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高壓絕緣電阻測(cè)試儀

文檔作者：徐茜文檔來源：武漢化工學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年11月24日
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上一篇：繼電器動(dòng)態(tài)電阻在線檢測(cè)技術(shù)

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高壓絕緣電阻測(cè)試儀
A ． 武漢化．T-學(xué)院 徐茜7 呷，牛 ／
、[提要】 首先討論常用的絕緣電阻測(cè)量方法矗薦茬-的問題，然后介紹利用雙積
分A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)比率剮量的原理，提出了用比率測(cè)量法實(shí)現(xiàn)單片微機(jī)高壓絕緣電
阻測(cè)試的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了討論，最后給出了部分軟、硬件框圖。
關(guān)鍵詞
，
單片機(jī) A／1)轉(zhuǎn)換器 比率測(cè)量法
● I—I母 機(jī)／ 義，囂 — — — 一i 、’ ～ ■ I ’ ’
一
、引 言
高壓絕緣電阻測(cè)試儀(高壓兆歐表、高阻
計(jì))是測(cè)試電氣設(shè)備各部件之間的絕緣電阻
用的儀器，也是電力系統(tǒng)大型電機(jī)、變壓器、
電力電容器、電力電纜設(shè)備絕緣能力測(cè)試的
常規(guī)檢測(cè)儀表， 測(cè)試電壓等級(jí)有t000~、
2500V、5000V、t00~V等。根據(jù)兆歐表中鍘試
電源的構(gòu)成，它可分為發(fā)電機(jī)型和電池型兩
太類。
對(duì)于 型電機(jī)、變壓器、電力電容器、電
力電纜等，這種測(cè)試儀除用作絕緣電阻的常
規(guī)測(cè)量外，還常需用來測(cè)量吸收比或極化系
數(shù)(即R~"／RIj ．或Rm ／R *)，以監(jiān)測(cè)試品絕
緣性能是否因受潮而下降?，F(xiàn)有的高阻計(jì)，
只能通過實(shí)測(cè)而后計(jì)算才能給出結(jié)果，不太
直觀。
常用的測(cè)量絕緣電阻的基本方法有三
種：惠斯登電橋法，電容充電法和電壓電流
法，其中電壓電流法被廣泛采用。電壓電流
法是在一個(gè)測(cè)試電壓源 。上串接被測(cè)電阻
R 和標(biāo)準(zhǔn)采樣電阻R。，使之形成一個(gè)閉臺(tái)
回路。當(dāng)U。一定且R 》R 時(shí)，采樣電阻上
的壓降與R 成反比，從麗可以得出被測(cè)電
阻值。若采用高穩(wěn)定的直流測(cè)試電源， 還可
獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。
臣j 圖4 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)對(duì)照?qǐng)D
41
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目前，在常規(guī)的絕緣檢測(cè)中，搖表的使用
率仍很高，它由手搖發(fā)電機(jī)和流比計(jì)構(gòu)成，示
值基本與測(cè)試電壓無關(guān)，屬比率測(cè)量方法，但
操作費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確度低，誤差約為4-
(1O一20)％。 ’
此外，在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常碰到諸如下列
不好處理的情況：1．交聯(lián)聚乙烯電纜雖有
2000兆歐以上的絕緣電阻，卻發(fā)生了對(duì)地閃
絡(luò)事故；2．高壓電機(jī)雖有300兆歐的絕緣電
阻，卻產(chǎn)生了絕緣擊穿；3．一個(gè)電力系統(tǒng)中
的電纜與設(shè)備雖測(cè)得絕緣電阻均大于lOOO
兆歐，但接地繼電器卻經(jīng)常發(fā)生動(dòng)作等等。
另外有些電氣設(shè)備雖然已經(jīng)到了耐壓十分鐘
都無法經(jīng)受的地步，但用兆歐表測(cè)定，其指針
仍指示最大值。由此可以看出常規(guī)絕緣電阻
測(cè)試儀的局限性，同時(shí)說明了采用其它絕緣
檢測(cè)方法和發(fā)展新測(cè)試儀器的必要性，單片
微機(jī)高壓絕緣電阻測(cè)試系統(tǒng)為這種發(fā)展提供
了可能
二、比率測(cè)量法
比率測(cè)量法原理電路圖如圖1所示。u
為測(cè)試電源電壓． ．為其等效內(nèi)阻 當(dāng) ，不
大時(shí)，略去 ，矗 支路分流作用，采樣電壓
ux= Ro Us (?1)
式中， —— 為限流保護(hù)或其它原因而
串接的儀表附加電阻。
Rx= 一( 。+R +Ri) (2)
42
圖1
由式(2)可見，測(cè)量結(jié)果與測(cè)試電源電壓以
的穩(wěn)定性有關(guān)。式(2)為單支路測(cè)量萬法
(2)式中令R， ：旦 (3)
圖1電路中，一般情況下滿足R．《R。+ ，
于是：
= u
將它代人(3)式有：
：一 2 ． 簪Ⅳx f4)
將采樣電壓U 和基準(zhǔn)電壓U 輸入到
A／D轉(zhuǎn)換器中，即可實(shí)現(xiàn)比率測(cè)量。在接^
