用于测量绝缘子泄漏电流的电阻分流器设计
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（） １ 瞬变电 压抑制器（Ｖ ） Ｔ ｓ 瞬态电压抑制器（ Ａ Ｓ Ｎ Ｖ ＬＡ Ｅ Ｔ Ｎ Ｉ Ｔ Ｔ Ｇ Ｒ Ｅ Ｏ ＳＰＲ ＳＯ ） Ｔ ｓ Ｕ ＰＥＳＲ简称 Ｖ ， 是一种二极管形式的高
效能保护器件。当 Ｔ ｓ二极管的两极受到反向瞬 Ｖ
图３ 电阻分流器的测试电路
翻口 ．． 月口，
坏极限、 体积小等优点（ 因此将瞬变电 ４ １ 。 压抑制二 极管选作保护系统一级保护的 器件。
（氧 锌 敏电 （ ０ ２ 化 压 阻Ｚ ） ） ｎ［ ２ １
氧化锌压敏电阻是由ｎ 型半导体的ＺＯ晶粒 ｎ 和含杂质偏析的晶界所构成的多晶结构． 它的非线 性伏安特性是由陶瓷的晶界特性决定的。 氧化锌压 敏电阻属于体型压敏材料，电压一 流特性对称， 电 压敏电压和通流容量可以控制。 氧化锌压敏电 阻有 很高的非线性指数 ａ５，非线性性能好。由于氧 ＞０ 化锌压敏电阻具有非线性指数高． 通流能力大的优 点，所以它是电压抑制和保护的重要器件。 氧化锌压敏电阻的电 气性能表现为伏安特性 的对称性好， 在施加正反两向电 压时表现的特性一 致， 故在交流和直流的保护装置中可以 采用同一氧 化锌压敏电阻． 它的非线性性能好抑制作用非常明
了 一．
咭 咭添屯 － － 分 右 右 ｝ ｝｝ －
统中 ｎ 秒级快速保护的需要） 、瞬态功率大、漏电 流低、 击穿电 压偏差小、 箱位电压较易控制、 无损
图４电 阻分流器中２ ｎ ０ 采样电阻的 ｋ 输入输出 特性 乃＞ 」 〕 臼 任 妇 日
华北电力大学电气工程学院， 河北， 保定， ０１０ ７０３
摘要： 针对绝缘子泄翻电 流测量范围大、 频带宽的 特点， 设计了三段式电阻分流器来满足测量精度的 要求。 保证测试装里和人员的安全， 为了 设计了过 压保护系统。 为减小电磁干扰， 对整个测量装置采 用了 抗干扰措施。 通过实验证明， 这一电阻分流器 能满足精确测量绝缘子泄漏电 流的需要。 关 键词：电 阻分流器 绝缘子 泄漏电 流
斗 『
人， ‘ 〕 日 钟 泊 娜
礴 撤 廿 叫 升 拱
”’ ” 一 一 一
态 能 冲 ， 高 量 击时它能以 １ １秒 级的 度将 叫－ ） 量 速 ， ２
其两极间的高阻抗变为低阻抗， 吸收高达数千瓦的 浪涌功率， 使两极间的电压箱位于一个预定值， 有效 地保护电子线路中的精密元器件， 免受各种浪涌脉 冲的损坏。 由于它具有响应时间 （ 快 能满足保护系
闭合，由Ｒ 来采样；拨轮在 ２ ， 位置的时候， 凡打 开， ： Ｋ 闭合，由Ｒ 来采样：拨轮在 ３ Ｋ和 ３ ２ 位置 的时候， ３ Ｋ 打开， ： Ｋ 闭合，由Ｒ 来采样。 Ｋ和 ２ ３ 为了 确保在里程转换过程中的试验人员的安全， 特 别在传感器的外侧并联了 一个开关Ｋ 在量程转换 ， 前先将 Ｋ 闭合，将传感器短路。待量程转换完成
接。
５ ．结论
采用分级测量原理设计了用于测量绝缘子泄 漏电 流的电 阻分流器。 防止不可确定因素引起 为了 的泄漏电 流的突变对整个测量系统的冲击和危害， 在电阻分流器上加装了三级保护系统。 为了防止电 磁千扰对侧量微小泄漏电 （ Ａ级） 流 ｐ 的影响， 对 整个装里采取了 抗干扰措施。 经实验验证， 阻 该电 分流器能 满足梢确测盈绝缘子泄漏电流的需要。
