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技術(shù)文章

便攜式微安表的設(shè)計(jì)

摘要：便攜式微安表的設(shè)計(jì)、實(shí)用電容測(cè)試儀，并介紹其技術(shù)指標(biāo)和使用特點(diǎn)。
0 引言
現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，廣泛采用電容器作為補(bǔ)償負(fù)序、濾波、抽壓等裝置。為了增加耐壓和容量，電容器往往采取串并聯(lián)的方法，一旦電容串（并）聯(lián)連接，對(duì)外就呈現(xiàn)出總的容量值，普通的電容測(cè)量?jī)x器就無(wú)法在線測(cè)量出其中某個(gè)電容的數(shù)值。要想測(cè)得某個(gè)電容的容量，就要把該電容從并聯(lián)系統(tǒng)中拆除下來(lái)，實(shí)際操作非常復(fù)雜，并在恢復(fù)時(shí)，極易出現(xiàn)保險(xiǎn)斷裂和接觸**的現(xiàn)象，造成電容器系統(tǒng)投入后，差壓保護(hù)動(dòng)作跳閘?；诖耍榻B一種實(shí)用電容器測(cè)試儀。
1 電容測(cè)試儀原理
為了實(shí)現(xiàn)不拆線、便攜式微安表的設(shè)計(jì)，可以在母線上（如圖 1 ，AI 、AI I ）對(duì)并聯(lián) 電容施加交流電壓，然后利用電流鉗形表分別測(cè) 量每個(gè)被測(cè) 電容的電流，通過(guò)公式 X = U ／I 計(jì)算出電容的容抗；還可以根據(jù)公式 R x= X c ／t a n （ 9 0 °-q）計(jì)算出電容的損耗（ R 是電容器的電阻，q是施加電壓和電容電流之間的相位角），從而判別電容器缺油、碳化以及受潮等情況。

