CN107271788B - 一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置及方法，装置包括分压电阻R1、电压采样电阻R2、第一可控继电器触点K1、第一比较电阻R4、第二可控继电器触点K3、第二比较电阻R3、第三可控继电器触点K2和采样电压测量单元，分压电阻连接待测直流电源正母线，电压采样电阻与分压电阻串联，第一比较电阻与第一可控继电器触点K1串联，两者与电压采样电阻并联；第二可控继电器触点K3与第三可控继电器触点K2串联，两者与电压采样电阻并联，第二比较电阻R3与第三可控继电器触点并联；采样电压测量单元与电压采样电阻并联，用于测量其两端电压。本发明克服了电桥平衡法、低频交流信号法和漏电流法的不足，检测精度高、速度快。

Description

一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置及方法
技术领域
本发明涉及航天飞行器控制***测量测试技术领域，更具体地，涉及一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置及方法。
背景技术
航天飞行器及地面设备直流电源的对地绝缘电阻测试是航天飞行器控制***测试的重要项目之一，绝缘电阻的合格与否直接影响航天飞行器控制***的可靠性和发射的成败。漏电是指航天飞行器***中的电源正线或负线与设备机壳间的绝缘状况出现异常，导致绝缘电阻Ri<20MΩ的现象。电源正线与设备机壳间的绝缘电阻Ri<20MΩ的现象称为正漏；电源负线与设备机壳间的绝缘电阻Ri<20MΩ的现象称为负漏。
在国外航天飞行器的研制、试验中，漏电现象时有发生。在航天飞行器控制***中，漏电作为一个重要的安全隐患，危害性极大。因此，在航天飞行器控制***的测量测试中，直流电源对地绝缘电阻检测成为一项必不可少的组成部分。航天飞行器绝缘电阻测试存在测试点多、时间要求紧、测试环境恶劣等客观困难，提高航天飞行器绝缘电阻测试的快速性、高可靠性和方便实用性一直是航天飞行器研制、生产和使用单位的追求目标。
目前检测直流电流对地绝缘电阻的方法，主要有电桥平衡法、低频交流信号法和漏电流法。电桥平衡法是通过直流正负极对地绝缘电阻与人为设置的两个电阻组成平衡电桥进行绝缘检测，其缺点是定性判断、误差大，不能检测正负极同等下降的情况；低频交流法是在直流母线和地之间加入低频交流电压源，求得直流母线对地电阻的数值和故障支路，但探测结果受***分布电容的影响较大，而且注入的低频交流信号会对直流电压产生干扰；漏电流检测法是在直流电源上串联微电流传感器，通过欧姆定律得到直流母线对地电阻的数值和故障支路，其缺点是检测的精度和灵敏度不理想，在漏电流较小的情况检测困难。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置及方法，通过电压比较克服了电桥平衡法、低频交流信号法和漏电流法的不足，具有检测精度高、速度快的优点。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置，所述装置包括分压电阻R1、电压采样电阻R2、第一可控继电器触点K1、第一比较电阻R4、第二可控继电器触点K3、第二比较电阻R3、第三可控继电器触点K2和采样电压测量单元，
其中，分压电阻R1的第一端连接待测直流电源正母线，分压电阻R1的第二端连接采样电压测量单元的输入端；
采样电压测量单元的输出端连接待测直流电源负母线，用于测量电压采样电阻R2两端的电压值；
采样电阻R2的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，采样电阻R2的第二端连接待测直流电源负母线；
第一比较电阻R4的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，第一比较电阻R4的第二端连接所述第一可控继电器触点K1的第一端，第一可控继电器触点K1的第二端连接待测直流电源负母线；
第三可控继电器触点K2的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，第三可控继电器触点K2的第二端连接第二可控继电器触点K3的第一端，第二可控继电器触点K3的第二端接地；
第二比较电阻R3与第三可控继电器触点K2并联。
作为进一步优选地，本发明还提供了直流电源对地绝缘电阻快速测量方法，所述方法包括步骤：
S1、采集待测直流电源的电压值为E，闭合K1、K3，断开K2，测量采样电阻R2两端的电压值U1；
S2、若
Figure GDA0002187348710000031
则判断待测直流电源不漏电，测量结束；若
Figure GDA0002187348710000032
