絕緣電阻的現(xiàn)代測(cè)量方法

1、必修74大挈絕緣電阻的一種現(xiàn)代測(cè)量方法作者：王奧飛學(xué)號(hào)：201620212摘要絕緣電阻測(cè)試是電氣設(shè)備安全要求測(cè)試中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是有效判斷絕緣體是否完整以及絕緣體表面是否被污染的主要參數(shù)之一，通過(guò)測(cè)量電氣設(shè)備的絕緣電阻值可以及時(shí)檢測(cè)出設(shè)備普遍受潮、局部嚴(yán)重受潮和貫穿性等存在的缺陷。本文將高頻高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和單片機(jī)微控制器引入到絕緣電阻測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化、數(shù)字化和寬量程，滿足電氣設(shè)備測(cè)量中對(duì)絕緣電阻測(cè)量技術(shù)的需要。結(jié)合絕緣電阻測(cè)量中需要高電壓，弱電流等特點(diǎn)，通過(guò)分析在絕緣電阻測(cè)量中誤差的產(chǎn)生原因，決定以單片機(jī)作為本系統(tǒng)的核心，使用加壓測(cè)流法的測(cè)量方案。單片機(jī)主要完成數(shù)據(jù)采集和處理

2、經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)，并且完成了液晶顯示等功能。而加壓測(cè)流部分采用單端反激式的DC/DC變換器和多階倍壓整流電路相結(jié)合的方式，可根據(jù)設(shè)定值將交流電和15V直流供電電壓經(jīng)過(guò)變壓整流輸出四個(gè)不同檔位的高壓源。文中，詳細(xì)分析了高壓電源設(shè)計(jì)模塊的工作原理、電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題和相應(yīng)的解決措施。在隨后的電阻分壓電路中，將標(biāo)準(zhǔn)分壓電阻與被測(cè)絕緣電阻進(jìn)行串聯(lián)，高壓通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)分壓電阻和被測(cè)電阻后產(chǎn)生分壓信號(hào)。信號(hào)采集模塊對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電阻上所產(chǎn)生分壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采集和A/D轉(zhuǎn)換。將最后所測(cè)量的數(shù)字分壓信號(hào)送至單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)分壓信號(hào)計(jì)算出被測(cè)電阻的絕緣電阻值并通過(guò)LCD顯示。關(guān)鍵詞：絕緣電阻，單端

3、反激式變壓器，單片機(jī)，測(cè)試裝置第一章引言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子設(shè)備的絕緣性能在設(shè)備正常運(yùn)行中起到非常重要的作用，減少因?yàn)殡姎庠O(shè)備的絕緣性降低而造成的損失，將會(huì)給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)利益。絕緣電阻被定義為用絕緣材料隔開(kāi)的兩個(gè)導(dǎo)體之間，在規(guī)定的條件下所呈現(xiàn)的電阻，即加在與絕緣體或試樣相接觸的兩個(gè)電極之間的直流電壓除以通過(guò)兩電極的總電流所得的商。絕緣電阻是電氣設(shè)備、電纜及輸電線路的重要技術(shù)指標(biāo)，是保證其正常運(yùn)行的重要前提。為了避免因絕緣材料由于發(fā)熱、受潮、機(jī)械損傷、污染及老化等原因而造成漏電或短路事故的發(fā)生，必須及時(shí)和定期地測(cè)量電氣設(shè)備及電力線路的絕緣電阻，以推測(cè)其絕緣性能是否滿足使用

4、要求，防患于未然。通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備的絕緣電阻測(cè)試，可以對(duì)其絕緣性能有個(gè)充分了解：（ 1） 檢測(cè)絕緣結(jié)構(gòu)體和絕緣材料的特性。通過(guò)測(cè)量可以檢測(cè)出某種絕緣材料或是絕緣結(jié)構(gòu)體的絕緣性能，以便在以后的生產(chǎn)過(guò)程中正確選材。（ 2） 對(duì)電器產(chǎn)品的絕緣性能進(jìn)行評(píng)估，有效判別出廠家生產(chǎn)的電器產(chǎn)品是否符合絕緣性能的要求。（ 3） 及時(shí)了解電氣設(shè)備的絕緣性能，尤其是對(duì)正在工作使用時(shí)期的絕緣設(shè)備的檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)及時(shí)的了解其絕緣性能的好壞，避免不必要的事故發(fā)生。（ 4） 絕緣設(shè)備耐壓性能測(cè)試。通常在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)之前，都要對(duì)被檢設(shè)備進(jìn)行一次絕緣電阻測(cè)量。只有測(cè)量結(jié)果符合耐壓測(cè)試要求的設(shè)備才能繼續(xù)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，否則電氣設(shè)備在

