直流型绝缘监测仪

直流型绝缘监测仪
一，背景：
磁调制式传感器由于其诸多的优点在直流系统绝缘检测装置中得到广泛的运用，目前在生产现场实际投入使用的基本都是采用闭环式的磁调制直流漏电流检测方法的在线巡检装置,但用户非常担心，如果发生故障的话，更换起来非常麻烦。

低成本，监测准确，可靠性高的直流型绝缘检测仪是我们开该产品的目标。

二，优势：
1,成本尽可能的低，
2,采用高导磁环形线圈和基本电路分离措施，解决直流互感器损坏后更换困难的难题.
3,采用CAN通信接口与上位机通信允许一条直流母线上多个主机存在。

4，采用平衡和不平衡方式相结合的测量方法，测量全面。

通过投入检测电阻，可检测直流系统正、负母线绝缘同等下降，做到无检测死区，且能检测出多条支路同时接地情况。

5，尽可能的减少母线电压对地的波动；正常情况下，采用1个小时进行一次不平衡电阻的投切。

6，直接采样直流漏电流，无需给直流系统注入交流信号，对直流系统的安全运行没有影响；所检测的支路不受系统对地分布电容影响三，存在问题及初步解决的方法
1,互感器的问题，如果采用线圈和基本电路分离措施的话，线圈
的特性暂时还没有明确的指标，且目前只是使用了2个打烊回来线圈的试验，大批量使用是否存在风险还无法评估，目前也还没有这种用法的先例。

还需要小批量进行各种试验。

2，母线对地电压波动，需要尽可能减少母线对地的电压波动；a),如果发现有绝缘降低情况，发出告警信息，如果没有发现绝缘降低的支路，则每隔一个小时投切测量电阻开关。

该切换电阻选择也需要考虑，合理的电阻选择也能够减少母线对地电压波动，查看了大连科海的绝缘仪，其切换电阻选择为120k；b）采用综合判据法：在系统绝缘良好，或者正负绝缘同时下降的时候，估测系统的绝缘情况，在故障时才投切电阻准确了解系统的绝缘情况，从而避免了频繁投切电阻对系统的扰动。

3，采用平衡和不平衡方式相结合的测量方法，测量全面。

通过投入检测电阻，可检测直流系统正、负母线绝缘同等下降，做到无检测死区，且能检测出多条支路同时接地情况。

4，需要考虑在有硅链情况下的，绝缘电阻的监测情况，目前还没有清晰的头绪。

1) 检测正、负极母线电压
当|U+| < Us
|U-| > Us; 为正极对地绝缘下降
当|U+| > Us
|U-| < Us; 为负极对地绝缘下降
当|U+|〈Us
|U-|〈Us; 为正负极对地绝缘都下降
通过检测电压判断绝缘下降后，装置即报警并启动检测电流单元，以确定哪条支路绝缘下降。

2)检测正、负极对地绝缘电阻
在保证不对系统产生影响的情况下，有报警时或者该装置运行满1个小时后，分别向正、负极母线自动投入一个检测电阻，投入电阻的目的是：提高检测灵敏度；克服绝缘监测装置的检测死区。

a）当S-闭合、S+断开时，检测电阻R投入负极母线，由微机测出此时负极母线电压U-′。

b）当S+闭合、S-断开时，检测电阻R投入正极母线，由微机测出此时正极母线电压U+′，则正、负极对地绝缘电阻由式(3)、式(4)求出：
(3)
(4)
其中U=|U+|+|U-|，是直流系统总电压。

3)检测漏电流判断接地支路
检测正、负极母线电压以及正、负极绝缘电阻，仅能了解系统整个的绝缘情况，不能确定哪条直流支路接地，需检测支路漏电流来判断接地支路。

其原理是：在直流各支路套装磁调制式传感器，正常情况下I+=I-，传感器输出的漏电流为零。

当系统绝缘下降，装置检测到传感器输出的漏电流值（折算成电压后，或者占空比的不同，为线性
关系）来计算该支路的绝缘电阻值。

a.假设某条支路正极经R+接地，当S-闭合，检测电阻投入负极，则传感器检测到的漏电流为I R=U/(R++R)，从而由式R+=(U-I R R)/I R求出该支路的接地电阻，并显示支路号和接地电阻值。