则判断直流电源正母线漏电，根据
Figure GDA0002187348710000033
计算正母线对地绝缘电阻Rn，测量结束；若
Figure GDA0002187348710000034
则执行步骤S3；
S3、闭合K1、K2和K3，测量采样电阻R2两端的电压值U2，若
Figure GDA0002187348710000035
则判断直流电源不漏电，测量结束；若则判断直流电源负母线漏电，根据
Figure GDA0002187348710000037
计算得到负母线对地绝缘电阻Rp。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：本发明通过引入对地绝缘电阻后的分压电路和切换电路，避免了现有技术中***分布电容对结果的影响，而且避免注入的低频交流信号对直流母线电源产生干扰；通过电压比较法，可对漏电情况进行准确的定量判断，误差小检测精度高，而且可检测出正负极同等下降的情况。
附图说明
图1为本发明直流电源对地绝缘电阻快速测量装置电路示意图；
图2为本发明直流电源不漏电的等效电路图；
图3为闭合K1、K3时的等效电路图，其中3(a)为正漏电的等效电路图，3(b)为负漏电的等效电路图；
图4为闭合K1、K2、K3时的等效电路图，其中4(a)为正漏电的等效电路图，4(b)为负漏电的等效电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种直流电源对地绝缘电阻快速测量装置。装置基于电压比较法实现直流电源绝缘电阻快速测量，如图1所示，装置包括分压电阻R1、电压采样电阻R2、第一可控继电器触点K1、第一比较电阻R4、第二可控继电器触点K3、第二比较电阻R3、第三可控继电器触点K2和采样电压测量单元。
其中，分压电阻R1的第一端连接待测直流电源正母线，分压电阻R1的第二端连接采样电压测量单元的输入端，采样电压测量单元的输出端连接待测直流电源负母线，用于测量电压采样电阻R2两端的电压值；采样电压测量单元可选用万用电表等。
采样电阻R2的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，采样电阻R2的第二端连接待测直流电源负母线；
第一比较电阻R4的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，第一比较电阻R4的第二端连接所述第一可控继电器触点K1的第一端，第一可控继电器触点K1的第二端连接待测直流电源负母线；
第三可控继电器触点K2的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，第三可控继电器触点K2的第二端连接第二可控继电器触点K3的第一端，第二可控继电器触点K3的第二端接地；
第二比较电阻R3与第三可控继电器触点K2并联。
上述分压电阻R1、电压采样电阻R2构成电阻分压电路，第一可控继电器触点K1、第一比较电阻R4、第二可控继电器触点K3、第二比较电阻R3、第三可控继电器触点K2构成电压比较电路。
采集待测直流电源的电压为E，其正负母线对地绝缘电阻分别为Rn、Rp。当K1、K3闭合，K2断开，得到采样电阻R2的采样电压值为U1，其等效电路图如图3所示。若直流电源正母线存在漏电情况，则
Figure GDA0002187348710000051
若直流电源负母线存在漏电情况，则
Figure GDA0002187348710000052
若直流电源不漏电，则
Figure GDA0002187348710000053
由于直流电源对地绝缘电阻Rn、Rp∈[0，∞)，可以得到在正漏电和负漏电的情况下U1的取值范围为公式(1)和公式(2)。
Figure GDA0002187348710000061
比对公式(1)和公式(2)，在正母线和负母线分别漏电的情况下，U1的取值区间并没有交集，因此根据公式(1)(2)，可以快速判断出直流电源的对地绝缘状态。当采样电压满足公式(1)时，可以判定直流电源正母线对地绝缘状态下降，从而再进一步根据
Figure GDA0002187348710000062
计算出具体的对地电阻Rn。当采样电压满足公式(2)时，可以判定直流电源负母线对地绝缘状态下降，从而进一步根据计算具体的对地绝缘电阻Rp。
但在仅闭合可控继电器触点K1、K3时，公式(2)中直流电源负母线漏电时，在某些R1-R4取值组合的情况下，采样电压的取值范围较小，受电路中噪声的干扰和元器件测量精度的限制，在K1、K3闭合的电路形式下可能难以稳定、准确的辨别不漏电和负母线漏电两种情况，因此需要增加第二种状态来辅助判断和计算。
当K1、K2和K3闭合，得到采样电阻的采样电压值为U2，其等效电路图如图4所示。若直流电源正母线存在漏电情况，则