5、測(cè)試時(shí)就會(huì)產(chǎn)生比較大電流而導(dǎo)致設(shè)備被擊穿。由上可知，對(duì)于設(shè)備的絕緣性能的測(cè)試可以有效、直觀的反映出其絕緣程度。通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)絕緣物的老化和磨損程度，是否受潮，工作環(huán)境是否合適等缺陷。所以，絕緣電阻測(cè)試是電氣設(shè)備安檢測(cè)試中不可或缺的一項(xiàng)重要的檢驗(yàn)項(xiàng)目。第二章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是將單片機(jī)控制和高頻高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源有效的結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)了絕緣電阻測(cè)試的完全自動(dòng)化和智能化。大大的降低的操作人員的工作量。所要實(shí)現(xiàn)的主要功能和性能如下：利用脈沖控制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)500V、1000M2000V和5000V四組電壓輸出檔位。并在高壓作用時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓，欠壓和過(guò)流保護(hù)；標(biāo)準(zhǔn)分壓電阻檔位間自動(dòng)切換

6、功能。根據(jù)測(cè)量時(shí)不同被檢電阻值的大小，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分壓電阻間檔位的切換，使分壓信號(hào)達(dá)到測(cè)量范圍；將測(cè)量的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)，方便在以后進(jìn)行數(shù)據(jù)回查和數(shù)據(jù)對(duì)比；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)界面功能，信號(hào)采集電路和系統(tǒng)抗干擾處理。不同電壓檔位之間切換要安全可靠；系統(tǒng)電源電路供電方式為交流220V和直流+15V兩種；被測(cè)對(duì)象的絕緣電阻值最大為3.3GQ;測(cè)量誤差小于5%本文所設(shè)計(jì)的絕緣電阻測(cè)試裝置采用單片機(jī)作為中央控制單元，使用交流220V和直流+15V兩種供電方式。內(nèi)置高壓發(fā)生器產(chǎn)生測(cè)量所需要電壓，然后由采樣電路進(jìn)行信號(hào)采集，通過(guò)相應(yīng)的取樣電路后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)顯示器回

7、放。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖根據(jù)本系統(tǒng)的功能特性和作用，可將本系統(tǒng)劃分為四大部分：(1)高頻高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：由于本系統(tǒng)的工作功率小、測(cè)量電壓高、外觀小等特點(diǎn)，變換器采用的是單端反激式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。四檔高壓輸出分別線性對(duì)應(yīng)著四檔基準(zhǔn)電壓。單片機(jī)根據(jù)用戶需要，在四檔基準(zhǔn)電壓之間進(jìn)行切換，進(jìn)而保證高壓模塊輸出與基準(zhǔn)電壓對(duì)應(yīng)高壓直流電流源。對(duì)輸出的電流、電壓信號(hào)及時(shí)采樣，形成電壓反饋控制。圖2-2為高頻高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理框圖。圖2-2高頻高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理框圖(2)分壓電路：分壓電路由電阻分壓電路構(gòu)成。在高壓作用于被測(cè)電阻時(shí)，為了使分壓信號(hào)能夠滿足信號(hào)采集電路的采集范圍，調(diào)

8、整電阻使得模擬分壓信號(hào)滿足采集電路的采集要求。(3)模擬信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換電路：模擬信號(hào)采集電路對(duì)滿足采集要求的分壓信號(hào)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)送至轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路運(yùn)用16位的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后送至單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理。(4)數(shù)據(jù)處理及模擬開(kāi)關(guān)控制電路：因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有工作功率低、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以此部分內(nèi)容選用的是C8051F020單片機(jī)作為主控芯片，主要完成數(shù)據(jù)處理計(jì)算和存儲(chǔ)，各軟件模塊函數(shù)的執(zhí)行流程的控制。第三章測(cè)試裝置電路圖及程序流程圖高壓電源模塊是本系統(tǒng)中非常的重要的一部分。在對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試時(shí)，需要對(duì)被測(cè)電阻作用一個(gè)穩(wěn)定的直流高壓電源

