電線電纜直流長(zhǎng)時(shí)絕緣阻抗測(cè)試儀的研制

王學(xué)浩

吉林省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 吉林長(zhǎng)春 130103

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，電力實(shí)業(yè)與人們生活之間的關(guān)聯(lián)度逐漸加大，并與經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)有一定的聯(lián)系。如果能夠確保電力資源處于穩(wěn)定的供應(yīng)狀態(tài)，就能夠降低電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題的概率。另外，在電力系統(tǒng)中，絕緣材料有著重要地位，如絕緣材料受到破壞，就會(huì)極大程度破壞電力安全，還可能導(dǎo)致火災(zāi)等情況出現(xiàn)。所以，重視絕緣問題，才能滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

1 測(cè)試方法分析

IEC60227-5：2011規(guī)定的測(cè)試方法為：從去掉外護(hù)層的電線上取長(zhǎng)度為5m的試樣。將電線浸入濃度為10g/L、溫度為(60±5)℃的NaCl溶液，電線兩端留在溶液外的長(zhǎng)度約為250mm。將220V的直流電負(fù)極連接到試樣的導(dǎo)體上，正極連接到一個(gè)浸入溶液的銅電極，測(cè)試時(shí)間為240h。測(cè)試過程中，絕緣不發(fā)生擊穿。測(cè)試結(jié)束后，電線外表面無破損痕跡，絕緣的變色可以忽略。

根據(jù)IEC60060-1：1989《高電壓試驗(yàn)技術(shù)第1部分：一般定義和技術(shù)要求》第4章，對(duì)于高壓試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定為：“試樣在施加相應(yīng)規(guī)定的試驗(yàn)電壓和持續(xù)時(shí)間內(nèi)，無任何閃絡(luò)放電，或者試驗(yàn)回路電流不隨時(shí)間而增大，則應(yīng)認(rèn)為試樣通過直流電壓試驗(yàn)。如果在試驗(yàn)期間內(nèi)出現(xiàn)電流急劇增加，甚至直流高壓發(fā)生器線路的開關(guān)跳閘，且試樣不可能再次耐受同樣的試驗(yàn)電壓，則認(rèn)為試樣已擊穿。”根據(jù)IEC60227-5：2011對(duì)直流長(zhǎng)時(shí)絕緣阻抗測(cè)試方法的描述，本試驗(yàn)的最終結(jié)果應(yīng)按IEC60060-1：1989第4章的試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定方法進(jìn)行判定。

2 測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 測(cè)試儀的基本原理及構(gòu)成

電線電纜直流長(zhǎng)時(shí)絕緣阻抗測(cè)試儀主要由測(cè)試控制部分和人機(jī)交互部分組成，具體構(gòu)成模塊如圖1所示。基于可靠性的考慮，測(cè)試儀采用嵌入式單片機(jī)控制系統(tǒng)。數(shù)字波形發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過二階有源濾波器產(chǎn)生正弦波，經(jīng)過高保真的線性功放及高壓變換，可輸出同樣標(biāo)準(zhǔn)的正弦波高壓。交流高壓經(jīng)半波整流后輸出直流電壓系統(tǒng)采用測(cè)量電路與控制電路一體的嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的主要作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。線性功放將模擬信號(hào)放大，輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波高壓。高壓整流模塊將交流電壓整流為測(cè)試用的直流電壓。電參數(shù)采樣模塊將采樣信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理；經(jīng)顯示及按鍵掃描，可編程接口與單片機(jī)建立聯(lián)系，并發(fā)出或接收相應(yīng)指令。

圖1 測(cè)試儀主要構(gòu)成模塊示意圖

2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換及信號(hào)放大

數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的主要作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。采用DAC0800LCM芯片，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的正弦波。DAC0800芯片不需要程序轉(zhuǎn)換，只需按查找表方法查找數(shù)據(jù)，周期性賦值，容錯(cuò)率高，經(jīng)過二階有源濾波器可產(chǎn)生正弦波，輸入到線性功放。功率放大器是輸出信號(hào)幅度與輸入信號(hào)幅度成正比的放大器，可以將輸入信號(hào)放大到需要功率電平。本文采用線性放大型功放電路，解決了困擾自耦調(diào)節(jié)及脈沖寬度調(diào)制(pulsewidthmodulation，PWM)功放的問題，實(shí)現(xiàn)了智能化控制、無觸點(diǎn)升壓、輸出波形失真度小、無尖峰毛刺，較大地提高了測(cè)試的可信度。

