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技術文章

便攜式微安表的設計

摘要：便攜式微安表的設計、實用電容測試儀，并介紹其技術指標和使用特點。
0 引言
現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，廣泛采用電容器作為補償負序、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，對外就呈現(xiàn)出總的容量值，普通的電容測量儀器就無法在線測量出其中某個電容的數(shù)值。要想測得某個電容的容量，就要把該電容從并聯(lián)系統(tǒng)中拆除下來，實際操作非常復雜，并在恢復時，極易出現(xiàn)保險斷裂和接觸**的現(xiàn)象，造成電容器系統(tǒng)投入后，差壓保護動作跳閘。基于此，介紹一種實用電容器測試儀。
1 電容測試儀原理
為了實現(xiàn)不拆線、便攜式微安表的設計，可以在母線上（如圖 1 ，AI 、AI I ）對并聯(lián) 電容施加交流電壓，然后利用電流鉗形表分別測量每個被測電容的電流，通過公式 X = U ／I 計算出電容的容抗；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)計算，對于牽引供電系統(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**和測試儀器的**，必須設法降低施加電壓。設計中采用了變頻的方式，如采用100Hz電壓時，對于同一電容器，施加電壓可降低2倍；采用200Hz電壓時，可降低4倍。為了保證電容器測試后，不儲存電荷，施加電壓也不宜過高，選用12V。對1“F電容，在5OHz時的容抗為3．18k12，采用12V電壓時，鉗形表所測得的電流約為4mA。這樣用鉗形表測量4mA電流時，輸出精度就是電容測量的精度。
　　普通電流表要保證測量毫安級電流的準確度是很容易做到的，但對于鉗形電流表來說，卻是非常困難的，要受到鉗口的大小、閉合縫隙以及導線在鉗口中的位置等諸多因素的影響。更為嚴重的是在牽引供電系統(tǒng)諧波的干擾下，一個毫安級鉗形表的空載測量值在2A以上，根本無法在現(xiàn)場應用。要想從改進鉗形表測量精度上保證電容的測量精度，幾乎無法實現(xiàn)。從現(xiàn)場的測試結果來看，鉗形表測量到的主要是2、3次諧波的干擾值，要想消除外界干擾的影響、提高測量準確度也必須避開諧波的影響。
　　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，*大電流3A，*高電壓12V交流有效值。
1．2電流測量
　　流過被測電容的電流用交流鉗形表測量，首先要求鉗形表的內徑要略大于被測電容引線端子的外徑；其次，在使用200Hz電壓源時，對于1F的電容，所測得的電流也僅為15mA，因此，對鉗形表測量精度的要求也是較高的。同時，為了與單片機配合，鉗形表的電流比可按初級1mA／次級并聯(lián)100kO,電阻得到1V電壓選擇。
1．3相位測量
　　被測電流與施加電壓之間的相位夾角為9O。，便攜式微安表的設計。如果夾角不是9O°，則認為是損耗所致。設計中用10MHz（0．1／zs）脈沖測量相位差，在50Hz被測電流時可以得到0．00005。的精度。據(jù)此可方便地計算出電容器的介損和功耗。
1．4現(xiàn)場矯正
　　為消除外界電磁干擾對電容值測量結果的影響，可采用內置標準電容修正。標準電容對外要有適合鉗形表的測量端子，可以在現(xiàn)場環(huán)境下，用標準電容的測量值修正實際測量值。
2 測試儀結構及使用
　　根據(jù)電容測試儀原理擬定測試儀由計算機系統(tǒng)、鉗形表傳感器、標準電容修正系統(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)場攜帶。
　　在進行電容值測試時，首先連接好各路引線，打開電源開關，將鉗形表卡在標準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)場校正，計算機控制開關K閉合，采集數(shù)據(jù)完成自動修正計算（再進行其它電容測試時，測試結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，按下計數(shù)器按鈕，裝置自動記錄下測量的電容值，逐一卡在每臺電容器上并按下計數(shù)按鈕完成全部電容值的測試。需要測試介損時，在功能菜單中選擇，電容值和介損的測試將同步進行。經(jīng)現(xiàn)場試用，裝置*大電容測試量程1000ffF，精度0．3，分辨率0．01“F；介質損耗測量范圍tan≤15°，準確度0．1。1組4串8并的電容器組，整個測試時間（包括準備時間在內）不超過15min，并且因電壓加在母線上，測試中通過電容保險取得電流，相當于檢查了回路（保險及連接件）的完整性，有效防止了由于保險斷裂和接觸**，造成電容器系統(tǒng)投入后，差壓保護動作跳閘。
3 結束語
　　便攜式電容測試儀可模擬電容器系統(tǒng)的在線運行狀態(tài)，在不拆線或保險的情況下，方便地測量電容器帶電運行時所表現(xiàn)的容量和介損，尤其可方便地適用于多個電容器并聯(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的狀態(tài)以及電容器受潮、缺油等的實際情況。采用變頻正弦信號，電壓低、電流小，測量完成后，電容器不儲能，無須放電，對操作者無任何**威脅，非常適合現(xiàn)場使用。

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