后，将开关 Ｋ打开，继续铡量工作。
１ ．引言
绝缘子泄漏电 流的大小取决于所加电 气候 压、 条件和绝缘子污秽状况三个要素， 它能客观地反映
绝 子 污、 至闪 全过 ［ 绝 缘 积 直 络的 程ｎ 缘子的 漏 ． 泄 电 范围 （Ａ Ｉ ）而 此宽的 流 流 较宽 Ｉ － Ａ ， 对如 Ｐ 电 信号
４ ．电阻分流器的抗干扰措施［ ６ ｝
４ 扰的 及任入１ｆ＊２的 产生 ． １干 １ 途径
电 阻分流器在测量过程中， 除了接收需要测量 的信号之外， 还要受到空间电磁场的千扰。 由于电 阻分流器的输出 信号幅值较小， 受到这些千扰， 将 会导致测量结果的不准确。 空间电磁场的干扰主要是通过传导祸合和空 间 祸合两种方式对测试装置产生干扰。 其中， 传导 祸合主要是指千扰通过导线 （ 电源线、信号线等） 直接进入测试装置：空间祸合是指千扰通过 “ 场” 的祸合形式干扰测试装置。 ４ 抗干扰措施 ． ２ 本套测量装置中， 采取尽可能提高信号幅值的 方法来抑制信号线上的传导祸合干扰； 对于空间祸 合干扰。 则采取接地和屏蔽的方法来抑制。 对于电 阻分流器本身， 将整个测试装里放入屏蔽盒中。 为 了 更好的 屏蔽空间电 磁干扰， 本文采用了高电导率 的 钢铁材料作为最外面的磁屏蔽层， 同时也能起到 防护作用、屏蔽盒里面采用铜箱纸作为电屏蔽层； 将屏蔽盒可靠接地， 一方面抑制了干扰， 另一方面 也确保了测试装里和操作人员的安全。 对于信号 线， 采用了屏蔽电 缆而且电 缆的屏蔽层采用一点接
仅使用一个电流传感器是不能满足测且精度的要 求。 因为一个电 流传感器仅能在一定范围内 准确反 映电 流变化的 特点， 若保证了传感器在测量较大电 流时的精度， 传感器对小电流的测量则会精度 则该 不足， 如实的反映小电 不能 流变化情况。 若单为追 求精度而采用多个传感器传感同一路信号， 则又会 由 于系统硬件的增多而增加系统的负担， 降低系统 运行的可靠性１ 为此， ２ １ 。 本文提出了将电流信号分 ３ 段采集的 解决方案．
参考文献 ［ １ ］应伟国 架空送电线路状态检修实用技术． 北
京，中国电 力出 版社，２０． ０４ ８
［ ２ ］查鳃鹏． 合成绝缘子老化试验智能测量系统的
研究． 硕士论文． 中国电力科学研究院， ０ ２２ ０ ［ ３ ］李治，王永江，王黎明，关志成． 绝缘子泄漏 电流和放电现象的初步研究． 高电压技术，
图3电阻分流器的测试电路与不波嚣蚓4电阻分流器中20kfl采样电阻的输入输出特性e坍脚丑图5电阻分流器中200q采样电阻的输入输出特性根据绝缘子表面的电晕脉冲电流具有的频带宽幅值大的特点本文特采用了1o无感采样电阻来采集该电流
用于测量绝缘子泄漏电流的电阻分流器设计
张建兴 张重远 律方成 刘云鹏
Ｉ ｋｎ
３ ．过电 压保护系统ຫໍສະໝຸດ 为了防止由不可确定因素引起的泄漏电流的 突变对整个测量系统的冲击和危害， 在前端传感器 部分必须加保护措施， 以限制大电 压或大电 保 流， 护后续测量系统。 据此， 本文选择了三级保护系统
一不 波 器
俏 号 发 生 翔
［ 各 保护元 及其 ２ 级 １ ， 件 特性如 所 下 述。
图１ ，电阻分流器原理图
Ｇ 放电管： ． 压敏电Ａ， Ｐ 瞬变电 一 Ｒ一 ｇ Ｔ － Ｖ 压抑制器； Ｒ一 ２Ｋ 无感精密电 ： ０。 阻采样电阻； ２０ 凡－ ００无感 精密电
