CN101504429A - 便携式电工电桥漏电压在线测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电器(电力)设备电工测量与安全领域中的领先前沿技术。公开了一种<便携式电工电桥漏电压在线测量仪器>，组成电路有测量电路、设定电路、比较指示电路、数字电压表电路、模拟实验电路和电源电路。可以在线测量电器(电力)设备外壳漏电压数值。具体说适用于下面几个方面。1.在线测量电器(电力)设备的外壳漏电压数值；2.在线根据电器(电力)设备漏电变化判断其运行安全程度；3.根据本发明方法可以实现电器(电力)设备远距离监视和自动操作；4.根据本发明方法可以测试绝缘材料的绝缘性能和优劣。

Description

便携式电工电桥漏电压在线测量仪器

技术领域：

本发明属于电器(电力)设备电工测量与安全领域。

本发明公开了一种<便携式电工电桥漏电压在线测量仪器>，可以在线测量电器(电力)设备外壳漏电压数值。具体说适用于下面几个方面。

1.在线测量电器(电力)设备的外壳漏电压数值。

2.在线根据电器(电力)设备漏电压的变化判断其运行安全程度。

3.根据本发明方法可以实现电器(电力)设备远距离监视和自动操作。

4.根据本发明方法可以测试绝缘材料的绝缘性能和优劣。

背景技术：

任何电器(电力)设备都具备防止漏电的绝缘层。绝缘层的优劣反映了电器(电力)设备运行中安全程度。如果外壳漏电超过危险值(如36V以上)时，人体有触电危险，所以监测漏电压的变化和危险值是很重要的。

目前对绝缘层的优劣的监测主要以预防为主。例如1.设计和生产电器(电力)设备时提高绝缘层耐压和绝缘等级；2.投入运行前严格检测绝缘层的优劣，例如摇表法测绝缘阻值，耐压试验。上面都是前期提高安全、防止触电的措施。

但是电器(电力)设备在运行中对绝缘层的在线监测目前还没开展起来。我认为在线检测电器漏电压的变化和大小，可以有效的判断绝缘层阻值的变化和电器外壳漏电压值。为了在线检测电器漏电压数值，所以本发明人公开了一种<便携式电工电桥漏电压在线测量仪器>，主要是在线测量电器漏电压数值，防止人体触电和分析绝缘材料的性能。

(注：后文安全电压值称危险电压值；电器(电力)设备统称电器。)

发明内容：

本发明是根据前发明<一种检测运行电器(电力)设备外壳漏电压的方法和二步防触电方案>(申请号：200610042241.8；公开号：CN1851484A.)的原理提出的一种(便携式电工电桥漏电压在线测量仪器)。

本发明漏电压在线测量仪器是根据电桥原理见(图2)，r₂表示电器绝缘电阻，r₁表示电器外壳(Z)对地电阻，r₂和r₁组成电桥检测电路。R₂和R₁组成电桥设定电路。V_a表示检测漏电压，V_b表示设定漏电压，分别由电桥对角线a电节点和b电节点输出。

(图1)是本发明电桥漏电压在线测量仪器的原理框图。检测电路测量出设备外壳(Z)的漏电压值V_a并由a电节点输出。设定电路通过多路分接开关K设定不同的漏电压设定值V_b并由b电节点输出。a和b两电节点分别经双二极管同时输入到比较指示电路，根据指示灯信号证明电桥平衡，确定电桥a和b对角线漏电压相同。数字电压表分别通过开关K₃测定a电节点漏电压值V_a或b电节点设定漏电压V_b。其中模拟电路a电节点通过K₂与设定电路b电节点比较通过发光二极管指示灯，验证本漏电压测量仪是否工作正常。

下面对电桥漏电压在线测量仪器根据各电路单元见(图1)进行分析。

1.测量电路见(图3)虚框I：由火线L→电器换能器XY→绝缘

所测电器外壳(Z)相对零地线的电压即漏电压V_a，由电桥对角线a电节点输出到比较指示电路。

2.设定电路见(图3)虚框IV：由火线L→电阻R₉→可变电位器R₁₀→b电节点→分电阻R₁、分电阻R₂、分电阻R₃、分电阻R₄、分电阻R₅、分电阻R₆→多路分接开关K→零地线N。

