多功能絕緣電阻測(cè)試儀的研制

楊拓　原野　沈森煥　劉玉　林鳳杰

摘要：為保證電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須在出廠前以及使用過程中定期對(duì)絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試。本文設(shè)計(jì)了一款多功能絕緣電阻測(cè)試儀，利用高壓對(duì)地短路放電，可采集達(dá)到納安級(jí)別最小電流，換算成電阻值可達(dá)到10TΩ以上，穩(wěn)定度非常高，方便進(jìn)行控制，可以保存測(cè)試數(shù)據(jù)，具有準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

關(guān)鍵詞：絕緣電阻;測(cè)試儀;高壓短路

一、應(yīng)用背景

如今，用電安全性能越來越引起人們的重視，在用電方面，物體使用的時(shí)候需要對(duì)其導(dǎo)電性能進(jìn)行測(cè)試，被廣泛的應(yīng)用于電氣安全檢查與接地工程竣工驗(yàn)等場(chǎng)合，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)于電阻測(cè)試儀的制造工藝要求也越來越高。絕緣電阻是指用絕緣材料隔開兩部分導(dǎo)體之間的電阻，而絕緣電阻測(cè)試儀是用來測(cè)量絕緣電阻大小的儀器。為了保證電氣設(shè)備運(yùn)行的安全，應(yīng)對(duì)其不同極性、不同相的導(dǎo)體之間或?qū)w與外殼之間的絕緣電阻提出一個(gè)最低的要求。在電器生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)的電器設(shè)備需在出廠前進(jìn)行一定電壓下的絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)，以保證設(shè)備的正常工作及使用設(shè)備人員的人身安全，電阻測(cè)試儀應(yīng)運(yùn)而生。電阻測(cè)試儀是一種進(jìn)行物體導(dǎo)電性測(cè)量的支撐設(shè)備，現(xiàn)有的電阻測(cè)試儀在使用時(shí)存在一定的弊端，一方面在進(jìn)行使用的時(shí)候測(cè)量較為麻煩，不能很好的對(duì)設(shè)備的各個(gè)單元的狀況進(jìn)行檢測(cè)與修正，不利于人們的使用;另一方面在實(shí)際使用時(shí)，不能很好的進(jìn)行人機(jī)交互控制，給人們的使用過程帶來了一定的不利影響。因此，設(shè)計(jì)一種多功能絕緣電阻測(cè)試儀迫在眉睫。

二、絕緣電阻測(cè)試的作用

通過測(cè)試系統(tǒng)中變壓器、開關(guān)裝置、導(dǎo)線、馬達(dá)等不同組件的絕緣電阻，技術(shù)人員可以隔離并修復(fù)發(fā)生故障的部件。利用測(cè)試來檢驗(yàn)導(dǎo)線和地或者相鄰導(dǎo)線之間的高絕緣電阻。常見的例子是測(cè)試馬達(dá)繞組和馬達(dá)底座之間的絕緣，以及檢查相導(dǎo)體和搭鐵線與機(jī)籠之間的電阻。在給系統(tǒng)加電之前，利用絕緣測(cè)試驗(yàn)證它是健全的，能夠改善系統(tǒng)的性能;絕緣測(cè)試能夠發(fā)現(xiàn)制造工藝問題和設(shè)備缺陷，避免設(shè)備發(fā)生故障。 三、測(cè)試內(nèi)容

（一）測(cè)試原理

絕緣電阻測(cè)試儀原有功能：輸出電壓最大可達(dá)2500V，輸出電流最大5mA。本設(shè)計(jì)針對(duì)氧化鋅避雷器泄露電流進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的先決條件是1mA時(shí)電壓最大為1500V左右，功率比較小，使用電池供電完全滿足需求。因此在原有絕緣電阻測(cè)試儀測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入一組可控的穩(wěn)流模塊即可完成避雷器的測(cè)試需求。

氧化鋅避雷器測(cè)試原理先設(shè)定穩(wěn)流輸出1mA，然后施加遠(yuǎn)大于1mA時(shí)所需測(cè)試電壓。等待電壓電流相對(duì)穩(wěn)定后，采集1mA時(shí)電壓，然后CPU設(shè)定輸出電壓為所讀到的電壓值。由于避雷器的曲線特性，當(dāng)電壓降到之前1mA時(shí)的電壓時(shí)，電流就不一定是1mA。此時(shí)需要進(jìn)行電壓微量調(diào)整，讓電流穩(wěn)定在1mA左右。具體的誤差取決于D/A的位數(shù)，這是因?yàn)樵?mA拐點(diǎn)近電壓變化0.1V，電流的變化會(huì)達(dá)到幾十微安。

（二）解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研發(fā)了一種多功能絕緣電阻測(cè)試儀，保護(hù)后續(xù)電路避免受到各種電勢(shì)的侵入損害，利用高壓對(duì)地短路放電，可以采集的電流最小可達(dá)到納安級(jí)別，換算成電阻值可測(cè)量到10TΩ以上，穩(wěn)定度非常高，方便進(jìn)行控制，可以保存測(cè)試數(shù)據(jù)，可以有效解決實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題。

三、系統(tǒng)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本設(shè)計(jì)采用的技術(shù)方案為：一種多功能絕緣電阻測(cè)試儀，包括A/D轉(zhuǎn)換模塊與CPU主控控制模塊，所述AD轉(zhuǎn)換模塊與CPU主控控制模塊雙向連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊連接有自動(dòng)校正模塊、基準(zhǔn)信號(hào)模塊、電流采集模塊、電壓采集模塊、電池管理模塊，且基準(zhǔn)信號(hào)模塊連接自動(dòng)校正模塊。其中電池管理模塊連接有電源模塊;電流采集模塊連接有輸入保護(hù)單元;輸入保護(hù)單元接地，電壓采集模塊連接高壓端子。多功能絕緣電阻測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

五、達(dá)到的目標(biāo)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供了一種多功能絕緣電阻測(cè)試儀。此多功能絕緣電阻測(cè)試儀，利用高壓對(duì)地短路放電，可以采集的電流最小可達(dá)到納安級(jí)別，換算成電阻值可測(cè)量到10TΩ以上;在電流采集模塊主要由高精度運(yùn)算放大器運(yùn)算放電網(wǎng)絡(luò)，放大倍數(shù)可以從1-100000倍，可以采集的電流最小可達(dá)到納安級(jí)別;系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)校正模塊，基于模塊內(nèi)部基準(zhǔn)信號(hào)源的基礎(chǔ)上，通過A/D轉(zhuǎn)換、CPU用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與各被測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，同時(shí)通過溫濕度傳感器得到環(huán)境溫濕度，進(jìn)行修正，以達(dá)到自校準(zhǔn)目的;系統(tǒng)時(shí)鐘模塊可以給CPU提供準(zhǔn)確的時(shí)間，CPU通過計(jì)時(shí)周期，判斷是否需要對(duì)電路進(jìn)行周期校準(zhǔn);在串口無線傳輸模塊提供外部通訊接口有RS-232、RS485以及無線通訊方式，可遠(yuǎn)程控制儀器運(yùn)行，通過鍵盤輸入模塊可控制儀器動(dòng)作，在顯示單元處顯示儀器運(yùn)行的各種參數(shù)。

六、結(jié)語

本文介紹了一種新型多功能絕緣電阻測(cè)試儀，可以保護(hù)后續(xù)電路避免受到各種電勢(shì)的侵入損害，利用高壓對(duì)地短路放電，可以采集到極小范圍內(nèi)的電流值;整個(gè)電阻測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，使用的效果相對(duì)于傳統(tǒng)方式更好。

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