阻 采样电阻凡一Ｉ 无感精密采样电 Ｋ （２ Ｋ） ； ｎ的 阻； ｉ ． Ｋ ３
一开关
２ ．三段式电阻分流器的研制
图２ 阻分流器外观示愈图 ，电 ２ 三段式电阻分流器的性能侧试 ． ２ 图３ 是用来测试电阻分流器特性的测试电路。 图４ 到图６ 给出了电阻分流器中各个采样电阻的 特 性。 从图４ 和图５ 中可以 看到分流电阻器在徽小电 流（ 最小可达 １ Ａ 测试中线性度良 ， ） 好．
２ 三段式电阻分流器总体设计 ． １ 由 １ ｋ 实验室模拟 １ Ｖ线路测得的数据来看， ０ 工
一 二．
频 漏电 范 在１ ５Ａ 而电 脉冲电 泄 流的 围 必－ ｍ ， 晕 流 的 围 ｍ －ＩＩ 因 本 对１ ｌ Ａ 范 在５ Ａ＇ 此 文 协一 ０ Ａ Ａ ３ 。 ０ 的 微小电 流信号（ 主要成分是工频泄漏电 采用 流） ２Ｋ 无感 ０Ｏ 的 精密采样电 阻测Ａｓ Ａ５ Ａ的 １ ｐ－ ０ ０ ｍ 小 电 信号 流 住要 是 频泄 流 成分 工 泪电 踩用２０ 无 ０。
电管用 作保护系统的三级保护器件， 并担负着泄放 冲击电 流能量的作用。 本文不但对各个采样电阻均采用了 Ｔ ｓ保 Ｖ 护， 而且对总的测量装置也采用了一套三级保护系 统（ 详见图 １，以 ） 保证整个测量系统和测试人员
的安全。
地的方式。 另外， 于电阻分流器所用的屏蔽盒不 由 可避免的会被信号线穿透， 这会引起电 磁波的泄漏 或电磁拐合干扰的问题， 即孔缝效应。 解决这一问 题的方法是将信号电缆的屏蔽层与屏蔽盒可靠连
２０ ． １ ） （ ２ ０ ２２ ８
［ ４ ］许桂善 瞬态电 压抑制器 Ｔ ｓ的 Ｖ 特性及应用． 世界电子元器件，９９ １ （） ９０ ６ ［ ５ ］杨荫彪， 穆云书． 特种半导 体器件及其应 用， 北京： 子工业出版社，１９ 电 ９１ ［ ６ ］腾旭， 胡志昂． 电子系统抗干扰实用技术． 北京， 国防工业出版社， ０４ ２０． ７
八知 ‘ 叼 田 翻 臼 娜
图６电阻分流器中 １ 采样电阻的幅频特性 ａ
氧化锌压敏电阻的电 压抑制特性好，通流能 力大。 氧化锌压敏电阻响应时间是 ｎ 级的， ｓ 故能 满足保护系统中 ｎ 级快速保护的需要。因此将氧 ｓ 化锌压敏电阻选作保护系统二级保护的器件。 （） ３ 放电管［ ５ １ 放电管为空气放电间隙，其内部特征为两个 紧密靠近的圆形平板电 由于放电管内 极。 平板电 极 的距离很近， 近似的认为放电 可以 管的空气间隙为 均匀电场下的空气间隙。 放电管在放电的过程中能泄放大量能量， 放电 通道形成的时间在凡十至几百１ 左右，因此把放 Ｓ ４
显。
．入电 （Ａ 佳 Ｐ）
图５电 阻分流器中２０２ ０１ 采样电 输入输出 阻的 特性 根据绝缘子表面的电晕脉冲电流具有的频带 宽、 幅值大的特点， 本文特采用了 １ ｆ ２ 无感采样电 阻来采集该电流。 从图６ 中可以看到该电阻的带宽 是 １ －Ｉ ｚ Ｏ ｚ ＭＨ ，能满足测量的需要。 Ｈ
感精密采样电阻测量： ５ －Ｉ 对 Ｍ Ａ Ａ的大电流信号
＠
曰 口 Ｌ
七 ｛
云 艺 ｛ ！
（ 主要成 分是电 晕脉冲电 ， 流） 采用 １ 无感精密 。的
采样电阻测Ｉ。 ｔ 电阻分流器原理图 如图 １ 所示。 各 采样电 阻之间的转换． 采用如图２ 中所示的拨轮开 关控制， 拨轮在 １ 位里的时候， ， Ｋ 打开， ２ Ｋ Ｋ和 ３
效能保护器件。当 Ｔ ｓ二极管的两极受到反向瞬 Ｖ
