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高压绝缘电阻测试仪

文档作者：徐茜文档来源：武汉化工学院		点击数：	更新时间： 2024年11月24日
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上一篇：继电器动态电阻在线检测技术

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高压绝缘电阻测试仪
A ． 武汉化．T-学院 徐茜7 呷，牛 ／
、[提要】 首先讨论常用的绝缘电阻测量方法矗荐茬-的问题，然后介绍利用双积
分A／D转换器实现比率剐量的原理，提出了用比率测量法实现单片微机高压绝缘电
阻测试的总体设计方案，并对其特点进行了讨论，最后给出了部分软、硬件框图。
关键词
，
单片机 A／1)转换器 比率测量法
● I—I母 机／ 义，嚣 — — — 一i 、’ ～ ■ I ’ ’
一
、引 言
高压绝缘电阻测试仪(高压兆欧表、高阻
计)是测试电气设备各部件之间的绝缘电阻
用的仪器，也是电力系统大型电机、变压器、
电力电容器、电力电缆设备绝缘能力测试的
常规检测仪表， 测试电压等级有t000~、
2500V、5000V、t00~V等。根据兆欧表中铡试
电源的构成，它可分为发电机型和电池型两
太类。
对于 型电机、变压器、电力电容器、电
力电缆等，这种测试仪除用作绝缘电阻的常
规测量外，还常需用来测量吸收比或极化系
数(即R~"／RIj ．或Rm ／R *)，以监测试品绝
缘性能是否因受潮而下降。现有的高阻计，
只能通过实测而后计算才能给出结果，不太
直观。
常用的测量绝缘电阻的基本方法有三
种：惠斯登电桥法，电容充电法和电压电流
法，其中电压电流法被广泛采用。电压电流
法是在一个测试电压源 。上串接被测电阻
R 和标准采样电阻R。，使之形成一个闭台
回路。当U。一定且R 》R 时，采样电阻上
的压降与R 成反比，从丽可以得出被测电
阻值。若采用高稳定的直流测试电源， 还可
获得较高的测量准确度。
臣j 图4 联结组标号对照图
41
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目前，在常规的绝缘检测中，摇表的使用
率仍很高，它由手摇发电机和流比计构成，示
值基本与测试电压无关，属比率测量方法，但
操作费力、费时，测量准确度低，误差约为4-
(1O一20)％。 ’
此外，在实际运行中，经常碰到诸如下列
不好处理的情况：1．交联聚乙烯电缆虽有
2000兆欧以上的绝缘电阻，却发生了对地闪
络事故；2．高压电机虽有300兆欧的绝缘电
阻，却产生了绝缘击穿；3．一个电力系统中
的电缆与设备虽测得绝缘电阻均大于lOOO
兆欧，但接地继电器却经常发生动作等等。
另外有些电气设备虽然已经到了耐压十分钟
都无法经受的地步，但用兆欧表测定，其指针
仍指示最大值。由此可以看出常规绝缘电阻
测试仪的局限性，同时说明了采用其它绝缘
检测方法和发展新测试仪器的必要性，单片
微机高压绝缘电阻测试系统为这种发展提供
了可能
二、比率测量法
比率测量法原理电路图如图1所示。u
为测试电源电压． ．为其等效内阻 当 ，不
大时，略去 ，矗 支路分流作用，采样电压
ux= Ro Us (⋯1)
式中， —— 为限流保护或其它原因而
串接的仪表附加电阻。
Rx= 一( 。+R +Ri) (2)
42
图1
由式(2)可见，测量结果与测试电源电压以
的稳定性有关。式(2)为单支路测量万法
(2)式中令R， ：旦 (3)
图1电路中，一般情况下满足R．《R。+ ，
于是：
= u
将它代人(3)式有：
：一 2 ． 簪Ⅳx f4)
将采样电压U 和基准电压U 输入到
A／D转换器中，即可实现比率测量。在接^
A／D转换器时，将A／D转换器两输入端的电
压位置换接，将图l电路中采样电压U。和
基准电压 分别输入到A／D转换器的基准
参考电压端和输入电压端，则积分输出脉冲
数
= 长
式中，K— — 计数溢出脉冲数，将此式代
人(4)式则有：
- } ㈤
式中，C =R。(R +R 2)／(解 )，将它代
人(2)式则有
= C 一(Ri+R +R。) (6)
由式(6)可见，此时被测电阻值 与测
试电源电压u。无关，消除了基准电压对电
压一电阻转换系数的影响，使测量准确度主
要决定于标准电阻和测量电路的稳定性，而
与测试电源电压的等级和稳定性无关。
同时，这种测量方法为单机多测试电压
档次实现绝缘检测提供了可能。由于A／D转
换器灵敏度高，因此可以用它来测量高绝缘
电阻，且测量误差小
三、绝缘电阻测试仪的基本构成
1．硬件设计
本系统选用MCS一51系列单片机
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8031作为主机 系统的总体硬件框图如图2
所示
圈2 系统总体结构框图
