绝缘检测电路设计

综合设计报告

单位：自动化学院

学生姓名：

专业：测控技术与仪器

班级： 0821002 学号： 20102129 指导老师：朴昌浩

成绩：

设计时间： 2013 年 10 月

2013年测控技术与仪器专业综合设计题目要求

1 设计题目：

绝缘检测电路设计

2 指导老师姓名：

朴昌浩

3 题目要求：

完成“绝缘电阻检测仪”有关设计，并完成相关硬件电路设计和软件仿真。（1）独立完成绝缘电阻检测仪硬件电路设计。

（2）要求检测仪实现对电路中绝缘设备的漏电检测。

（3）通过LED屏幕显示漏电电压并发出报警指示。

4 设计的具体要求：

（1）通过硬件设计软件绘制出本题目的硬件原理图。

（2）通过protues等仿真软件仿真实验结果。

（3）反应灵敏度在200ms以内。

（4）实现0.1V～500V的测量范围。

（5）精确度为±0.1V。

参考书目：

【1】测控电路天津大学出版社

一、绝缘检测的意义

在电力直流供电系统应用过程中，绝缘事故的发生将直接影响继电保护装置的准确动作，进而发生误动作，导致供电故障，造成不必要的经济损失。因此，为了减少这种绝缘事故，必须有一个良好的绝缘监测方法。绝缘监测是为了能在平时更好地对直流供电系统进行监测，能及时发现问题，检测出设备的绝缘程度是否处于所要求的范围内，通过试验检测，掌握直流供电系统的绝缘情况，可保证系统及早发现缺陷，从而进行相应的维修与检修。

二、绝缘检测原理(本组采用的采用的桥式检测等效原理)及常用方法简介

1、绝缘检测原理

图1 桥式检测等效原理

桥式检测等效原理如图所示，该图用开关K的闭合与断开进行两次检

测，以组成方程组求解待测电阻R

x 、R

y

的值，其中U

1

、U

2

、I

1

、I

2

、I

3

是能测

出的已知量。

根据流过节点的电流和为零这一原理，可知

I 1+I

2

-I

3

-I

4

=0,I

4

=I

1

+I

2

-I

3

I x +I 4-I Y =0,所以有I X +I 1+I 2-I 3-I Y =0 I 1+I 2+I X =I 3+I Y

令 I x =U 1/R x I y =U 2/R y

设 x=1/R x y=1/R y a=U 1 b=U 2 c=I 3-I 2-I 1 根据I 3-I 1-I 2=I x -I y

得 c=U 1/R x -U 2/R y =ax-by 开关断开时： c 1=a 1x-b 1y 开关闭合时： c 2=a 2x-b 2y

所以R X =1/x=（-a 1b 2+a 2b 1)/(-b 2c 1+b 1c 2) R y =1/y=（-a 1b 2+a 2b 1)/ (a 1c 1-a 2c 2) 即为所求待测电阻值

2、常用绝缘检测方法

目前，电力直流系统的绝缘检测分为直流检测法和交流检测法。直流供电系统的绝缘检测又分为母线的接地检测和支线的接地检测。在检测过程中，先对母线进行检测，发现问题后再对支线进行检测，也可以直接对支线进行强行检测。 母线的检测方法一般有两种，“星炬”的桥式检测法和“接地”检测方法，这两种方法均为直流检测法。前一种检测法是根据桥式电路，利用开关的闭合与断开进行两次检测，根据欧姆定律组成方程组求解；后一种方法的原理与前一种方法类似，利用开关的闭合与断开，根据欧姆定律和基尔霍夫定律求解，且电路较前一种方法简单。支线的对地检测是比较复杂的，对于支线检测主要有两种方法，一是所谓的直流方法，另一种是交流检测法。交流检测是通过在母线上施加一交