图３ 电阻分流器的测试电路
翻口 ．． 月口，
坏极限、 体积小等优点（ 因此将瞬变电 ４ １ 。 压抑制二 极管选作保护系统一级保护的 器件。
（氧 锌 敏电 （ ０ ２ 化 压 阻Ｚ ） ） ｎ［ ２ １
氧化锌压敏电阻是由ｎ 型半导体的ＺＯ晶粒 ｎ 和含杂质偏析的晶界所构成的多晶结构． 它的非线 性伏安特性是由陶瓷的晶界特性决定的。 氧化锌压 敏电阻属于体型压敏材料，电压一 流特性对称， 电 压敏电压和通流容量可以控制。 氧化锌压敏电 阻有 很高的非线性指数 ａ５，非线性性能好。由于氧 ＞０ 化锌压敏电阻具有非线性指数高． 通流能力大的优 点，所以它是电压抑制和保护的重要器件。 氧化锌压敏电阻的电 气性能表现为伏安特性 的对称性好， 在施加正反两向电 压时表现的特性一 致， 故在交流和直流的保护装置中可以 采用同一氧 化锌压敏电阻． 它的非线性性能好抑制作用非常明
了 一．
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统中 ｎ 秒级快速保护的需要） 、瞬态功率大、漏电 流低、 击穿电 压偏差小、 箱位电压较易控制、 无损
图４电 阻分流器中２ ｎ ０ 采样电阻的 ｋ 输入输出 特性 乃＞ 」 〕 臼 任 妇 日
华北电力大学电气工程学院， 河北， 保定， ０１０ ７０３
摘要： 针对绝缘子泄翻电 流测量范围大、 频带宽的 特点， 设计了三段式电阻分流器来满足测量精度的 要求。 保证测试装里和人员的安全， 为了 设计了过 压保护系统。 为减小电磁干扰， 对整个测量装置采 用了 抗干扰措施。 通过实验证明， 这一电阻分流器 能满足精确测量绝缘子泄漏电 流的需要。 关 键词：电 阻分流器 绝缘子 泄漏电 流
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态 能 冲 ， 高 量 击时它能以 １ １秒 级的 度将 叫－ ） 量 速 ， ２
其两极间的高阻抗变为低阻抗， 吸收高达数千瓦的 浪涌功率， 使两极间的电压箱位于一个预定值， 有效 地保护电子线路中的精密元器件， 免受各种浪涌脉 冲的损坏。 由于它具有响应时间 （ 快 能满足保护系
闭合，由Ｒ 来采样；拨轮在 ２ ， 位置的时候， 凡打 开， ： Ｋ 闭合，由Ｒ 来采样：拨轮在 ３ Ｋ和 ３ ２ 位置 的时候， ３ Ｋ 打开， ： Ｋ 闭合，由Ｒ 来采样。 Ｋ和 ２ ３ 为了 确保在里程转换过程中的试验人员的安全， 特 别在传感器的外侧并联了 一个开关Ｋ 在量程转换 ， 前先将 Ｋ 闭合，将传感器短路。待量程转换完成
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５ ．结论
采用分级测量原理设计了用于测量绝缘子泄 漏电 流的电 阻分流器。 防止不可确定因素引起 为了 的泄漏电 流的突变对整个测量系统的冲击和危害， 在电阻分流器上加装了三级保护系统。 为了防止电 磁千扰对侧量微小泄漏电 （ Ａ级） 流 ｐ 的影响， 对 整个装里采取了 抗干扰措施。 经实验验证， 阻 该电 分流器能 满足梢确测盈绝缘子泄漏电流的需要。
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１ ．引言
绝缘子泄漏电 流的大小取决于所加电 气候 压、 条件和绝缘子污秽状况三个要素， 它能客观地反映