9、。因此，高壓模塊能否根據(jù)用戶選擇產(chǎn)生穩(wěn)定的高壓直流電源，是系統(tǒng)是否能夠正常工作的關(guān)鍵所在。本文在高壓電源設(shè)計(jì)模塊采用的是單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，變壓器體積小，功耗低等特點(diǎn)非常適合本系統(tǒng)。單端反激式變換器是基于脈沖調(diào)制信號(hào)控制電路周期性導(dǎo)通和斷開(kāi)來(lái)工作的。變換器的線圈在一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間段內(nèi)存儲(chǔ)能量，在斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)向副邊電路釋放能量。所以能量在一個(gè)周期實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)-磁場(chǎng)-電場(chǎng)的轉(zhuǎn)換。從變換器能量轉(zhuǎn)換方式可以得知：適當(dāng)?shù)恼{(diào)整脈沖調(diào)制信號(hào)的占空比，從而控制電路的導(dǎo)通時(shí)作為整個(gè)系統(tǒng)的功率輸入和能量供給部分，工作電源電路將系統(tǒng)的交流220V或是直流+15V供電電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的供電電壓。

10、圖3-2給出系統(tǒng)電源的具體電路形式。為了減少體積，同時(shí)考慮到電流較小的因素，用一只單輸出繞組的變壓器對(duì)交流電進(jìn)行整流變壓，然后用三端穩(wěn)壓塊7812得12V正電壓，采用DC-DC真塊，將12V電壓轉(zhuǎn)換成士12V、±5V電源給系統(tǒng)各模塊供電。當(dāng)系統(tǒng)用+15V直流電壓供電時(shí)，只需將單刀雙擲開(kāi)關(guān)將直流電壓導(dǎo)通即可。圖3-2系統(tǒng)電源電路圖倍壓整流電路在1932年提出，最初在核技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，為了得到更高的電壓值來(lái)模擬人工核反應(yīng)。圖3-3就是倍壓電路的電路結(jié)構(gòu)圖。在一些需用高電壓、小電流的地方，常常使用此倍壓整流電路。在這種倍壓整流電路中的每個(gè)電容上的電壓值都不會(huì)超過(guò)變壓器次級(jí)繞組上最大電壓輸出值

11、U的兩倍，即2U。因此采用橋式電阻分壓電路8,在橋式網(wǎng)絡(luò)中施加測(cè)試電壓，用電壓傳感器測(cè)量U2 R1 R2R3U1與U2的電壓，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路和AD轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)中計(jì)算出電壓值。推導(dǎo)得出絕緣電阻Rx的阻值：Ui圖3-4橋式測(cè)量電路由于試品可能因積累電荷而帶電，故設(shè)計(jì)放電回路如圖3-5C27K20.01UF a-RC-21F圖3-5本測(cè)量裝置主要以單片機(jī)作為本系統(tǒng)的核心，單片機(jī)主要完成數(shù)據(jù)采集和處理經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)，并且完成了鍵盤輸入、液晶顯示等功能。具總線路如圖3-6所示。圖3-6絕緣電阻測(cè)試裝置原理圖圖3-5絕緣電阻和吸收比測(cè)量流程圖第四章結(jié)論目前在許多電氣設(shè)備測(cè)量工作中都要進(jìn)行絕緣電阻值的測(cè)量，而所使用的測(cè)量?jī)x器大多還是傳統(tǒng)的兆歐表。這種半機(jī)械儀表由于讀數(shù)和測(cè)量范圍限制等其他的一些原因，很多時(shí)候不能達(dá)到高精度、高速率等現(xiàn)代化的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，會(huì)在電氣設(shè)備絕緣電阻測(cè)量過(guò)程中埋下隱患，不僅得不到所需要的準(zhǔn)確測(cè)量值，還會(huì)對(duì)人身安全和被測(cè)設(shè)備造成安全隱患。如果可以采用本設(shè)計(jì)的絕緣電阻測(cè)試裝置，由于其高效率、高精度、易操作和安全性好，不但可以提高測(cè)量效率，還能減少安全事故發(fā)生的幾率。隨著工業(yè)控制的不斷發(fā)展，對(duì)于電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度和電氣安全性的要求會(huì)越來(lái)越高，由此對(duì)絕緣電阻測(cè)試裝置的使用范圍會(huì)越來(lái)越廣泛，使用標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。參考文獻(xiàn)1 劉耀南.邱昌容.電