电路通过多路分接开关K与各分电阻R₁～R₆相连接，通过调整可变电位器R₁₀，在b电节点分六档次连续输出0.34～188.6V的设定漏电压值V_b。

3.比较指示电路见(图3)虚框III和(图4)。

由检测电路输出a→VD₁、

由设定电路输出b→VD₃、

由电桥对角线a电节点输入V_a和电桥对角线b电节点输入V_b，同时输入到比较指示电路，信号经运算放大器后发光二极管灯亮，说明检测电压V_a和设定电压V_b相等。

4.模拟实验电路见(图3)虚框II：

电阻R₈和电阻R₇分压后，做模拟漏电压V_a和设定漏电压V_b同时输入到比较指示电路，调节六路分接开关K和调节R₁₀指示灯亮，说明本仪器工作正常。

5.数字电压表电路见(图3)虚框IV：一路由漏电压V_a→开关K₃→开关K₄→数字电压表→零地线N；实现漏电压直接测量。另一路由漏电压V_b→开关K₃→开关K₄→数字电压表→零地线N；实现漏电压间接测量。

6.电源电路见(图3)虚框III和(图5)：6V、DC输出做比较指示电路的电源，本电源电路是一经验电路，具有抗电网干扰和滤掉高次谐波的作用。

本电桥漏电压测量仪器测量漏电压有下面两种方法。

1.直接测量方法，测量过程中需要读漏电压数值时，数字电压表开关K_3-1接通，由a电节点读出漏电压数值V_a，即电器外壳(Z)相对于零地的直接读数。

2.间接测量方法，测量过程中需要读漏电压数值时，数字电压表开关K_3-2接通，由b电节点读出漏电压数值V_b，即电器外壳(Z)相对于零地的间接读数。

本电桥漏电压测量仪器有下面三种用途。

1.测量漏电压数值，根据测出的读数，判断对人体触电的危险程度。例如测得36V漏电压以下为安全，测量36V以上为危险。

2.根据读出的漏电压初值V，然后设定V+ΔV。在规定的时间内ΔV监测的变化数值，如果ΔV不变或变化很小则说明电器运行安全。如果ΔV变化很大，超出规定的范围，则说明电器运行不安全。

3.根据被测绝缘层材料的变化率和电器的温升共同判断绝缘材料的劣变程度。可以根据下面公式：

$\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{dt}}<1K1$

R：绝缘材料电阻值；

t：与绝缘电阻变化相对应的时间；

K：根据试验和经验确定的常数。

对本电桥漏电压测量仪器读数精度的说明：

1.本仪器只做一般漏电压测量，不做精密测量。

2.为提高测量精度请采用输入阻抗大的数字电压表。

3.因电网电压波动范围±10％，从安全方面考虑。即读数略大于实际为安全，建设测量误差在0～+10％范围内。

本电桥漏电压测量仪器具有以下优点：

1.本仪器可以在线测量电器外壳漏电压并读出数值。

2.测量电器漏电压时，不改变设备工况，简单易行。

3.可以设定最大漏电压值和漏电压变化值，监视电器在一定的工作时间内漏电压值的变化、判断运行是否安全。

4.可以检测绝缘材料的绝缘性能和在一定时间内绝缘材料的劣变。

5.可以实现大范围连续漏电压测量。

6.可以实现电器漏电压的远距离测控。

7.可以通过设定电路保存电器漏电压的数值。

附图说明：

图1是本发明漏电压测量仪器的方框图；

图2是本发明漏电压测量仪器的电桥原理图；

图3是本发明漏电压测量仪器的线路图；

图4是本发明漏电压测量仪器的比较指示电路图；

图5是本发明漏电压测量仪器的比较指示的电源电路图；

图6是使用本发明漏电压测量仪器测量漏电压时的辅助测试插座板的接线图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细介绍。

本设计方案和具体实施符合下面条件：

1.本发明方案是根据前发明<一种检测运行电器(电力)设备外壳漏电的方法和二步防触电方案>(申请号：20061004224.8；公开号：CN1851484A.)为原理提出的。

2.本测量仪器适用于三相四线制中性线接地系统。

3.本测量仪器适用于220V单相电器和380V三相电器的漏电压测量。

4.本测量仪器可连续测量漏电压范围内的任何值，例如本方案中0.34～188.6V。

5.本测量仪器对电器安全值的监测，其设定值在0.34～188.6V连续范围之间任意设定。

6.本仪器的电源线中，火线L和地线N必须做出明显标记，不能搞错。

7.本仪器的使用电源和被测电器的电源必须是共同的火线和零地线。

本测量仪器各电路单元组成见(图1)有检测电路、设定电路、比较指示电路、模拟实验电路、数字电压表电路、电源电路。

下面对各电路分析说明。

1.检测电路见(图3)虚框I是电桥测量臂。电器绝缘层阻值是电桥中r₂、电器外壳(Z)对地阻值是电桥中r₁。电器外壳(Z)的输出即测量漏电压V_a。C₁滤掉电网高次谐波。

