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。Va表示检测漏电压，Vb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Va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Vb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Va或b电节点设定漏电压Vb。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Va，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Vb。

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Va和电桥对角线b电节点输入Vb，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Va和设定电压Vb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Va和设定漏电压Vb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Va→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Vb→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K3-1接通，由a电节点读出漏电压数值Va，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K3-2接通，由b电节点读出漏电压数值Vb，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Va。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Vb。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Vb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Va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Va大于设定漏电压Vb时，

运算放大器输出正电压，三极管VT导通R17限流后红发光二极管LED 灯亮，表明电桥平衡即测量漏电压值Va等于或大于设定值Vb。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K2-2到a电节点输入到比较指示电路，调整本仪器使 红发光二极管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、C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，绿指示灯应亮。

7.扭动多路分接开关K使红指示灯在亮与不亮之间，然后旋转 电位器R10，进一步调整红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。