A／D轉(zhuǎn)換器時(shí)，將A／D轉(zhuǎn)換器兩輸入端的電
壓位置換接，將圖l電路中采樣電壓U。和
基準(zhǔn)電壓 分別輸入到A／D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)
參考電壓端和輸入電壓端，則積分輸出脈沖
數(shù)
= 長(zhǎng)
式中，K— — 計(jì)數(shù)溢出脈沖數(shù)，將此式代
人(4)式則有：
- } ㈤
式中，C =R。(R +R 2)／(解 )，將它代
人(2)式則有
= C 一(Ri+R +R。) (6)
由式(6)可見，此時(shí)被測(cè)電阻值 與測(cè)
試電源電壓u。無關(guān)，消除了基準(zhǔn)電壓對(duì)電
壓一電阻轉(zhuǎn)換系數(shù)的影響，使測(cè)量準(zhǔn)確度主
要決定于標(biāo)準(zhǔn)電阻和測(cè)量電路的穩(wěn)定性，而
與測(cè)試電源電壓的等級(jí)和穩(wěn)定性無關(guān)。
同時(shí)，這種測(cè)量方法為單機(jī)多測(cè)試電壓
檔次實(shí)現(xiàn)絕緣檢測(cè)提供了可能。由于A／D轉(zhuǎn)
換器靈敏度高，因此可以用它來測(cè)量高絕緣
電阻，且測(cè)量誤差小
三、絕緣電阻測(cè)試儀的基本構(gòu)成
1．硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選用MCS一51系列單片機(jī)
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8031作為主機(jī) 系統(tǒng)的總體硬件框圖如圖2
所示
圈2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
直流高壓電源采用CMOs電路構(gòu)成
DC—DC變換器，其中單穩(wěn)電路和三角波發(fā)
生器由7556構(gòu)成，誤差放大器和PMW 比較
器由MC14573實(shí)現(xiàn)。
A／D轉(zhuǎn)換電路，選用INTEPSIL公司生產(chǎn)
的ICL7109A／D轉(zhuǎn)換器，它是一種高精度、低
噪聲低漂移和價(jià)格低廉的12位雙積分A／D
轉(zhuǎn)換器， 由于片內(nèi)包含了與微處理器接口所
需要的全部有源電路，因此可以很方便地與
微處理器接口組成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖
3示出了儀表中7109與8031的接口電路。
片選即可。
2．軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要程序框圖如圖4所示。上電或
手動(dòng)復(fù)位后，進(jìn)入儀表的初始化程序，設(shè)置初
始參數(shù)、選通8279，對(duì)其送控制字，完成對(duì)
8279的初始化，進(jìn)入等待鍵盤命令 根據(jù)測(cè)
試電壓規(guī)格完成測(cè)試，顯示、打印測(cè)試結(jié)果
P0 O BI v cc
Po 7 ●
8O31
B12
0R
POL 7
109
{8
fIo 互
IoDE
圈3 ICL7109與8031接口電路
鍵盤、顯示及打印電路。唧I 8279是一
種通用的可編程鍵盤、顯示接口器件，單片器
件就能夠完成鍵盤輸入和LED顯示控制。打
印機(jī)選用了智能化GP—J6微型打印機(jī)，可與
8031數(shù)據(jù)總線直接相通，只要一根口線完成
圖4
四、結(jié)束語
本裝置采用比率測(cè)量法，使得
測(cè)量結(jié)果Rx與測(cè)試電源電壓基本
無關(guān)，測(cè)量準(zhǔn)確度主要決定于標(biāo)準(zhǔn)
x 電阻和測(cè)量電路的穩(wěn)定性，其抗干
擾能力較強(qiáng)。據(jù)分析，即使采用高
穩(wěn)定度、負(fù)荷特性好的高壓測(cè)試電
一源，常用的單支路測(cè)量方法也無法
有效地抵御現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)感應(yīng)電壓對(duì)
測(cè)量結(jié)果的影響
利用雙積分A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)
比率測(cè)量，其轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度高，高低量限分辨
率相同，測(cè)量誤差小，同時(shí)可以省去程控放大
電路等，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。
本系統(tǒng)用單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)，充分利用單片
微機(jī)的特點(diǎn)、系統(tǒng)易于操作。本裝置功能上
呈
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如上分析，該控制回路對(duì)主電路電壓方
向切換時(shí)問毫無約束作用，只由電網(wǎng)電壓的
周期控制，即為3．3ms。
另一方面．在電化去油過程中，當(dāng)槽池上
電極兩端外加電壓消失后，電極問尚有與原
外加電壓方向阿向的殘余電壓。經(jīng)測(cè)量，在
原負(fù)載電流為1000A時(shí)，該殘余電壓在1 5V
以上，約3O秒后才能降為零值
綜上所述，該電源柜發(fā)生故障的原因?yàn)椋?