Figure GDA0002187348710000064
若直流电源负母线存在漏电情况则
Figure GDA0002187348710000065
由于直流电源对地绝缘电阻Rn、Rp∈[0，∞)，可以得到在正漏电和负漏电的情况下U2的取值范围为公式(3)和公式(4)。
Figure GDA0002187348710000071
Figure GDA0002187348710000072
比对公式(3)和公式(4)，在正母线和负母线分别漏电的情况下，U2的取值区间并没有交集，因此根据公式(3)(4)，可以快速进一步判断出负母线漏电和不漏电的情况，并可根据U2的计算公式进一步计算出具体的负母线对地电阻。
图5为本发明测量方法流程图。首先可控继电器触点K1、K3闭合，K2断开，得到采样电压U1，通过比较采集电压U1是否满足
Figure GDA0002187348710000073
来判断正母线对地绝缘状态，若U1在此范围内，利用公式
Figure GDA0002187348710000074
计算正母线对地电阻Rn，公式(5)，流程结束；若U1不在此范围内，则将可控继电器触点K1、K2、K3闭合，得到采样电压U2，若
Figure GDA0002187348710000075
则直流电源正负母线对地绝缘性能良好；否则负母线漏电，利用公式
Figure GDA0002187348710000076
计算负母线对地电阻Rp，公式(6)，流程结束。
Figure GDA0002187348710000077
Figure GDA0002187348710000078
以下结合一个具体实施例对本发明方案作进一步说明。
在本发明一个具体实施例中，分压电阻R1阻值为150KΩ、电压采样电阻R2阻值为25KΩ、第一比较电阻R4阻值为25KΩ、第二比较电阻R3阻值为150KΩ。
首先给定输入电源母线间的电压值E为28V，闭合K1、K3，断开K2，测量采样电阻R2两端的电压值U1为0.07V；按照图5所示流程，闭合K1、K2、K3，测量采样电阻R2两端的电压值U2为1V，判断为负漏，根据公式(6)，计算得到负母线对地电阻Rp＝10KΩ。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种待测直流电源对地绝缘电阻快速测量装置，其特征在于，所述装置包括分压电阻R1、电压采样电阻R2、第一可控继电器触点K1、第一比较电阻R4、第二可控继电器触点K3、第二比较电阻R3、第三可控继电器触点K2和采样电压测量单元，
其中，分压电阻R1的第一端连接待测直流电源正母线，分压电阻R1的第二端连接采样电压测量单元的输入端；
采样电压测量单元的输出端连接待测直流电源负母线，用于测量电压采样电阻R2两端的电压值；
电压采样电阻R2的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，电压采样电阻R2的第二端连接待测直流电源负母线；
第一比较电阻R4的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，第一比较电阻R4的第二端连接所述第一可控继电器触点K1的第一端，第一可控继电器触点K1的第二端连接待测直流电源负母线；
第三可控继电器触点K2的第一端连接所述分压电阻R1的第二端，第三可控继电器触点K2的第二端连接第二可控继电器触点K3的第一端，第二可控继电器触点K3的第二端接地；
第二比较电阻R3与第三可控继电器触点K2并联。
2.一种基于如权利要求1所述待测直流电源对地绝缘电阻快速测量装置的测量方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1、采集待测直流电源的电压值为E，闭合K1、K3，断开K2，测量电压采样电阻R2两端的电压值U1；
S2、若
Figure FDA0002187348700000011
则判断待测直流电源不漏电，测量结束；若则判断待测直流电源正母线漏电，根据
Figure FDA0002187348700000021
计算正母线对地绝缘电阻Rn，测量结束；若
Figure FDA0002187348700000022
则执行步骤S3；
S3、闭合K1、K2和K3，测量电压采样电阻R2两端的电压值U2，若
Figure FDA0002187348700000023
则判断待测直流电源不漏电，测量结束；若
Figure FDA0002187348700000024
则判断待测直流电源负母线漏电，根据
Figure FDA0002187348700000025
计算得到负母线对地绝缘电阻Rp。
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