元件选择：K₂选用2×1小型拨动开关，C₁选用CBB-400V型聚丙烯电容。

2.设定电路见(图3)虚框IV是电桥设定臂。电阻R₁可调电位器R₁₀共同是电桥中R₂。分电阻R₁、分电阻R₂、分电阻R₃、分电阻R₄、分电阻R₅、分电阻R₆分别通过6路分接开关K接零地线N共同组成电桥中R₁。b电节点输出即设定漏电压V_b。C2滤掉电网高次谐波。

元件选择：R₁～R₆、R₉选用RJ-1/2W金属膜电阻，R₁₀本发明人选用的WTH-IMΩ-2W合成膜可调电位器，C₂选用CBB-400V型聚丙烯电容，K选用1×6小型分接开关。

3.比较指示电路见(图4)是电桥平衡的指示电路。设定桥臂输出电压V_b到双二极管VD₁、VD₂到电阻R₁₁、R₁₃分压后到隔直电容C₃到运算放大器的负输入端作为漏电压设定信号。检测桥臂输出电压V_a到双二极管VD₃、VD₄到电阻R₁₂、R₁₄分压后到隔直电容C₄到运算放大器正输入端作为检测漏电压信号。当检测漏电压V_a大于设定漏电压V_b时，

运算放大器输出正电压，三极管VT导通R₁₇限流后红色发光二极管LED灯亮，表明电桥平衡即测量漏电压值V_a等于或大于设定值V_b。电容C₃、C₄隔离直流电源，二极管VD₅、VD₆对漏电压比较值限幅，二极管VD₇、VD₈对漏电压信号大于电源电压时限幅。

元件选择：VD₁～VD₆选用IN4007型硅整流二极管，VD₇～VD₉选用IN4148型硅开关二极管，R₁₁～R₁₇选用RJ-1/2W金属膜电阻，C₃、C₄选用CD11-50V铝电解电容，C₅选用CL₁₁型涤伦电容，运算放大器选用uA741或LM324或LM358，LED选用红色发光二极管。

4.模拟实验电路见(图3)虚框II，由R₈、R₇分压(0.44V)做模拟漏电压值到开关K_2-2到a电节点输入到比较指示电路，调整本仪器使红色发光二极管LED灯亮，表明本测量仪器工作正常。

元件选择：R8、R7选用RJ-1/2W金属膜电阻，K₂选用2×1小型拨动开关。

5.电源电路见(图5)输入220V·AC输出6V、DC做比较指示电路的电源。VD₉、C₆、R₁₈电路抑止电网高次谐波，C₇、R₁₉组成降压电源电路，VD₁₀、R₂₀、LED(绿)电路整流、限流做电源指示灯，C₈、C₉滤掉电网高次谐波，VS稳压管6V直流稳压输出，C₁₀、C₁₁电源滤波电路。

元件选择：VD₉～VD₁₂选用IN4007型硅整流二极管，C₆～C₉选用CBB-630V聚丙烯电容，C₁₀、C₁₁选用CD11-25V铝电解电容，R₁₈～R₂₀选用RJ-1/2W型金属膜电阻，VS选用6V、1W稳压二极管，LED选用绿色发光二级管。

6.数字电压表电路见(图3)虚框IV由K₃组成双向开关，开关在a位置时实现直接测量方法，在b位置时实现间接测量方法。K₄接通或关闭数字电压表。

元件选择：可选用220V以下多档多量程数字电压表或指示电压表。

下面介绍一种在本测量仪器使用时所需要的辅助测试插座板见(图6)接线图，其中A、B、C插座是本测量仪器的电源插座，另一单相插座接至被测单相电器，另一三相插座接至被测三相电器。注意A、B、C插座与被测电器插座的220V相电压一致。

本测量仪器使用操作过程如下：

一、单相电源电器的测量过程

1.首先确定被测电器是否工作在三相四线制、中性点接地系统。

2.解除掉被测电器外壳(Z)的零地线。

3.用测电笔测验本仪器的使用电源插座接线是否符合国家规定左边是N零地线，右边是L火线。

4.开启电器后，最好用测电笔估测电器外壳(Z)漏电的程度，例如36V以上或以下，以便测量人员对漏电心中有数和防止触电。

5.将鳄鱼夹或接线端子与被测电器外壳(Z)接触良好。

6.接通本仪器的电源，绿色指示灯应亮。

7.扭动多路分接开关K使红色指示灯在亮与不亮之间，然后旋转电位器R₁₀，进一步调整红色指示灯在亮与不亮之间，多次实验后，该位置即电器外壳(Z)带电漏电压读数的位置。

