji pomiędzy badanym sygnałem BS a sygna

PL 233 390 B1 łem porównawczym. Dalej w układzie generatora przebiegów porównawczych GPP generowany jest, jak pokazano na fig. 3, nowy sygnał porównawczy o zmienionej częstotliwości SF1 i obliczana jest jego korelacja z badanym sygnałem BS. Nowa wartość współczynnika korelacji porównywana jest w układzie porównawczym korelacji UPK z poprzednią i w zależności od wyniku porównania dobierana jest kolejna wartość częstotliwości sygnału porównawczego.

Generowanie kolejnych częstotliwości sygnału porównawczego przez generator przebiegu porównawczego GPP, z wykorzystaniem algorytmu ALI, doprowadza po kilku krokach do osiągnięcia maksymalnej wartości współczynnika korelacji, co przedstawione jest na fig. 3, w postaci kolejnych częstotliwości sygnału porównawczego AF, tj. SF1, SF2 i SFN.

Następnie w układzie generatora przebiegów porównawczych GPP zostaje wygenerowany sygnał porównawczy o ostatnio nastawionej wartości częstotliwości SFN oraz współczynniku tłumienia a mniejszym od jedności tj. ST1. Nowa wartość tak obliczonego współczynnika korelacji porównywana jest w układzie porównawczym korelacji UPK z poprzednią i w zależności od wyniku porównania dobierana jest kolejna wartość współczynnika tłumienia a sygnału porównawczego.

W kolejnych krokach współczynnik tłumienia a jest zmieniany według drugiego algorytmu ALT, który po kilku krokach doprowadza współczynnik tłumienia do wartości STM, dla której współczynnik korelacji na wyjściu układu UPK osiąga maksymalną wartość.

W celu uzyskania dokładniejszej oceny stanu izolacji dobór częstotliwości i tłumienia sygnału porównawczego powtarza się na zmianę według pierwszego algorytmu ALI i według drugiego algorytmu ALT.

W ten sposób zostają określone parametry sygnału porównawczego, które dają największą wartość współczynnika korelacji sygnału porównawczego zbadanym sygnałem BS. Parametry tak dobranego sygnału porównawczego można z określoną dokładnością przypisać sygnałowi badanemu BS.

Analiza odchyleń wartości częstotliwości i współczynnika tłumienia oscylacji od wartości charakterystycznych dla sprawnego obiektu pozwala na określenie stanu izolacji.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych polegający na tym, że do uzwojenia ocenianego urządzenia załącza się naładowany kondensator, po czym rejestruje się w tym obwodzie amplitudę gasnącego prądu oscylacyjnego przypisując mu przebieg według ogólnej zależności:

   x=Yexp(-at)sin(bt), gdzie:

   x - chwilowa wartość amplitudy sygnału, t - czas, a i b - poszukiwane współczynniki tłumienia i częstotliwości charakteryzujące sygnał, Y - amplituda pierwszej oscylacji przebiegu badanego, przy czym nieznane współczynniki a i b ustala się poprzez obliczanie korelacji badanego przebiegu z przebiegami wzorcowymi wygenerowanymi w generatorze przebiegów porównawczych, o znanych współczynnikach a i b, wygenerowanych dla znanych wartości rezystancji izolacji, znamienny tym, że częstotliwość i tłumienie przebiegów porównawczych dobiera się kolejno w taki sposób, aby w następujących po sobie obliczeniach korelacji rósł współczynnik korelacji pomiędzy przebiegiem badanym i porównawczym, aż do osiągnięcia założonego poziomu współczynnika korelacji, a wtedy częstotliwość i tłumienie przebiegu badanego przyjmuje się jako równe odpowiednim parametrom przebiegu porównawczego, i na tej podstawie dokonuje się oceny stanu izolacji.
2. 2. Układ do oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach elektrycznych, znamienny tym, że składa się z przetwornika badanego sygnału na napięcie (PBSNN), który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym (PAC), którego wyjście połączone jest z wejściem układu pamiętającego (UP), zaś wyjście układu pamiętającego (UP) dołączone jest do jednego z wejść układu korelacyjnego (UK), przy czym do drugiego wejścia układu korelacyjne

   PL 233 390 Β1 go (UK) dołączone jest wyjście generatora przebiegów porównawczych (GPP), natomiast wyjście układu korelacyjnego (UK) dołączone jest do wejścia układu porównawczego korelacji (UPK), który ma wyjście dołączone do wejścia sterującego generatora przebiegów porównawczych (GPP).