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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
現代電力系統中，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的方法，一旦電容串（并）聯連接，對外就呈現出總的容量值，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值。要想測得某個電容的容量，就要把該電容從并聯系統中拆除下來，實際操作非常復雜，并在恢復時，極易出現保險斷裂和接觸**的現象，造成電容器系統投入后，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
　　根據計算，對于牽引供電系統現在使用的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。從現場的測試結果來看，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。據此可方便地計算出電容器的介損和功耗。
1．4現場矯正
　　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，可以在現場環境下，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
　　根據電容測試儀原理擬定測試儀由計算機系統、鉗形表傳感器、標準電容修正系統、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場校正，計算機控制開關K閉合，采集數據完成自動修正計算（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。經現場試用，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的在線運行狀態，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的容量和介損，尤其可方便地適用于多個電容器并聯的系統中，并可用以檢查電容器系統電氣連接情況和保險的狀態以及電容器受潮、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，非常適合現場使用。

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