1．1施加電壓
　　根據(jù)計(jì)算，對(duì)于牽引供電系統(tǒng)現(xiàn)在使用的4．51F的電容，要想取得1A的電流，施加的工頻電壓在700V以上，為了保證操作者的人身**和測(cè)試儀器的**，必須設(shè)法降低施加電壓。設(shè)計(jì)中采用了變頻的方式，如采用100Hz電壓時(shí)，對(duì)于同一電容器，施加電壓可降低2倍；采用200Hz電壓時(shí)，可降低4倍。為了保證電容器測(cè)試后，不儲(chǔ)存電荷，施加電壓也不宜過(guò)高，選用12V。對(duì)1“F電容，在5OHz時(shí)的容抗為3．18k12，采用12V電壓時(shí)，鉗形表所測(cè)得的電流約為4mA。這樣用鉗形表測(cè)量4mA電流時(shí)，輸出精度就是電容測(cè)量的精度。
　　普通電流表要保證測(cè)量毫安級(jí)電流的準(zhǔn)確度是很容易做到的，但對(duì)于鉗形電流表來(lái)說(shuō)，卻是非常困難的，要受到鉗口的大小、閉合縫隙以及導(dǎo)線在鉗口中的位置等諸多因素的影響。更為嚴(yán)重的是在牽引供電系統(tǒng)諧波的干擾下，一個(gè)毫安級(jí)鉗形表的空載測(cè)量值在2A以上，根本無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。要想從改進(jìn)鉗形表測(cè)量精度上保證電容的測(cè)量精度，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。從現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，鉗形表測(cè)量到的主要是2、3次諧波的干擾值，要想消除外界干擾的影響、提高測(cè)量準(zhǔn)確度也必須避開(kāi)諧波的影響。
　　基于以上2方面的考慮，采用變頻正弦逆變電路，頻率30～2000Hz可調(diào)，*大電流3A，*高電壓12V交流有效值。
1．2電流測(cè)量
　　流過(guò)被測(cè)電容的電流用交流鉗形表測(cè)量，首先要求鉗形表的內(nèi)徑要略大于被測(cè)電容引線端子的外徑；其次，在使用200Hz電壓源時(shí)，對(duì)于1F的電容，所測(cè)得的電流也僅為15mA，因此，對(duì)鉗形表測(cè)量精度的要求也是較高的。同時(shí)，為了與單片機(jī)配合，鉗形表的電流比可按初級(jí)1mA／次級(jí)并聯(lián)100kO,電阻得到1V電壓選擇。
1．3相位測(cè)量
　　被測(cè)電流與施加電壓之間的相位夾角為9O。，便攜式微安表的設(shè)計(jì)。如果夾角不是9O°，則認(rèn)為是損耗所致。設(shè)計(jì)中用10MHz（0．1／zs）脈沖測(cè)量相位差，在50Hz被測(cè)電流時(shí)可以得到0．00005。的精度。據(jù)此可方便地計(jì)算出電容器的介損和功耗。
1．4現(xiàn)場(chǎng)矯正
　　為消除外界電磁干擾對(duì)電容值測(cè)量結(jié)果的影響，可采用內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)電容修正。標(biāo)準(zhǔn)電容對(duì)外要有適合鉗形表的測(cè)量端子，可以在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，用標(biāo)準(zhǔn)電容的測(cè)量值修正實(shí)際測(cè)量值。
2 測(cè)試儀結(jié)構(gòu)及使用
　　根據(jù)電容測(cè)試儀原理擬定測(cè)試儀由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、鉗形表傳感器、標(biāo)準(zhǔn)電容修正系統(tǒng)、電壓輸出單元組成，如圖2所示，該裝置整體重量不足3kg，適合現(xiàn)場(chǎng)攜帶。
　　在進(jìn)行電容值測(cè)試時(shí)，首先連接好各路引線，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將鉗形表卡在標(biāo)準(zhǔn)電容器的外界輸出線上，如圖2虛線所示，儀器功能菜單選擇現(xiàn)場(chǎng)校正，計(jì)算機(jī)控制開(kāi)關(guān)K閉合，采集數(shù)據(jù)完成自動(dòng)修正計(jì)算（再進(jìn)行其它電容測(cè)試時(shí)，測(cè)試結(jié)果將直接剔除外界電磁干擾的影響）。
然后將輸出電壓線連在要測(cè)試電容器組母線上，按圖1接好線，用鉗形表卡在一電容器引出線上，按下計(jì)數(shù)器按鈕，裝置自動(dòng)記錄下測(cè)量的電容值，逐一卡在每臺(tái)電容器上并按下計(jì)數(shù)按鈕完成全部電容值的測(cè)試。需要測(cè)試介損時(shí)，在功能菜單中選擇，電容值和介損的測(cè)試將同步進(jìn)行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試用，裝置*大電容測(cè)試量程1000ffF，精度0．3，分辨率0．01“F；介質(zhì)損耗測(cè)量范圍tan≤15°，準(zhǔn)確度0．1。1組4串8并的電容器組，整個(gè)測(cè)試時(shí)間（包括準(zhǔn)備時(shí)間在內(nèi)）不超過(guò)15min，并且因電壓加在母線上，測(cè)試中通過(guò)電容保險(xiǎn)取得電流，相當(dāng)于檢查了回路（保險(xiǎn)及連接件）的完整性，有效防止了由于保險(xiǎn)斷裂和接觸**，造成電容器系統(tǒng)投入后，差壓保護(hù)動(dòng)作跳閘。
3 結(jié)束語(yǔ)
　　便攜式電容測(cè)試儀可模擬電容器系統(tǒng)的在線運(yùn)行狀態(tài)，在不拆線或保險(xiǎn)的情況下，方便地測(cè)量電容器帶電運(yùn)行時(shí)所表現(xiàn)的容量和介損，尤其可方便地適用于多個(gè)電容器并聯(lián)的系統(tǒng)中，并可用以檢查電容器系統(tǒng)電氣連接情況和保險(xiǎn)的狀態(tài)以及電容器受潮、缺油等的實(shí)際情況。采用變頻正弦信號(hào)，電壓低、電流小，測(cè)量完成后，電容器不儲(chǔ)能，無(wú)須放電，對(duì)操作者無(wú)任何**威脅，非常適合現(xiàn)場(chǎng)使用。

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