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
线监测系统的研究[ J ]. 制造业自动化, 2005, 27
(5) : 74277.
[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
Eighth International Conference on ElectricalMachines
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
缘监测电路:中国, CN1634724 [ P ]. 2005207206.
[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：。