绝 子 污、 至闪 全过 ［ 绝 缘 积 直 络的 程ｎ 缘子的 漏 ． 泄 电 范围 （Ａ Ｉ ）而 此宽的 流 流 较宽 Ｉ － Ａ ， 对如 Ｐ 电 信号
４ ．电阻分流器的抗干扰措施［ ６ ｝
４ 扰的 及任入１ｆ＊２的 产生 ． １干 １ 途径
电 阻分流器在测量过程中， 除了接收需要测量 的信号之外， 还要受到空间电磁场的千扰。 由于电 阻分流器的输出 信号幅值较小， 受到这些千扰， 将 会导致测量结果的不准确。 空间电磁场的干扰主要是通过传导祸合和空 间 祸合两种方式对测试装置产生干扰。 其中， 传导 祸合主要是指千扰通过导线 （ 电源线、信号线等） 直接进入测试装置：空间祸合是指千扰通过 “ 场” 的祸合形式干扰测试装置。 ４ 抗干扰措施 ． ２ 本套测量装置中， 采取尽可能提高信号幅值的 方法来抑制信号线上的传导祸合干扰； 对于空间祸 合干扰。 则采取接地和屏蔽的方法来抑制。 对于电 阻分流器本身， 将整个测试装里放入屏蔽盒中。 为 了 更好的 屏蔽空间电 磁干扰， 本文采用了高电导率 的 钢铁材料作为最外面的磁屏蔽层， 同时也能起到 防护作用、屏蔽盒里面采用铜箱纸作为电屏蔽层； 将屏蔽盒可靠接地， 一方面抑制了干扰， 另一方面 也确保了测试装里和操作人员的安全。 对于信号 线， 采用了屏蔽电 缆而且电 缆的屏蔽层采用一点接
仅使用一个电流传感器是不能满足测且精度的要 求。 因为一个电 流传感器仅能在一定范围内 准确反 映电 流变化的 特点， 若保证了传感器在测量较大电 流时的精度， 传感器对小电流的测量则会精度 则该 不足， 如实的反映小电 不能 流变化情况。 若单为追 求精度而采用多个传感器传感同一路信号， 则又会 由 于系统硬件的增多而增加系统的负担， 降低系统 运行的可靠性１ 为此， ２ １ 。 本文提出了将电流信号分 ３ 段采集的 解决方案．
参考文献 ［ １ ］应伟国 架空送电线路状态检修实用技术． 北
京，中国电 力出 版社，２０． ０４ ８
［ ２ ］查鳃鹏． 合成绝缘子老化试验智能测量系统的
研究． 硕士论文． 中国电力科学研究院， ０ ２２ ０ ［ ３ ］李治，王永江，王黎明，关志成． 绝缘子泄漏 电流和放电现象的初步研究． 高电压技术，
图3电阻分流器的测试电路与不波嚣蚓4电阻分流器中20kfl采样电阻的输入输出特性e坍脚丑图5电阻分流器中200q采样电阻的输入输出特性根据绝缘子表面的电晕脉冲电流具有的频带宽幅值大的特点本文特采用了1o无感采样电阻来采集该电流
用于测量绝缘子泄漏电流的电阻分流器设计
张建兴 张重远 律方成 刘云鹏
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３ ．过电 压保护系统ຫໍສະໝຸດ 为了防止由不可确定因素引起的泄漏电流的 突变对整个测量系统的冲击和危害， 在前端传感器 部分必须加保护措施， 以限制大电 压或大电 保 流， 护后续测量系统。 据此， 本文选择了三级保护系统
一不 波 器
俏 号 发 生 翔
［ 各 保护元 及其 ２ 级 １ ， 件 特性如 所 下 述。
图１ ，电阻分流器原理图
Ｇ 放电管： ． 压敏电Ａ， Ｐ 瞬变电 一 Ｒ一 ｇ Ｔ － Ｖ 压抑制器； Ｒ一 ２Ｋ 无感精密电 ： ０。 阻采样电阻； ２０ 凡－ ００无感 精密电
