多功能绝缘电阻测试仪的研制

杨拓　原野　沈森焕　刘玉　林凤杰

摘要：为保证电力设备安全经济地运行，必须在出厂前以及使用过程中定期对绝缘电阻进行测试。本文设计了一款多功能绝缘电阻测试仪，利用高压对地短路放电，可采集达到纳安级别最小电流，换算成电阻值可达到10TΩ以上，稳定度非常高，方便进行控制，可以保存测试数据，具有准确性和实时性。

关键词：绝缘电阻;测试仪;高压短路

一、应用背景

如今，用电安全性能越来越引起人们的重视，在用电方面，物体使用的时候需要对其导电性能进行测试，被广泛的应用于电气安全检查与接地工程竣工验等场合，随着科技的不断发展，人们对于电阻测试仪的制造工艺要求也越来越高。绝缘电阻是指用绝缘材料隔开两部分导体之间的电阻，而绝缘电阻测试仪是用来测量绝缘电阻大小的仪器。为了保证电气设备运行的安全，应对其不同极性、不同相的导体之间或导体与外壳之间的绝缘电阻提出一个最低的要求。在电器生产过程中，生产的电器设备需在出厂前进行一定电压下的绝缘电阻测试试验，以保证设备的正常工作及使用设备人员的人身安全，电阻测试仪应运而生。电阻测試仪是一种进行物体导电性测量的支撑设备，现有的电阻测试仪在使用时存在一定的弊端，一方面在进行使用的时候测量较为麻烦，不能很好的对设备的各个单元的状况进行检测与修正，不利于人们的使用;另一方面在实际使用时，不能很好的进行人机交互控制，给人们的使用过程带来了一定的不利影响。因此，设计一种多功能绝缘电阻测试仪迫在眉睫。

二、绝缘电阻测试的作用

通过测试系统中变压器、开关装置、导线、马达等不同组件的绝缘电阻，技术人员可以隔离并修复发生故障的部件。利用测试来检验导线和地或者相邻导线之间的高绝缘电阻。常见的例子是测试马达绕组和马达底座之间的绝缘，以及检查相导体和搭铁线与机笼之间的电阻。在给系统加电之前，利用绝缘测试验证它是健全的，能够改善系统的性能;绝缘测试能够发现制造工艺问题和设备缺陷，避免设备发生故障。 三、测试内容

（一）测试原理

绝缘电阻测试仪原有功能：输出电压最大可达2500V，输出电流最大5mA。本设计针对氧化锌避雷器泄露电流进行测试，测试的先决条件是1mA时电压最大为1500V左右，功率比较小，使用电池供电完全满足需求。因此在原有绝缘电阻测试仪测量系统的基础上，加入一组可控的稳流模块即可完成避雷器的测试需求。

氧化锌避雷器测试原理先设定稳流输出1mA，然后施加远大于1mA时所需测试电压。等待电压电流相对稳定后，采集1mA时电压，然后CPU设定输出电压为所读到的电压值。由于避雷器的曲线特性，当电压降到之前1mA时的电压时，电流就不一定是1mA。此时需要进行电压微量调整，让电流稳定在1mA左右。具体的误差取决于D/A的位数，这是因为在1mA拐点近电压变化0.1V，电流的变化会达到几十微安。

（二）解决的技术问题

针对现有技术的不足，研发了一种多功能绝缘电阻测试仪，保护后续电路避免受到各种电势的侵入损害，利用高压对地短路放电，可以采集的电流最小可达到纳安级别，换算成电阻值可测量到10TΩ以上，稳定度非常高，方便进行控制，可以保存测试数据，可以有效解决实际应用中的技术问题。

三、系统技术方案

为实现上述目的，本设计采用的技术方案为：一种多功能绝缘电阻测试仪，包括A/D转换模块与CPU主控控制模块，所述AD转换模块与CPU主控控制模块双向连接，所述A/D转换模块连接有自动校正模块、基准信号模块、电流采集模块、电压采集模块、电池管理模块，且基准信号模块连接自动校正模块。其中电池管理模块连接有电源模块;电流采集模块连接有输入保护单元;输入保护单元接地，电压采集模块连接高压端子。多功能绝缘电阻测试系统结构如图1所示。

五、达到的目标

与现有技术相比，本实用新型提供了一种多功能绝缘电阻测试仪。此多功能绝缘电阻测试仪，利用高压对地短路放电，可以采集的电流最小可达到纳安级别，换算成电阻值可测量到10TΩ以上;在电流采集模块主要由高精度运算放大器运算放电网络，放大倍数可以从1-100000倍，可以采集的电流最小可达到纳安级别;系统设置了自动校正模块，基于模块内部基准信号源的基础上，通过A/D转换、CPU用标准信号与各被测信号进行比较，同时通过温湿度传感器得到环境温湿度，进行修正，以达到自校准目的;系统时钟模块可以给CPU提供准确的时间，CPU通过计时周期，判断是否需要对电路进行周期校准;在串口无线传输模块提供外部通讯接口有RS-232、RS485以及无线通讯方式，可远程控制仪器运行，通过键盘输入模块可控制仪器动作，在显示单元处显示仪器运行的各种参数。

六、结语

本文介绍了一种新型多功能绝缘电阻测试仪，可以保护后续电路避免受到各种电势的侵入损害，利用高压对地短路放电，可以采集到极小范围内的电流值;整个电阻测试仪结构简单、操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

参考文献

[1]黎俊涛.氧化锌避雷器带电测试原理及干扰探讨[J].科技风，2019（06）：175.

[2]项晟皓.绝缘电阻测试的分析研究[J].北京汽车，2019（01）：3-7.

[3]余少杰，刘智淮，邱灿树.智能型绝缘电阻测试仪设计及应用研[J].中国高新区，2017（22）：115-116.

[4]陈向昀，杨冬磊，张红.电气设备的绝缘电阻测试方法[J].上海计量测试，2016，43（04）：43-45.

[5]黄劲.绝缘电阻测试仪电路实现和测试结果对比[J].计量与测试技术，2016，43（04）：79-81.