0 引言

低壓配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中重要組成部分，而低壓斷路則是低壓配電網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。低壓斷路器、低壓導(dǎo)電回路中回路電阻是評(píng)價(jià)其運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)?；芈冯娮璺从沉嗽O(shè)備的工作狀態(tài)，它加劇設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的損耗，也導(dǎo)致溫度升高，是設(shè)備載流能力與短路電阻切斷能力的一種體現(xiàn)，直接影響到開關(guān)設(shè)備分、合閘的可靠性以及運(yùn)行的安全性 [1]?；芈冯娮铚y(cè)試儀則是測(cè)量各種開關(guān)類設(shè)備接觸電阻、回路電阻的專用儀器，精度一般可以達(dá)到 0.01μΩ[2]。目前對(duì)回路電阻的測(cè)量方法有超導(dǎo)量子器件測(cè)量，電解槽法， 三次諧波法以及四線法。前三種主要用于實(shí)驗(yàn)研究使用，工業(yè)上一般采用四線法。

本文在傳統(tǒng)回路電阻測(cè)試儀四線法的基礎(chǔ)上，對(duì)回路電阻測(cè)試儀進(jìn)行改進(jìn)，使得改進(jìn)后的儀器克服了傳統(tǒng)回路電阻測(cè)試儀只能在被測(cè)對(duì)象斷電情況下使用的缺點(diǎn)，增大了儀器的適用范圍。

1 傳統(tǒng)測(cè)量方式

傳統(tǒng)測(cè)量方式采用四線法測(cè)試，也稱開爾文測(cè)試，接線原理如圖 1 所示。由電流源經(jīng) I+、I- 兩端口供給被測(cè)電阻Rx 電流，輸出電流大小 I 由電流檢測(cè)模塊計(jì)算得出。電壓表測(cè)出 Rx 兩端的電壓降 V，經(jīng)電壓檢測(cè)模塊計(jì)算得出。測(cè)量模塊測(cè)出 I、V，再經(jīng)由計(jì)算模塊算出被測(cè)電阻的阻值，這個(gè)阻值就是被測(cè)設(shè)備的回路電阻值。

通過以上描述可以看出，使用四線法測(cè)試時(shí)，需要外接直流電源。要求測(cè)量時(shí)，待測(cè)系統(tǒng)需要處于斷電狀態(tài)且試品的一端或雙端進(jìn)行接地。因此，在現(xiàn)場(chǎng)操作中，需要額外進(jìn)行斷電操作及接地電纜的連接，增加了工作量及勞動(dòng)強(qiáng)度，使用限制較多，降低了測(cè)量效率。

2 新型回路電阻測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量原理

配電系統(tǒng)中的低壓斷路器、低壓導(dǎo)電回路正常運(yùn)行時(shí)有一定的電流流過，該電流在流過開關(guān)或者回路時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，在電流恒定時(shí)阻值越大電壓也就越大。通過對(duì)該電壓及實(shí)際運(yùn)行電流的測(cè)量，可以計(jì)算得出回路實(shí)際運(yùn)行中接觸電阻的大小。根據(jù)這個(gè)原理，本文提出了新的回路電阻測(cè)量方法，原理如圖 2 所示。

圖中 A、V 符號(hào)分別代表電流表和電壓表，用于測(cè)量流過被測(cè)體 Rx 的電流和電壓。在測(cè)出被測(cè)體的電壓和電流的情況下，根據(jù)計(jì)算公式 R=V/I，可以得出被測(cè)體 Rx 的阻值。

根據(jù)此原理設(shè)計(jì)的回路電阻測(cè)試儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3所示。如圖所示，該裝置主要由電池、CPU、電流發(fā)生器、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)以及人機(jī)界面組成，相比于傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x既可以測(cè)量被測(cè)體運(yùn)行狀態(tài)下的直流電阻，也可以測(cè)量被測(cè)體斷電狀態(tài)下的回路電阻，有效提高了設(shè)備的使用率。該儀器工作時(shí)需要采集待測(cè)回路電阻的工作電流與兩端電壓，但考慮帶電狀態(tài)下的安全性及便捷性，電流信號(hào)的采集使用電流鉗方式，電壓信號(hào)的采集使用探針方式。

