电网低压直流系统对地电容测量仪

本实用新型属于电工学领域。

在变电站电力网络中，有低压直流系统，其电压有±5V、±12V、±24V等不同等级，以 给微机、通讯和保护等设备提供直流电源，此直流系统在设计和安装时，与大地是绝缘的， 但是，在工程实践中发现，此低压直流系统对地有电容参量Cx，Cx的值通常在50‑‑1000μF 之间，当电容Cx的值很大时，常常使保护继电器误动作，影响电力系统正常工作，因此，对 Cx的测量是非常必要的；在工程测量实践中发现，有一个电阻Rx与Cx并联，Rx的值在30K Ω‑1MΩ之间，因此，无法用市售的电容表准确测量Cx；在测量环境中，工频和高频电磁干 扰非常严重，用惠更斯电桥进行测量时，很难得到稳定的数据。

本实用新型需要解决的技术问题是，所提供的电容测量仪，既能克服与待测电容Cx并 联的电阻Rx对测量值的影响，又能排除工频和高频电磁干扰信号对测量的影响，能够快速 而准确的测量出电容Cx的值。

本实用新型具体的技术方案是，采用频率F＝137Hz的正弦波做测量用的信号源，在此情 况下，Cx＝50‑‑1000μF范围内，其阻抗Zc＝23Ω‑1.15Ω之间，这个值大大小于与Cx并联 的电阻Rx的值，Rx值的范围是30KΩ‑1MΩ，在0.1％误差范围内，避免了Rx的影响；采用 性能良好的中心频率为137Hz的选频放大器来处理测量信号，以排除工频和高频电磁信号的 干扰，用函数发生器集成电路8038和相关元件组成频率为137Hz的正弦波发生器，用运算放 大器集成电路N3组成比例放大器，其输出电压正比于(1+Cx/Co)，Co是固定电容器的容量， 用运算放大器集成电路N5组成中心频率为137Hz的选频放大器，其输出经整流滤波放大后， 得到一个直流电压Vo，Vo正比于(1+Cx/Co)。本实用新型中，N1‑N9表示集成电路，其中N1 用函数发生器电路8038，N2‑N9用集成运算放大器；Rp1‑Rp6表示电位器；Rp1接成可变电阻， 其一端接仪器的正电源+5V，另一端接电阻R1的一端，R1的另一端同时接N1的4脚和5脚， N1的6脚接+5V，电阻R2一端接+5V，另一端接N1的9脚，N1的7和8脚相联，电容器C1的 一端接N1的10脚，另一端接仪器负电源‑5V，N1的11脚接‑5V，电阻器R3一端接‑5V，另 一端接N1的12脚，电阻器R4一端接N1的2脚，另一端接电位器Rp2的一个端点，Rp2的 另外一个端点接仪器地线，其中间抽头接N2的同相输入端，N2的反相输入端和其输出端同 时接P1点，N3的同相输入端接P1点，N3的反相输入端接X1点，N3的输出端接P2点， 电容器Co和电阻器R5的两端同时跨接在X1和P2点上，电阻器R6一端接X1点，另一端接 X2点，X2点接仪器地线，N4的同相输入端接P2点，N4的反相输入端及其输出端同时接P3 点，电阻器R7一端接P3点，另一端接由电位器Rp3接成可变电阻的一端，Rp3的另一端接 N5的反相输入端，电阻器R8一端接N5的反相输入端，另一端接P4点，N5输出端接P4点， 电阻器R9和电容器C2并联，其一端接N5的同相输入端，另一端接仪器地线，C3的一端接 P4点，另一端接电阻R10的一端，R10的另一端接N5的同相输入端，N6的同相输入端通过 电阻器R15接仪器地线，二极管D1的正极接N6的输出端，其负极接P5点，二极管D2的正 极接N6的反相输入端，其负极接N6的输出端，电阻器R14一端接N6的反相输入端，另一端 接P5点，二极管D3的正极接N7的输出端，其负极接P5点，二极管D4的正极接N7的反相 输入端，其负极接N7的输出端，电阻器R13一端接N7的反相输入端，其另一端接P5点，电 位器Rp4接成可变电阻，其一端接N6的反相输入端，另一端通过电阻器R11接P4点，电阻 器R12一端接P4点，另一端接N7的同相输入端，电阻器R16跨接在P5和P6点上，N8的同 相输入端接仪器地线，电阻器R22一端接N8的反相输入端，另一端接N8的输出端，电容器 C4一端接P6点，另一端接N8的反相输入端，电容器C5一端接P6点，另一端接N8的输出 端，电阻器R18一端接P6点，另一端仪器地线，电阻器R17一端接P6点，另一端接N9的同 相输入端，电阻器R19一端接仪器地线，另一端接N9的反相输入端，电位器Rp5接成可变电 阻，其一端接N9的反相输入端，另一端通过电阻器R21接N9的输出端，电阻器R20一端接 N9的反相输入端，另一端接电位器Rp6的中间抽头，Rp6的两端分别接仪器的电源+5V和‑5V； N9的输出端输出直流电压Vo，Vo＝A(1+Cx/Co)，在仪器调整后，A是个不变的常数；测量时， 低压直流系统的正极或者负极接在X1点上，X2点接与大地相通的地线。

由于采用了上述方案，本实用新型可以方便而快速的测出电网低压直流系统对地电容值 Cx，既排除了与Cx并联的电阻Rx的影响，又克服了工频和高频电磁波的干扰。

图1是本实用新型的电原理图。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。由N1和相关的阻容元件组成正弦波发生器， 其频率反比于(R1+Rp1)C1的值决定，选取恰当的值，使N1的2脚输出正弦波的频率 F＝137Hz；N2组成电压跟随器；N3与相关元件组成比例放大器电路，取R5＝R6＝1MΩ，Co＝10 μF，在1％测量误差范围内，V2＝V1(1+Cx/Co)，V2表示P2点的电压，V1表示P1点的电压； N4组成电压跟随器；N5与相关元件组成选频放大器电路，其中心频率由C2、C3、R9和R10 决定，取R9＝R10＝11.6KΩ，C2＝C3＝0.1μF，则中心频率为137Hz，用Rp3调整选频放大电 路的Q值，以取得最佳的选频效果；N6、N7和相关元件组成全波整流电路；N8与相关元件 组成滤电路；N9与相关元件组成直流电压放大器电路，N9的输出电压Vo， Vo＝KV2＝KV1(1+Cx/Co)＝A(1+Cx/Co)，其中K是由P2点到Vo的电压放大倍数，在仪器整定 后，A是个常数。所以，可以通过测量Vo来测量Cx。

本实用新型的调整要点：取100μF的电容器的两端接在X1和X2点上，调电位器Rp2， 使P1点的电压V1＝0，调电位器Rp6，使Vo＝0；再调Rp2，使P1点的电压V1≈10mV，调 电位器Rp1，使P4点的电压呈最大值；分别调整电位器Rp3、Rp4和Rp5，使Vo≈3V2，V2 是P2点的电压；取Cx＝100μF，再调Rp2，使Vo＝0.2178V，则得Vo＝0.0198伏(1+0.1Cx)， 当Cx＝1000μF时，Vo＝2.0000伏。