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２ ．三段式电阻分流器的研制
图２ 阻分流器外观示愈图 ，电 ２ 三段式电阻分流器的性能侧试 ． ２ 图３ 是用来测试电阻分流器特性的测试电路。 图４ 到图６ 给出了电阻分流器中各个采样电阻的 特 性。 从图４ 和图５ 中可以 看到分流电阻器在徽小电 流（ 最小可达 １ Ａ 测试中线性度良 ， ） 好．
２ 三段式电阻分流器总体设计 ． １ 由 １ ｋ 实验室模拟 １ Ｖ线路测得的数据来看， ０ 工
一 二．
频 漏电 范 在１ ５Ａ 而电 脉冲电 泄 流的 围 必－ ｍ ， 晕 流 的 围 ｍ －ＩＩ 因 本 对１ ｌ Ａ 范 在５ Ａ＇ 此 文 协一 ０ Ａ Ａ ３ 。 ０ 的 微小电 流信号（ 主要成分是工频泄漏电 采用 流） ２Ｋ 无感 ０Ｏ 的 精密采样电 阻测Ａｓ Ａ５ Ａ的 １ ｐ－ ０ ０ ｍ 小 电 信号 流 住要 是 频泄 流 成分 工 泪电 踩用２０ 无 ０。
电管用 作保护系统的三级保护器件， 并担负着泄放 冲击电 流能量的作用。 本文不但对各个采样电阻均采用了 Ｔ ｓ保 Ｖ 护， 而且对总的测量装置也采用了一套三级保护系 统（ 详见图 １，以 ） 保证整个测量系统和测试人员
的安全。
地的方式。 另外， 于电阻分流器所用的屏蔽盒不 由 可避免的会被信号线穿透， 这会引起电 磁波的泄漏 或电磁拐合干扰的问题， 即孔缝效应。 解决这一问 题的方法是将信号电缆的屏蔽层与屏蔽盒可靠连
２０ ． １ ） （ ２ ０ ２２ ８
［ ４ ］许桂善 瞬态电 压抑制器 Ｔ ｓ的 Ｖ 特性及应用． 世界电子元器件，９９ １ （） ９０ ６ ［ ５ ］杨荫彪， 穆云书． 特种半导 体器件及其应 用， 北京： 子工业出版社，１９ 电 ９１ ［ ６ ］腾旭， 胡志昂． 电子系统抗干扰实用技术． 北京， 国防工业出版社， ０４ ２０． ７
八知 ‘ 叼 田 翻 臼 娜
图６电阻分流器中 １ 采样电阻的幅频特性 ａ
氧化锌压敏电阻的电 压抑制特性好，通流能 力大。 氧化锌压敏电阻响应时间是 ｎ 级的， ｓ 故能 满足保护系统中 ｎ 级快速保护的需要。因此将氧 ｓ 化锌压敏电阻选作保护系统二级保护的器件。 （） ３ 放电管［ ５ １ 放电管为空气放电间隙，其内部特征为两个 紧密靠近的圆形平板电 由于放电管内 极。 平板电 极 的距离很近， 近似的认为放电 可以 管的空气间隙为 均匀电场下的空气间隙。 放电管在放电的过程中能泄放大量能量， 放电 通道形成的时间在凡十至几百１ 左右，因此把放 Ｓ ４
显。
．入电 （Ａ 佳 Ｐ）
图５电 阻分流器中２０２ ０１ 采样电 输入输出 阻的 特性 根据绝缘子表面的电晕脉冲电流具有的频带 宽、 幅值大的特点， 本文特采用了 １ ｆ ２ 无感采样电 阻来采集该电流。 从图６ 中可以看到该电阻的带宽 是 １ －Ｉ ｚ Ｏ ｚ ＭＨ ，能满足测量的需要。 Ｈ
感精密采样电阻测量： ５ －Ｉ 对 Ｍ Ａ Ａ的大电流信号
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（ 主要成 分是电 晕脉冲电 ， 流） 采用 １ 无感精密 。的
采样电阻测Ｉ。 ｔ 电阻分流器原理图 如图 １ 所示。 各 采样电 阻之间的转换． 采用如图２ 中所示的拨轮开 关控制， 拨轮在 １ 位里的时候， ， Ｋ 打开， ２ Ｋ Ｋ和 ３