直流高压电源采用CMOs电路构成
DC—DC变换器，其中单稳电路和三角波发
生器由7556构成，误差放大器和PMW 比较
器由MC14573实现。
A／D转换电路，选用INTEPSIL公司生产
的ICL7109A／D转换器，它是一种高精度、低
噪声低漂移和价格低廉的12位双积分A／D
转换器， 由于片内包含了与微处理器接口所
需要的全部有源电路，因此可以很方便地与
微处理器接口组成简单的数据采集系统。图
3示出了仪表中7109与8031的接口电路。
片选即可。
2．软件设计
系统主要程序框图如图4所示。上电或
手动复位后，进入仪表的初始化程序，设置初
始参数、选通8279，对其送控制字，完成对
8279的初始化，进入等待键盘命令 根据测
试电压规格完成测试，显示、打印测试结果
P0 O BI v cc
Po 7 ●
8O31
B12
0R
POL 7
109
{8
fIo 互
IoDE
圈3 ICL7109与8031接口电路
键盘、显示及打印电路。唧I 8279是一
种通用的可编程键盘、显示接口器件，单片器
件就能够完成键盘输入和LED显示控制。打
印机选用了智能化GP—J6微型打印机，可与
8031数据总线直接相通，只要一根口线完成
图4
四、结束语
本装置采用比率测量法，使得
测量结果Rx与测试电源电压基本
无关，测量准确度主要决定于标准
x 电阻和测量电路的稳定性，其抗干
扰能力较强。据分析，即使采用高
稳定度、负荷特性好的高压测试电
一源，常用的单支路测量方法也无法
有效地抵御现场电网感应电压对
测量结果的影响
利用双积分A／D转换器实
比率测量，其转换的准确度高，高低量限分辨
率相同，测量误差小，同时可以省去程控放大
电路等，使系统结构得以简化。
本系统用单片微机实现，充分利用单片
微机的特点、系统易于操作。本装置功能上
呈
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如上分析，该控制回路对主电路电压方
向切换时问毫无约束作用，只由电网电压的
周期控制，即为3．3ms。
另一方面．在电化去油过程中，当槽池上
电极两端外加电压消失后，电极问尚有与原
外加电压方向阿向的残余电压。经测量，在
原负载电流为1000A时，该残余电压在1 5V
以上，约3O秒后才能降为零值
综上所述，该电源柜发生故障的原因为：
电化去油槽通电工作时，在外加电场的作用
下．正负电极周围均有带电粒子积累，其中正
极处积累带正电的粒子，负极处积累带负电
的粒子。当外加电场消失后，各极处积累的
带电粒子不能立即扩散结合，故而在电极间
形成了与原外加电场同方向的残余电场，反
映在极问为残余电压。当外加电场在很短的
时间内切换方向时，外加电场与残余电场在
同一回路中叠加，增加了作用于该回路的总
电势。为该回路出现大电流提供了动力 同
时，原积累的带正电的粒子处于新电场的负
极周围，带负电的粒子处于新电场的正极周
围，为该回路产生大电流提供了所需的带电
粒子。因此该回路在迅速切换电压方向时，
必然在该固路里产生很大的冲击电流。
该冲击电流在整流变压器二次侧感应出
很高的电压，致使二次侧调压整流可控硅的
耐压值不得不选得很大；使得可控硅的额定
通态平均电流也选得很大。如该电源柜中所
选用酊可控硅电匪参数超出常规设计的十几
倍，电流参数也超出近两倍。
该冲击电流使得回路中电流变化率很
大，以致超出选用可控硅的允许值，而使其损
坏。
该冲击电流在直流母排及硅元件周围产
生很强的变化磁场，该磁场作用于已形成闭
台状态的硅元件安装支架上，在支架内感应
出电压、电流，在接触不良的部位就产生了电
压击穿，产生了火花放电。
根据这个原因，我们对该电源柜进行手
动切换、电压方向的操作，结果上述故障消
失，电源柜能够正常工作。
由此．我们对该柜自动切换电压方向部
分的电路进行了改进，如图2示。以使该柜在
切换电压方向时，先关断已导通的可控硅组，
延长一段时间，使槽中的残余电压降低，积累
的正负带电粒子大部分结合后，再使反向可
控硅组导通，建立新的电场。
加装延时电路后，该电源柜工作正常，上
述故障再束发生。
图中： 用于调节延时时间
D 、D 、仉、 分别用于保护三极管 、
， n 选用3DG6 h ≤60
图2
(上接43 J
还有待进一步完善，以便对试品绝缘品质作
出判断。
参考文献
[1】刘耀南等-电气绝缘测试技术·北京：机
械工业出版社，1982年．
[2】唐兴柞-高电压技术-重庆：重庆大学出
版社，1992年．
[3】刘宝锷-绝缘兆欧表及其有关测量问题
的探讨·电测与仪表，1986，1：37～39．
[4】徐茜：中国电机工程学会电路理论及应用
第四唇年会论文集-高压绝缘电阻测试
仪的改进·湖北宜昌，1995，8．
【5】赵依军等-单片微机接13技术’北京：人
民邮电出版社，1989年．

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