2.3 直流耐壓高壓輸出及采樣電路

數(shù)字波形發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過線性功放輸出到升壓器的初級(jí)，經(jīng)過升壓器的高壓變換輸出正弦波高壓。正弦波高壓經(jīng)整流濾波后輸出直流高壓。在高壓輸出端進(jìn)行耐壓采樣，采樣電路如圖2所示。高壓輸出的HVOUT經(jīng)過R 63和R 60到地，在2個(gè)電阻之間VF為耐壓電壓的采樣點(diǎn)。在回路端R ET選取AF為采樣點(diǎn)，經(jīng)過采樣電阻R 64進(jìn)行絕緣阻抗采樣。采樣信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器，輸送到單片機(jī)進(jìn)行處理。

圖2 采樣電路

2.3 繼電器控制板

繼電器控制板用于切換多路直流耐壓，可以滿足多路同時(shí)測(cè)量的要求。選擇STC15F2K60S2單片機(jī)來控制繼電器工作。STC15F2K60S2單片機(jī)是增強(qiáng)型8051單片機(jī)。與傳統(tǒng)51型單片機(jī)相比，該單片機(jī)內(nèi)核速度提升7～12倍，內(nèi)部R AM達(dá)到2KB；新增一個(gè)16位自動(dòng)重載定時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘輸出；串口波特率設(shè)置也更加靈活，每個(gè)通用I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA。該單片機(jī)還具有寬電壓，不怕電源抖動(dòng)，內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路和高精度R/C時(shí)鐘電路，并且擁有超低功耗。本文使用了2個(gè)達(dá)林頓晶體管陣列ULN2004來控制6組12個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)。其中所用到的+24V電壓變壓器經(jīng)整流橋后濾波得到，+5V電壓由78M05三端穩(wěn)壓器電路輸出。在單片機(jī)TXD和R XD兩端口，分別增加光耦進(jìn)行電路隔離，使電信號(hào)單向傳輸，抗干擾能力強(qiáng)。

3 試驗(yàn)測(cè)試

直流長(zhǎng)時(shí)絕緣阻抗測(cè)試儀經(jīng)校準(zhǔn)合格后，對(duì)戶內(nèi)裝飾照明用軟線(型號(hào)為60227IEC43，1×0.75mm2)進(jìn)行了測(cè)試。試樣長(zhǎng)度為5m。試樣制備時(shí)，未損壞絕緣。將試樣置于水浴箱內(nèi)。水浴箱內(nèi)盛有濃度為10g/L、溫度為60℃的NaCl溶液。試樣兩端留在溶液外的長(zhǎng)度為250mm。將220V的直流電的負(fù)極連接到試樣的導(dǎo)體上，正極連接到浸入溶液的銅電極上，通過測(cè)試儀施加220V直流電壓，測(cè)試時(shí)間為240h。在規(guī)定的電壓下和持續(xù)時(shí)間內(nèi)，測(cè)試儀工作正常；試樣無任何閃絡(luò)放電，泄漏電流穩(wěn)定，測(cè)試儀未報(bào)警。由此證明，試驗(yàn)通過。

4 結(jié)語

在了解絕緣電阻測(cè)試中示數(shù)的變化機(jī)理后發(fā)現(xiàn)，在對(duì)絕緣施加電壓后，絕緣內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間而衰減的電流，因此為了測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)該等這些電流全部衰減完后，再讀出由泄漏電流計(jì)算而來的絕緣電阻的數(shù)值，但由于可逆吸收電流要經(jīng)過數(shù)分鐘后才能趨于消失，考慮到測(cè)量系統(tǒng)如果測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)其穩(wěn)定性將受影響，測(cè)量時(shí)間又不宜太長(zhǎng)。采用測(cè)試儀，對(duì)戶內(nèi)裝飾照明用軟線進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該測(cè)試儀能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可有效測(cè)試電線電纜長(zhǎng)時(shí)直流阻抗。