b.假设有两条支路经R+和R+′接地(包括两条以上支路接地)，在负极投入检测电阻，则：
两条支路的传感器分别输出漏电流I R和I R′，装置显示两支路号及接地电阻值。

c.当同一支路正、负极绝缘同等下降或成比例下降时，分别给直流母线投入正、负极检测电阻，同样能检测出正、负极各支路漏电流值。

四，磁调制式传感器的基本工作原理差流检测法的原理是利用高灵敏度的非接触式直流电流传感器( mA级)检测出某一支路正负导线的流入与流出电流的差值，来判断该支路负载的绝缘情况。

经理论和实践证明，在交变对称电压或电流源激磁的铁心中，若同时存在直流恒定磁场，铁心中交变磁通的对称性就被破坏，磁通波形的正负半波相位将发生变化，相应地，检测绕组输出电压中的正负半波将发生相对位移。

正负半波相位变化量的大小和方向可以反映直流偏置电流的大小和方向，利用这一特性测量直流电流，就是相位差磁调制式直流电流测量方法的基本原理。

磁调制
式传感器内部由高导磁环镍铁合金铁心线圈和电子电路构成其基本电路。

高导磁环镍铁合金（通称坡莫合金）具有极高的导磁率和巨型迟滞回线。

铁心饱和磁场强度非常小，用这种铁心做成环形线圈在线圈中通以极小的电流，铁心便快速达到磁饱和状态。

4.1保定霍尔电流传感器解剖：
为了对原理有个细致的了解，解剖了一个保定霍尔电子有限公司的的霍尔电流传感器：解剖后的原理图如下所示
图1
具体如下：外部端口提供正负12v电源和传感器输出的电压，共4个输入和输出管脚（+V，-V，Measure，GND），电源采用三端稳压器件78L08和79L08产生正负8v的电源给运放LM358供电，经过方波发生电路，精密整流环节和PID调节器，在一定的电流范围内，依据流过线圈中的电流大小，产生周期一致，但占空比不同的方波，依据占空比的不同，经过精密整流和PID调解器后便成了不同电压的输出。

流过线圈的电流和输出的电压为线性关系，如下曲线为测试的传感器的
外特性曲线。

在电流为零至1.5倍的标称电流范围内，输出电压和电流基本为线性关系）。

图2
4.2方波发生电路
方波发生电路由1个运放358和一个电感和3个电阻和1个电容组成。

如下图所示：
其中358运放由正负8v的双电源供电。

运放和电阻203和103组成
一个迟滞比较器。

迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器，上图为具有双门限值的反相输入迟滞比较器。

在此原理中，磁环线圈L1和迟滞比较器组成了本差动电流传感器的方波发生电路，通过方波电路产生正负半波对称的方波电压，该电压再作用于磁环的线圈U。

每当磁环进人饱和，线圈电流i的尖峰值从513电阻流过，当513电阻的电压大于5.3v,或者小于负5.3v时，促使输出翻转。

门限电压的计算：Vth=（２／３）＊Vo=5.3v,即当负端的电压大于5.3v,小于负5.3v电压的时候，其输出端发生反转。

测试的波形如下：黄色部分波形的峰峰值为10.6v.
图为流过线圈电流为０时的波形。

1通道波形为振荡产生的方波波形，２通道波形为电感左侧的下拉电阻的电压波形，也即电流波形（i=u/51k）.占空比为52.67%.频率为89Hz.下图为线圈中有漏电流流过的波形，占空比已经变为57.18v.
图为流过线圈电流不为０时的波形
上半部分为解剖的波形原理分析和测试波形，在实际过程中，我们特意从厂家打样回来２个只有磁环线圈的样品回来，替换上图中的电感进行了测试。

其测试波形如下所示：其频率和占空比基本和原来解剖的保定霍尔传感器测量的波形一致。

有电流流过的波形如下，其占空比已经变为58.28%,频率为84.57Hz,
对比测试了2个打烊回来的线圈，对其经过精密整流后的电压进行了测量，基本为线性关系。

下图为测试的具体数据；只是每个线圈的起点不一致，该问题可以通过穿一个校正线可解决，软件记录其每
个传感器的零点位置即可。