陳華泰

摘 要：為了檢測(cè)直流電源系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻，直流系統(tǒng)傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)設(shè)平衡電橋和檢測(cè)電橋，一般來(lái)講，平衡電橋具有兩個(gè)作用，其一為實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)基本功能，配合檢測(cè)電橋改變正極對(duì)地電壓和負(fù)極對(duì)地電壓，從而間接計(jì)算正極對(duì)地絕緣電阻和負(fù)極對(duì)地絕緣電阻；其二為平衡直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電壓，確保直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，正、負(fù)極對(duì)地電壓均相等為母線電壓的一半。若直流系統(tǒng)不設(shè)平衡電橋，試驗(yàn)用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量正極和負(fù)極對(duì)地電壓時(shí)，電壓的實(shí)際值和測(cè)量值的關(guān)系如何，文章就上述不設(shè)平衡電橋的情況作出理論分析。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；平衡電橋；測(cè)量電壓

中圖分類號(hào)：TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）30-0048-02

Abstract： In order to detect the insulation resistance of positive and negative electrodes to the ground in DC （direct current） power supply system， the traditional insulation monitoring device of DC system is equipped with balanced bridge and detection bridge. Generally speaking， balanced bridge has two functions： one is to realize the basic function of insulation monitoring； Cooperating with the detection of the bridge to change the positive pole to ground voltage and negative pole to ground voltage， thus indirectly calculating the positive pole to ground insulation resistance and negative pole to ground insulation resistance； the second is to balance the positive and negative pole to ground voltage of the DC system to ensure the normal operation of the DC system. The positive and negative voltages are equal to half of the bus voltage. If there is no balanced bridge in the DC system， the relation between the actual value of voltage and the measured value when the digital multimeter is used to measure the positive and negative pole to ground voltage in the experiment. The paper makes a theoretical analysis on the situation of the above-mentioned unbalanced bridge.

Keywords： DC （direct current） system； balanced bridge； measuring voltage

1 概述

在檢測(cè)直流電源系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻時(shí)，其絕緣檢測(cè)裝置內(nèi)設(shè)有平衡電橋和檢測(cè)電橋，其中平衡電橋的作用有兩方面，一方面實(shí)現(xiàn)絕緣檢測(cè)的基本功能，另一方面平衡直流系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電壓。本文從理論角度分析平衡電橋在絕緣檢測(cè)裝置中的必要性。

2 原理分析

圖1為測(cè)量電路等效電路圖。系統(tǒng)電壓為U，設(shè)為220V的蓄電池系統(tǒng)，R+為系統(tǒng)正極對(duì)地電阻值，設(shè)為x，R-為系統(tǒng)負(fù)極對(duì)地電阻，設(shè)為y，Ro為數(shù)字式萬(wàn)用表的內(nèi)阻（電壓檔的內(nèi)阻一般為10MΩ），設(shè)為定值z(mì)，U+1，U-1分別為數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量的正負(fù)極對(duì)地電壓值。U+2，U-2分別為直流系統(tǒng)的實(shí)際正負(fù)極對(duì)地電壓值。

（1）用萬(wàn)用表測(cè)量正極對(duì)地電壓時(shí)系統(tǒng)的正極對(duì)地實(shí)際電壓為：

（2）用萬(wàn)用表測(cè)量之前系統(tǒng)的正極對(duì)地實(shí)際電壓為：

（3）用萬(wàn)用表測(cè)量負(fù)極對(duì)地電壓時(shí)系統(tǒng)的負(fù)極對(duì)地實(shí)際電壓為：

（4）用萬(wàn)用表測(cè)量之前系統(tǒng)的負(fù)極對(duì)地實(shí)際電壓為：

由上述四個(gè)公式聯(lián)立得出結(jié)論：

（1）由（2）（4）兩公式可知，當(dāng)系統(tǒng)不設(shè)平衡電橋時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際電壓只和正負(fù)極對(duì)地電阻各自的阻值與正負(fù)極對(duì)地電阻阻值之和的比值有關(guān)，當(dāng)正負(fù)極對(duì)地電阻的阻值處于正常絕緣下降范圍時(shí)，只要正負(fù)極對(duì)地電阻下降值不均等，系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)地電壓就會(huì)發(fā)生偏差。