2.2 電流測(cè)量原理

電流信號(hào)的測(cè)量流程分為 ：電流鉗 -IV 轉(zhuǎn)換 - 程控放大 -A/D 轉(zhuǎn)換 -CPU。電流鉗在原理上可以看成一個(gè)簡(jiǎn)單的電流變壓器 [3]，它可以將流過設(shè)備的實(shí)際電流大小成比例的改變，為了產(chǎn)生一個(gè)能通過相應(yīng)倍數(shù)比例的輸出水平，交流電流探頭內(nèi)置特有的探頭線圈架。為了能夠適應(yīng)不同的電流量程，在鉗形線圈上的匝數(shù)需設(shè)計(jì)成整數(shù)倍。電流信號(hào)很難直接供給被儀器內(nèi)部的檢測(cè)芯片，需要經(jīng)過電流信號(hào)向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換后，才能被準(zhǔn)確識(shí)別，因此 IV 轉(zhuǎn)換電路是必須的。IV 轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，然后通過中間的程控放大芯片，將電壓信號(hào)調(diào)整到合理的幅值范圍，這樣可以有效提高測(cè)量的**度。A/D 轉(zhuǎn)換芯片是測(cè)量的核心部分，需要有較測(cè)量精度與測(cè)量速度，這樣能夠在有限時(shí)間內(nèi)得到足夠的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算，提高測(cè)量精度。電磁隔離部分保證了電流測(cè)量電路部分與控制 CPU 模塊能夠完全隔離，保證測(cè)量安全。CPU 模塊進(jìn)行電流數(shù)據(jù)的數(shù)字量采集與計(jì)算，它通過高速通信接口與 A/D 轉(zhuǎn)換芯片連接。為了能夠保證大數(shù)據(jù)量的電流數(shù)據(jù)及時(shí)讀取與運(yùn)算，CPU 需要使用高速的處理器芯片。

2.3 電壓測(cè)量原理

電壓信號(hào)的測(cè)量流程分為 ：電壓采集 - 分壓轉(zhuǎn)換 - 程控放大 -A/D 轉(zhuǎn)換 -CPU。

電壓采集的方式為雙探針直接獲取接觸電阻兩端的電壓。所以這種采集方式簡(jiǎn)單便捷，適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。采集的電壓信號(hào)一般幅值較高，所以不能直接送給儀器內(nèi)部芯片。因此需要經(jīng)過**高精度的分壓轉(zhuǎn)換，將信號(hào)成比例的縮小至合理的幅值范圍供給后級(jí)測(cè)量電路。程控放大電路負(fù)責(zé)將幅值縮小后的電壓信號(hào)進(jìn)行比例放大供給后級(jí) A/D 轉(zhuǎn)換芯片，以適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電壓，提高測(cè)量精度。電壓信號(hào)的測(cè)量部分與電流信號(hào)的測(cè)量部分是互相獨(dú)立隔離的，因此電壓信號(hào)測(cè)量部分需要使用單獨(dú)的 A/D 芯片進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。電磁隔離部分保證了電壓測(cè)量電路部分與控制 CPU 模塊能夠完全隔離，保證測(cè)量安全。電壓測(cè)量部分可以與電流測(cè)量部分共用CPU 測(cè)量模塊，這樣可以節(jié)約電路資源，同時(shí)保證測(cè)量信號(hào)的同步性，利于提高計(jì)算精度。

采集的電流信號(hào)與電壓信號(hào)經(jīng)儀器處理后，可以得出帶電狀態(tài)下回路電阻的實(shí)際大小，無需斷電，使用方便。另外，通過回路電阻的實(shí)際工作電流越大，電壓差越大，測(cè)量越**。這對(duì)于供電密度高、負(fù)荷集中、低壓設(shè)備負(fù)荷較重的區(qū)域有著很重要的意義。

3 新型回路電阻測(cè)試方法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提新型回路電阻測(cè)試方法的有效性，根據(jù)本文所測(cè)試方法制作了相應(yīng)的儀器樣品，對(duì)多個(gè)開關(guān)回路電阻值進(jìn)行測(cè)量（測(cè)量結(jié)果為多次測(cè)量取平均值）。同樣使用兩個(gè)市面上常用的兩種回路電阻測(cè)試儀的測(cè)量數(shù)據(jù)（多次測(cè)量取平均值）進(jìn)行對(duì)比，得出測(cè)量數(shù)據(jù)如表 1 所示。

由以上表格可知，本文所設(shè)計(jì)的新型回路電阻測(cè)試儀的測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)與市面?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)試儀所測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，說明了新型回路電阻測(cè)試儀的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

通過對(duì)新舊兩種回路電阻測(cè)試方法的對(duì)比，得出新型回路電阻測(cè)試方法可以在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下使用，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新型回路電阻測(cè)試方法的有效性。因此新型回路電阻測(cè)試方法相對(duì)于傳統(tǒng)四線法具有更大的適用性與實(shí)用價(jià)值。