8.使用数字电压表读出漏电压数值，接通K₄和K₃测量a电节点电压即直接测量法，测量b电节点电压即间接测量法。

9.也可将单相电器电源反接，重复上面过程，两次测量中最大漏电压值即所测结果。

10.将测试条件、结果、测量报告通知被测单位。

二、三相电源电器的测量过程

三相电器和单相电器测量过程是一样的，不同之处以对应的A、B、C三个单相插座和对应的220V电压重复三次测量、其中最大漏电压值即是该三相电器的漏电压值。

下面实施中应注意的问题：

1.本漏电压在线测量仪只做电器漏电一般测量，被测漏电压数值随电网±10％的波动而变化。

2.在本仪器的实施中，电阻功率选择可大一些，电阻值尽可能精度高一些，R₁₀可调电位器的滑动点应保持接触良好。

3.本仪器的设计和使用，按要求做好电源的标誌，例如火线和零地线不要搞反、搞错。

4.本仪器的生产和实用中注意符合工艺要求和用电安全。

5.本测量仪器的实用建议根据(图6)制作辅助测试插座板，方便测量。

Claims (10)

1.一种便携式电工电桥漏电压在线测量仪器其特征在于：根据前发明(一种检测运行电器(电力)设备外壳漏电压的方法和二步防触电方案>(申请号：200610042241.8；公开号：CN1851484A.)的电桥漏电压测量方法是本发明的原理，能够直接或间接测量电器(电力)设备外壳相对零地线的漏电压。

2.根据权利要求1本发明漏电压测量仪器其特征还在于：可以测量任何电器(电力)设备漏电压的数值，其读数范围在使用电源电压以内，可以连续读数。

3.根据权利要求1权利要求2本发明测量仪器其特征在于包括：能够直接或间接连续读数的测量电路、设定电路、比较指示电路、数字电压表电路、模拟实验电路和电源电路；测量电路输出电器(电力)设备外壳漏电压测量值V_a，设定电路输出漏电压设定值V_b，根据比较电路指示灯亮证明漏电压测量值V_a等于设定值V_b，通过数字电压表电路直接测量电路a电节点的漏电压V_a，或间接测量设定电路b电节点的漏电压V_b，另一功能通过模拟电路设定模拟漏电压值(如0.44V)验证本测量仪器是否工作正常。

4.根据权利要求3本发明测量仪器的测量电路其特征在于：电路由火线L到换能器XY到绝缘层到电器外壳(Z)到a电节点一路到电容C₁到零地线N，另一路到双二极管VD₁、VD₂；电器(电力)设备漏电压由电桥a电节点连续输出测量数值。

5.根据权利要求3本发明测量仪器的设定电路其特征在于：由火线L到电阻R₉到可变电位器R₁₀至b电节点分别到6个分电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆分别到多路分接开关K到零地线N；由电桥b电节点连续输出漏电压设定数值。

6.根据权利要求3本发明测量仪器的比较指示电路其特征在于：电桥对角线a电节点到双二极管VD₃、VD₄到分压电阻R₁₂、R₁₄至隔直电容C₄到限幅二极管VD₅、VD₆到运算放大器正输入端；电桥对角线b电节点到双二极管VD₁、VD₂到分压电阻R₁₁、R₁₃到隔直电容C₃到限幅二极管VD₅、VD₆到运算放大器负输入端；电节点a和b的比较信号到运算放大器放大后通过调试多路分接开关K和可调电位器R₁₀以后，红色发光二极管LED指示灯亮，说明电桥已平衡，测量漏电压V_a等于设定漏电压V_b。

7.根据权利要求3本发明测量仪器的数字电压表电路其特征在于：使用220V多档位多量程数字电压表，开关K₃在1位置时实现直接测量漏电压V_a，在2位置时实现间接测量漏电压V_b。

8.根据权利要求3本发明测量仪器的模拟实验电路其特征在于：电路由火线L到电阻R₈到电节点a到电阻R₇到零地线N；电阻R₈、R₇分压后做漏电压模拟值(如0.44V)由电节点a输入到比较指示电路，调节多路分接开关K和可调电位器R₁₀，红色发光二极管LED灯亮，表明本仪器工作正常。

9.根据权利要求3本发明测量仪器的电源电路其特征在于：是一经验电路VD₉、C₆、R₁₈组成防止振荡电路，C₈、C₉滤掉电网高次谐波。

10.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6、权利要求7、权利要求8、权利要求9实现的本发明漏电压测量仪器可以测量单相电器(电力)设备的漏电压数值，也可以测量三相电器(电力)设备的漏电压数值。

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