電化去油槽通電工作時(shí)，在外加電場(chǎng)的作用
下．正負(fù)電極周圍均有帶電粒子積累，其中正
極處積累帶正電的粒子，負(fù)極處積累帶負(fù)電
的粒子。當(dāng)外加電場(chǎng)消失后，各極處積累的
帶電粒子不能立即擴(kuò)散結(jié)合，故而在電極間
形成了與原外加電場(chǎng)同方向的殘余電場(chǎng)，反
映在極問為殘余電壓。當(dāng)外加電場(chǎng)在很短的
時(shí)間內(nèi)切換方向時(shí)，外加電場(chǎng)與殘余電場(chǎng)在
同一回路中疊加，增加了作用于該回路的總
電勢(shì)。為該回路出現(xiàn)大電流提供了動(dòng)力 同
時(shí)，原積累的帶正電的粒子處于新電場(chǎng)的負(fù)
極周圍，帶負(fù)電的粒子處于新電場(chǎng)的正極周
圍，為該回路產(chǎn)生大電流提供了所需的帶電
粒子。因此該回路在迅速切換電壓方向時(shí)，
必然在該固路里產(chǎn)生很大的沖擊電流。
該沖擊電流在整流變壓器二次側(cè)感應(yīng)出
很高的電壓，致使二次側(cè)調(diào)壓整流可控硅的
耐壓值不得不選得很大；使得可控硅的額定
通態(tài)平均電流也選得很大。如該電源柜中所
選用酊可控硅電匪參數(shù)超出常規(guī)設(shè)計(jì)的十幾
倍，電流參數(shù)也超出近兩倍。
該沖擊電流使得回路中電流變化率很
大，以致超出選用可控硅的允許值，而使其損
壞。
該沖擊電流在直流母排及硅元件周圍產(chǎn)
生很強(qiáng)的變化磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)作用于已形成閉
臺(tái)狀態(tài)的硅元件安裝支架上，在支架內(nèi)感應(yīng)
出電壓、電流，在接觸不良的部位就產(chǎn)生了電
壓擊穿，產(chǎn)生了火花放電。
根據(jù)這個(gè)原因，我們對(duì)該電源柜進(jìn)行手
動(dòng)切換、電壓方向的操作，結(jié)果上述故障消
失，電源柜能夠正常工作。
由此．我們對(duì)該柜自動(dòng)切換電壓方向部
分的電路進(jìn)行了改進(jìn)，如圖2示。以使該柜在
切換電壓方向時(shí)，先關(guān)斷已導(dǎo)通的可控硅組，
延長(zhǎng)一段時(shí)間，使槽中的殘余電壓降低，積累
的正負(fù)帶電粒子大部分結(jié)合后，再使反向可
控硅組導(dǎo)通，建立新的電場(chǎng)。
加裝延時(shí)電路后，該電源柜工作正常，上
述故障再束發(fā)生。
圖中： 用于調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間
D 、D 、仉、 分別用于保護(hù)三極管 、
， n 選用3DG6 h ≤60
圖2
(上接43 J
還有待進(jìn)一步完善，以便對(duì)試品絕緣品質(zhì)作
出判斷。
參考文獻(xiàn)
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