流信号的方法对支线接地电阻进行检测。这一方法的有效性是在此交流电压的作用下，支线的正负的两线的交流电流方向是一致的，这一电流会唯一地反映该支路的接地电阻。目前，交流检测被应用的测量方法主要有双频法与单频法两大类。其中单频法又有功率法和正交法两种。

3、方案的优缺点

1、改进的直流电桥法：

优点：测量误差相对较小，计算简单，且易于硬件实现，调试容易，便于集成电路实现。

缺点：是在绝缘电阻值比较小时测量精度比较高，而在绝缘电阻值比较大时测量精度降低。

适用情况：接地电阻较小，要求精度高，所要求的误差小。

2、功率法：

优点：测量方法简单，硬件上易于实现，易于调试，对实际的直流供电系统较实用。

缺点：不能测出对地的电容值，采样发测量存在着一定的误差

适用情况：接地电阻较大，施加的频率较高，电压和电流都比较小。

3、双频法：

优点：原理简单易懂，在低频情况下，结果较准确。

缺点：需测量的量较多，计算量较大，所计算的结果相对应的误差也较大。

适用情况：接地电阻较大，施加的频率极低，电压和电流都较大。

4、正交法

优点：测量误差相对较小，计算简单，且易于硬件实现，调试容易，便于集成电

路实现。

缺点：由于电流互感环存在着相移，造成一定的系统误差，使得移相变得困难。

适用情况：接地电阻较小，所要求的误差小，频率低、高均可，电流不宜过大。

三、系统设计

1、方案选择

由于分组原因，我们小组选择的是桥式等效原理检测法，是属于母线的接地检测法，母线的接地检测法是在母线上施加直流信号，然后根据电流的流向列出方程组求解接地电阻，这里用到了基尔霍夫定律和欧姆定律。

2、方案实现与仿真

原理如前文所提到到的，这里我们用protues软件设计好电路图

图2为开关断开时；图3为开关闭合时。

图2 开关断开时的电路实时情况

图3 开关闭合时的电路实时情况

开关断开时： c

1=a

1

x-b

1

y

开关闭合时： c

2=a

2

x-b

2

y

通过这两式可求得x与y

R X =1/x=（-a

1

b

2

+a

2

b

1

)/(-b

2

c

1

+b

1

c

2

)

R y =1/y=（-a

1

b

2

+a

2

b

1

)/ (a

1

c

1

-a

2

c

2

)

四：实验总结

【参考文献】

[1] 黄勇,陈全世,陈伏虎. 电动汽车电气绝缘检测方

法的研究[ J ]. 仪器仪表与检测, 2005 (4) : 93295.

[2] 姜久春,吴智强,邱瑞昌,等. 电动汽车绝缘电阻在

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[3] 潘磊, 姜久春, 李景新, 等. 电动汽车智能无源接

地检测装置的研制[ J ]. 电气传动自动化, 2003, 25

(4) : 47248.

[4] L I J ingxin, WU Zhiqiang, FAN Yanqiang, et al. Re2

search on insulation resistance on2line monitoring for e2 lectric vehicle ICEMS 2005 [ C ] / /Proceedings of the

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and Systems, 27229, Sep t. 2005 (1) : 8142817.

[5] 卓斌, 樊晓松,陆珂伟,等. 电动汽车高压直流电绝

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[6] 王辛之,王雷. 单片机应用系统抗干扰技术[M ].

北京:北京航空航天大学出版社, 2000.

[7] 朱德恒，严璋高电压绝缘【M】，北京：清华大学出版社，1992，

[8] 王友勇，董增仁电路参数的双频测试【J】．电工电能新

技术，1996，(4)，

[9] 日本电气学会编，陈琴生译，绝缘试验方法手册【M】，

北京：电力工业出版社．1981，

[10] 张乃国，廉有林实用电子测量技术【M】．北京：电子工

业出版社．1996．

[11] 林德杰，林均淳，许锦标，等，电气测试技术【M】，北京：

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