Метод трех отсчетов вольтметра

Этот метод заключается в последовательном измерении вольтметром с известным сопротивлением r трех напряжений: U - рабочего; U₁ – между положительным полюсом сети и землей; U₂ - между отрицательным полюсом и землей. Расчет искомой величины сопротивления изоляции сети производится по формуле:

(3.3)

Рассмотрим физические основания этого метода.

Рисунок 3.4 - Измерение сопротивления изоляции

сети постоянноготока вольтметрами

а) - по методу двух вольтметров; б) и в) - по методу трех отсчетов вольтметра

На рисунке 3.4(а) показана эквивалентная схема сети постоянного тока с сопротивлениями изоляции полюсов R1, R2 и рабочим напряжением U.

Напряжения между полюсами сети и корпусом U' и U" пропорциональны соответствующим сопротивлениям изоляции, то есть всегда выполняются следующие соотношения:

(3.4)

Если для измерения этих напряжений между полюсами сети и корпусом включить вольтметры V1 и V2 c равными внутренними сопротивлениями r, то получим:

(3.5)

При r»R выражение (3.4) будет совпадать с предыдущим.

Такой способ контроля (с использованием двух вольтметров) ранее применялся для индикации однополюсных снижений сопротивления изоляции и однополюсных замыканий на землю. Вольтметр, соответствующий полюсу с меньшим сопротивлением изоляции, имеет меньшее показание (зачастую вместо вольтметров включали две лампы накаливания).

Пользуясь результатами измерения напряжений U` и U", определить величины сопротивлений R₁ и R₂, соответственно и значение эквивалентного сопротивления изоляции сети R, не представляется возможным, так как система уравнений (3.5) неполная: эквивалентная схема соcтоит из трех контуров, в то время как сама система содержит только два уравнения. Чтобы ее все-таки можно было разрешить, в сеть вносят нормированные искажения.

При включении вольтметра V по схеме рисунка 3.4(б) меняется эквивалентное сопротивление между положительным полюсом сети и землей (за счет шунтирования сопротивления изоляции R_i внутренним сопротивлением вольтметра r). Оно становится равным:

(3.6)

Так как при этом сопротивление между отрицательным полюсом сети и корпусом не изменится, то уменьшается напряжение между положительным полюсом и землей: U₁<U` (соответственно U`₂>U"). При измерении по схеме рис. 3.4,в аналогично получаем: U₂<U". С условием того, что U'+U" =U, при измерении методом трех отсчетов всегда справедливо неравенство

U₁+U₂<U

Следует еще раз подчеркнуть, что оно образуется за счет намеренного поочередного уменьшения сопротивлений между полюсами сети и землей путем шунтирования сопротивлений изоляции R₁ и R₂ известным сопротивлением r.

Теперь система уравнений, составленных для напряжений U₁ и U₂, оказывается разрешимой, так как она содержит известные величины U, U₁, U₂, r и две неизвестные величины: R₁ и R₂. Решая систему относительно последних, получаем выражение (3.3) для эквивалентного сопротивления изоляции сети.

Соотношение величин напряжений U и U₁ + U₂, определяющее точность измерений при данном сопротивлении изоляции сети, зависит от величины сопротивления вольтметра r. Если r>>R (например, при измерении ламповым, цифровым или электростатическим вольтметром), то при подключении вольтметра в сеть вносятся несущественные искажения, так как сопротивления между полюсами сети и землей практически не изменяются. Как следствие этого получаем U₁ + U₂ = U. Соответственно нулевыми будут результаты при расчетах по формуле (3.3).

Наибольшая точность измерений достигается при выполнении следующего соотношения: r = 0,8R, при котором U₁+U₂=0,44U. Обычно рекомендуется выбирать вольтметр с внутренним сопротивлением, приблизительно равным измеряемому сопротивлению изоляции.

Изложенное справедливо не только для силовых сетей, но и для низковольтных систем автоматики. В последних опасно выполнять контроль сопротивления изоляции с использованием щитовых мега-омметров, содержащих источник измерительного напряжения 100-150 В. Под действием этого источника при определенных условиях могут выйти из строя комплектующие систему полупроводниковые приборы и микросхемы.

Этот метод прост в выполнении и доступен, так как не требует применения специальной аппаратуры. Однако он имеет и ряд недостатков, связанных с необходимостью выполнения вычислений.

Опыт показывает, что целесообразна подмена расчетов по формуле (3.3) работой с соответствующими номограммами. В качестве примера на рис. 3.5 приведена номограмма, предназначенная для определения значения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 до 600 В.

Номограмма имеет три шкалы - рабочего напряжения U, суммы напряжений полюсов сети относительно корпуса U₁+U₂, и искомого значения сопротивления изоляции R. Порядок работы с номограммой таков: к точкам шкал U и U₁+U₂, соответствующим полученным результатам измерений, прикладывается линейка; искомое значение считывается по шкале R.

В практической деятельности не всегда имеется в наличии вольтметр с предусмотренным номограммой значением внутреннего сопротивления. Поэтому на рисунке 3.6 приведена номограмма, пригодная для работы с различными типами вольтметров. Она состоит из двух параллельных шкал (U₁ + U₂ и R) и бинарного поля с координатами «напряжение сети - внутреннее сопротивление вольтметра». Работа с такой номограммой также не составляет труда.

Рисунок 3.5 - Номограмма для определения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренном сопротивлением 100 кОм

Рисунок 3.6 - Номограмма для определения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренним сопротивлением от 50 до 200 кОм