電線電纜直流長時絕緣阻抗測試儀的研制

王學浩

吉林省產品質量監督檢驗院 吉林長春 130103

隨著電力事業的不斷發展，電力實業與人們生活之間的關聯度逐漸加大，并與經濟效益增長有一定的聯系。如果能夠確保電力資源處于穩定的供應狀態，就能夠降低電力系統出現問題的概率。另外，在電力系統中，絕緣材料有著重要地位，如絕緣材料受到破壞，就會極大程度破壞電力安全，還可能導致火災等情況出現。所以，重視絕緣問題，才能滿足電力系統的運行要求。

1 測試方法分析

IEC60227-5：2011規定的測試方法為：從去掉外護層的電線上取長度為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度約為250mm。將220V的直流電負極連接到試樣的導體上，正極連接到一個浸入溶液的銅電極，測試時間為240h。測試過程中，絕緣不發生擊穿。測試結束后，電線外表面無破損痕跡，絕緣的變色可以忽略。

根據IEC60060-1：1989《高電壓試驗技術第1部分：一般定義和技術要求》第4章，對于高壓試驗結果的評定為：“試樣在施加相應規定的試驗電壓和持續時間內，無任何閃絡放電，或者試驗回路電流不隨時間而增大，則應認為試樣通過直流電壓試驗。如果在試驗期間內出現電流急劇增加，甚至直流高壓發生器線路的開關跳閘，且試樣不可能再次耐受同樣的試驗電壓，則認為試樣已擊穿。”根據IEC60227-5：2011對直流長時絕緣阻抗測試方法的描述，本試驗的最終結果應按IEC60060-1：1989第4章的試驗結果評定方法進行判定。

2 測試儀的設計與實現

2.1 測試儀的基本原理及構成

電線電纜直流長時絕緣阻抗測試儀主要由測試控制部分和人機交互部分組成，具體構成模塊如圖1所示。基于可靠性的考慮，測試儀采用嵌入式單片機控制系統。數字波形發生器產生的正弦波經過二階有源濾波器產生正弦波，經過高保真的線性功放及高壓變換，可輸出同樣標準的正弦波高壓。交流高壓經半波整流后輸出直流電壓系統采用測量電路與控制電路一體的嵌入式單片機系統。數模轉換模塊的主要作用是將數字信號轉換為模擬信號。線性功放將模擬信號放大，輸出標準的正弦波高壓。高壓整流模塊將交流電壓整流為測試用的直流電壓。電參數采樣模塊將采樣信號經過運算放大器放大，輸送到單片機進行處理；經顯示及按鍵掃描，可編程接口與單片機建立聯系，并發出或接收相應指令。

圖1 測試儀主要構成模塊示意圖

2.2 數模轉換及信號放大

數模轉換模塊的主要作用是將數字信號轉換為模擬信號。采用DAC0800LCM芯片，把數字信號轉換成模擬信號的正弦波。DAC0800芯片不需要程序轉換，只需按查找表方法查找數據，周期性賦值，容錯率高，經過二階有源濾波器可產生正弦波，輸入到線性功放。功率放大器是輸出信號幅度與輸入信號幅度成正比的放大器，可以將輸入信號放大到需要功率電平。本文采用線性放大型功放電路，解決了困擾自耦調節及脈沖寬度調制(pulsewidthmodulation，PWM)功放的問題，實現了智能化控制、無觸點升壓、輸出波形失真度小、無尖峰毛刺，較大地提高了測試的可信度。

2.3 直流耐壓高壓輸出及采樣電路

數字波形發生器產生的正弦波經過線性功放輸出到升壓器的初級，經過升壓器的高壓變換輸出正弦波高壓。正弦波高壓經整流濾波后輸出直流高壓。在高壓輸出端進行耐壓采樣，采樣電路如圖2所示。高壓輸出的HVOUT經過R 63和R 60到地，在2個電阻之間VF為耐壓電壓的采樣點。在回路端R ET選取AF為采樣點，經過采樣電阻R 64進行絕緣阻抗采樣。采樣信號經過運算放大器，輸送到單片機進行處理。

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，可以滿足多路同時測量的要求。選擇STC15F2K60S2單片機來控制繼電器工作。STC15F2K60S2單片機是增強型8051單片機。與傳統51型單片機相比，該單片機內核速度提升7～12倍，內部R AM達到2KB；新增一個16位自動重載定時器，可實現時鐘輸出；串口波特率設置也更加靈活，每個通用I/O口驅動能力均可達到20mA。該單片機還具有寬電壓，不怕電源抖動，內部集成高可靠復位電路和高精度R/C時鐘電路，并且擁有超低功耗。本文使用了2個達林頓晶體管陣列ULN2004來控制6組12個繼電器驅動。其中所用到的+24V電壓變壓器經整流橋后濾波得到，+5V電壓由78M05三端穩壓器電路輸出。在單片機TXD和R XD兩端口，分別增加光耦進行電路隔離，使電信號單向傳輸，抗干擾能力強。

3 試驗測試

直流長時絕緣阻抗測試儀經校準合格后，對戶內裝飾照明用軟線(型號為60227IEC43，1×0.75mm2)進行了測試。試樣長度為5m。試樣制備時，未損壞絕緣。將試樣置于水浴箱內。水浴箱內盛有濃度為10g/L、溫度為60℃的NaCl溶液。試樣兩端留在溶液外的長度為250mm。將220V的直流電的負極連接到試樣的導體上，正極連接到浸入溶液的銅電極上，通過測試儀施加220V直流電壓，測試時間為240h。在規定的電壓下和持續時間內，測試儀工作正常；試樣無任何閃絡放電，泄漏電流穩定，測試儀未報警。由此證明，試驗通過。

4 結語

在了解絕緣電阻測試中示數的變化機理后發現，在對絕緣施加電壓后，絕緣內部會產生隨時間而衰減的電流，因此為了測量結果準確，應該等這些電流全部衰減完后，再讀出由泄漏電流計算而來的絕緣電阻的數值，但由于可逆吸收電流要經過數分鐘后才能趨于消失，考慮到測量系統如果測量時間較長其穩定性將受影響，測量時間又不宜太長。采用測試儀，對戶內裝飾照明用軟線進行了試驗測試。測試結果表明，該測試儀能滿足相關標準要求，可有效測試電線電纜長時直流阻抗。