便攜式電容器測試儀的設(shè)計
摘 要：利用變頻逆變電源配合鉗形電流表構(gòu)成簡潔、實用電容測試儀，并介紹其技術(shù)指標(biāo)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(bǔ)償負(fù)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(fù)雜，并在恢復(fù)時，極易出現(xiàn)保險斷裂和接觸不良的現(xiàn)象，造成電容器系統(tǒng)投入后，差壓保護(hù)動作跳閘?；诖?，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 、模擬在線運(yùn)行狀態(tài)的測量，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。
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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安全和測試儀器的安全，必須設(shè)法降低施加電壓。設(shè)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(zhǔn)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(dǎo)線在鉗口中的位置等諸多因素的影響。更為嚴(yán)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(yīng)用。要想從改進(jìn)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(jié)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(zhǔn)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(diào)，最大電流3A，最高電壓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(nèi)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(jī)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。，表明被測電容沒有損耗。如果夾角不是9O°，則認(rèn)為是損耗所致。設(shè)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(jié)果的影響，可采用內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)電容修正。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電容的測量值修正實際測量值。
2 測試儀結(jié)構(gòu)及使用
根據(jù)電容測試儀原理擬定測試儀由計算機(jī)系統(tǒng)、鉗形表傳感器、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行電容值測試時，首先連接好各路引線，打開電源開關(guān)，將鉗形表卡在標(biāo)準(zhǔn)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(jī)控制開關(guān)K閉合，采集數(shù)據(jù)完成自動修正計算(再進(jìn)行其它電容測試時，測試結(jié)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(jìn)行。經(jīng)現(xiàn)場試用，裝置最大電容測試量程1000ffF，精度0.3，分辨率0.01“F;介質(zhì)損耗測量范圍tan≤15°，準(zhǔn)確度0.1。1組4串8并的電容器組，整個測試時間(包括準(zhǔn)備時間在內(nèi))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(dāng)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不良，造成電容器系統(tǒng)投入后，差壓保護(hù)動作跳閘。
3 結(jié)束語
便攜式電容測試儀可模擬電容器系統(tǒng)的在線運(yùn)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(yùn)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，對操作者無任何安全威脅，非常適合現(xiàn)場使用