电线电缆直流长时绝缘阻抗测试仪的研制

王学浩

吉林省产品质量监督检验院 吉林长春 130103

随着电力事业的不断发展，电力实业与人们生活之间的关联度逐渐加大，并与经济效益增长有一定的联系。如果能够确保电力资源处于稳定的供应状态，就能够降低电力系统出现问题的概率。另外，在电力系统中，绝缘材料有着重要地位，如绝缘材料受到破坏，就会极大程度破坏电力安全，还可能导致火灾等情况出现。所以，重视绝缘问题，才能满足电力系统的运行要求。

1 测试方法分析

IEC60227-5：2011规定的测试方法为：从去掉外护层的电线上取长度为5m的试样。将电线浸入浓度为10g/L、温度为(60±5)℃的NaCl溶液，电线两端留在溶液外的长度约为250mm。将220V的直流电负极连接到试样的导体上，正极连接到一个浸入溶液的铜电极，测试时间为240h。测试过程中，绝缘不发生击穿。测试结束后，电线外表面无破损痕迹，绝缘的变色可以忽略。

根据IEC60060-1：1989《高电压试验技术第1部分：一般定义和技术要求》第4章，对于高压试验结果的评定为：“试样在施加相应规定的试验电压和持续时间内，无任何闪络放电，或者试验回路电流不随时间而增大，则应认为试样通过直流电压试验。如果在试验期间内出现电流急剧增加，甚至直流高压发生器线路的开关跳闸，且试样不可能再次耐受同样的试验电压，则认为试样已击穿。”根据IEC60227-5：2011对直流长时绝缘阻抗测试方法的描述，本试验的最终结果应按IEC60060-1：1989第4章的试验结果评定方法进行判定。

2 测试仪的设计与实现

2.1 测试仪的基本原理及构成

电线电缆直流长时绝缘阻抗测试仪主要由测试控制部分和人机交互部分组成，具体构成模块如图1所示。基于可靠性的考虑，测试仪采用嵌入式单片机控制系统。数字波形发生器产生的正弦波经过二阶有源滤波器产生正弦波，经过高保真的线性功放及高压变换，可输出同样标准的正弦波高压。交流高压经半波整流后输出直流电压系统采用测量电路与控制电路一体的嵌入式单片机系统。数模转换模块的主要作用是将数字信号转换为模拟信号。线性功放将模拟信号放大，输出标准的正弦波高压。高压整流模块将交流电压整流为测试用的直流电压。电参数采样模块将采样信号经过运算放大器放大，输送到单片机进行处理；经显示及按键扫描，可编程接口与单片机建立联系，并发出或接收相应指令。

图1 测试仪主要构成模块示意图

2.2 数模转换及信号放大

数模转换模块的主要作用是将数字信号转换为模拟信号。采用DAC0800LCM芯片，把数字信号转换成模拟信号的正弦波。DAC0800芯片不需要程序转换，只需按查找表方法查找数据，周期性赋值，容错率高，经过二阶有源滤波器可产生正弦波，输入到线性功放。功率放大器是输出信号幅度与输入信号幅度成正比的放大器，可以将输入信号放大到需要功率电平。本文采用线性放大型功放电路，解决了困扰自耦调节及脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)功放的问题，实现了智能化控制、无触点升压、输出波形失真度小、无尖峰毛刺，较大地提高了测试的可信度。

2.3 直流耐压高压输出及采样电路

数字波形发生器产生的正弦波经过线性功放输出到升压器的初级，经过升压器的高压变换输出正弦波高压。正弦波高压经整流滤波后输出直流高压。在高压输出端进行耐压采样，采样电路如图2所示。高压输出的HVOUT经过R 63和R 60到地，在2个电阻之间VF为耐压电压的采样点。在回路端R ET选取AF为采样点，经过采样电阻R 64进行绝缘阻抗采样。采样信号经过运算放大器，输送到单片机进行处理。

图2 采样电路

2.3 继电器控制板

继电器控制板用于切换多路直流耐压，可以满足多路同时测量的要求。选择STC15F2K60S2单片机来控制继电器工作。STC15F2K60S2单片机是增强型8051单片机。与传统51型单片机相比，该单片机内核速度提升7～12倍，内部R AM达到2KB；新增一个16位自动重载定时器，可实现时钟输出；串口波特率设置也更加灵活，每个通用I/O口驱动能力均可达到20mA。该单片机还具有宽电压，不怕电源抖动，内部集成高可靠复位电路和高精度R/C时钟电路，并且拥有超低功耗。本文使用了2个达林顿晶体管阵列ULN2004来控制6组12个继电器驱动。其中所用到的+24V电压变压器经整流桥后滤波得到，+5V电压由78M05三端稳压器电路输出。在单片机TXD和R XD两端口，分别增加光耦进行电路隔离，使电信号单向传输，抗干扰能力强。

3 试验测试

直流长时绝缘阻抗测试仪经校准合格后，对户内装饰照明用软线(型号为60227IEC43，1×0.75mm2)进行了测试。试样长度为5m。试样制备时，未损坏绝缘。将试样置于水浴箱内。水浴箱内盛有浓度为10g/L、温度为60℃的NaCl溶液。试样两端留在溶液外的长度为250mm。将220V的直流电的负极连接到试样的导体上，正极连接到浸入溶液的铜电极上，通过测试仪施加220V直流电压，测试时间为240h。在规定的电压下和持续时间内，测试仪工作正常；试样无任何闪络放电，泄漏电流稳定，测试仪未报警。由此证明，试验通过。

4 结语

在了解绝缘电阻测试中示数的变化机理后发现，在对绝缘施加电压后，绝缘内部会产生随时间而衰减的电流，因此为了测量结果准确，应该等这些电流全部衰减完后，再读出由泄漏电流计算而来的绝缘电阻的数值，但由于可逆吸收电流要经过数分钟后才能趋于消失，考虑到测量系统如果测量时间较长其稳定性将受影响，测量时间又不宜太长。采用测试仪，对户内装饰照明用软线进行了试验测试。测试结果表明，该测试仪能满足相关标准要求，可有效测试电线电缆长时直流阻抗。