（2）由（1）（2）兩式聯(lián)立使得U+1=U+2時(shí)，（3）（4）兩式聯(lián)立使得U-1=U-2時(shí)，這兩種理想狀態(tài)下，萬(wàn)用表測(cè)量的正負(fù)極對(duì)地電壓與實(shí)際值一樣，萬(wàn)用表測(cè)量的誤差范圍最小，可求得xy=0，即萬(wàn)用表電壓檔的內(nèi)阻值越大，正極對(duì)地電阻值x和負(fù)極對(duì)地電阻值y越小，誤差范圍越小，反之誤差范圍越大。

3 臨界狀態(tài)情況分析結(jié)論

由于R+，R-未知，無(wú)法求解。處理方法是先分三種臨界情況等效計(jì)算。

（1）設(shè)x=y=∞，即系統(tǒng)無(wú)接地。根據(jù)上述公式經(jīng)計(jì)算得：

由結(jié)果得出結(jié)論：當(dāng)正負(fù)極對(duì)地電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬(wàn)用表電壓檔內(nèi)阻時(shí)，萬(wàn)用表內(nèi)阻與正負(fù)極對(duì)地電阻并聯(lián)時(shí)，并聯(lián)電阻值趨近于0，萬(wàn)用表測(cè)量誤差最大。

（2）設(shè)x=∞，y為定值時(shí)，即系統(tǒng)負(fù)極單端接地，此時(shí)經(jīng)計(jì)算得：

由結(jié)果得出結(jié)論：負(fù)極單端接地時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量負(fù)極對(duì)地電壓測(cè)量誤差最小，測(cè)量電壓值和實(shí)際電壓值均為0；用萬(wàn)用表測(cè)量正極對(duì)地電壓時(shí)取決與負(fù)極對(duì)地電阻的阻值y，阻值y越小，誤差范圍越小，反之誤差范圍越大。

（3）設(shè)y=∞，x為定值時(shí)，即系統(tǒng)正極單端接地時(shí)，此時(shí)經(jīng)計(jì)算得：

由結(jié)果得出結(jié)論：正極單端接地時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量正極對(duì)地電壓測(cè)量誤差最小，測(cè)量電壓值和實(shí)際電壓值均為0；而用萬(wàn)用表測(cè)量負(fù)極對(duì)地電壓時(shí)取決與正極對(duì)地電阻的阻值x，阻值x越小，誤差范圍越小，反之誤差范圍越大。

4 結(jié)束語(yǔ)

由上述分析結(jié)論可知，直流系統(tǒng)不設(shè)平衡電橋時(shí)，正負(fù)極對(duì)地電壓會(huì)隨著正負(fù)極對(duì)地電阻值的偏差大小而變化，由于電阻分壓，正負(fù)極對(duì)地電壓的比值與正負(fù)極對(duì)地電阻的比值相等，由于正負(fù)極對(duì)地電壓的不可控偏移給直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大危害。

而用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量正負(fù)極對(duì)地電壓時(shí)，由于數(shù)字式萬(wàn)用表電壓檔內(nèi)阻的存在，測(cè)量的誤差范圍隨正負(fù)極對(duì)地電阻值的大小發(fā)生變化，正負(fù)極對(duì)地電阻值越小，誤差范圍越小，電阻值越大，誤差范圍越大，而系統(tǒng)的正負(fù)極對(duì)地電阻時(shí)刻可能在變化，因誤差和對(duì)地電阻不可控的原因，萬(wàn)用表的讀數(shù)勢(shì)必會(huì)發(fā)生波動(dòng)，由上述臨界狀態(tài)分析可知誤差范圍最大可至全電壓。

基于上述分析直流系統(tǒng)設(shè)平衡電橋是必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]李改茹，時(shí)維獎(jiǎng)，高原，等.直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)方法的研究[J].科技致富向?qū)В?013：185-237.

[2]鮑諺，姜久春，張維戈，等.新型直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)方法[J].高電壓技術(shù)，2011：333-337.

[3]李海建.一種在線式智能直流絕緣檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].低壓電器，2012：19-22.

[4]黃思磊，王印月.變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行及故障處理措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（36）：190.

[5]甘衛(wèi)華.變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行存在的問(wèn)題及對(duì)策分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（28）：190.

[6]宋蒙蒙.變電站直流系統(tǒng)故障分析及防范措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（32）：102-103.