大电流接地电阻测量仪的检测方法
目前用于安全防护检测的大电流接地电阻测量仪已越来越广泛地运用于家用电器、绝缘材料、电动电热器具等产品的质量检测中,而此种仪器本身的量值传递却由于其大电流的限制,存在许多问题。普通的接地电阻测量仪检定装置不能用于这种仪器的检测,下面介绍两种检测方法。
1 直接法
这里所谓的直接法就是电阻法,利用大功率标准电阻直接接于被测大电流接地电阻测量仪的测量端,原理框图如图1所示,用标准电阻值与测量仪表头所显示的电阻值作比较。
设标准电阻值为RN,即实际值,被检表显示读数为RX,则被检表的绝对误差为:
Δ＝RX－RN
被检表的相对误差为:
r＝［(RX-RN)/RN］×100%
用此方法检测时应注意测量仪恒流输出所限制的电阻范围,超出该范围,将不再恒流且测量不正确。由于所测均为小电阻,导线及接触电阻的消除、四端钮接线等都是必须注意的,同时注意不可引入别的哪怕是很微小的附加电阻。
用此方法检测,简单直观方便,测量准确,但应当具备一套不同阻值(并非均为十进制变化)的大功率标准电阻,由于它的特殊要求,这种电阻需由厂家定做。
2 间接法
所谓间接法就是利用电流电压的方法来进行测量。
2.1 用标准电压源法进行测量
接地电阻测量仪的基本原理为以已知恒定电流通过被测电阻RX的压降来代表所测电阻值。根据这一原理,可用标准电压源和标准电流表来检测接地电阻测量仪,检测框图如图2所示。
标准电压源输出一个标准电压UN,同时读出标准电流表显示的电流IN,此时被检测量仪表头显示值为RX值,则实际值为:
R＝UN／IN
绝对误差为:
Δ＝RX－R＝RX－UN／IN
相对误差为:
r＝［（RX－UN／IN）／（UN／IN)］×100%
通过输出不同的标准电压值,便可测得一系列电阻值。用此方法检测时应注意测量仪在恒定电流下所限定的电阻范围对应的电压值范围,使标准源输出的电压在此范围内。对于某些型号的接地电阻测量仪(如武汉市华天电力自动化有限责任公司的产品),其内部电压电流回路并非完全独立,主要是由于自动消除引线电阻电路的存在所致,因此不能简单地如框图所示直接接入电压源电流表测量,而需利用其仪器所带专用导线首先进行引线电阻的消除,只有当引线电阻完全消除后,方可按框图所示接线测量。
2.2 用标准电压表法进行测量
利用标准电压表、标准电流表以及大电流电阻对大电流接地电阻测量仪进行测量,其检测接线框图如图3所示。
测量时,接上一电阻值R,立即读取标准电流表和标准电压表的读数IN、VN,此时被检接地电阻测量仪表头也显示出所测电阻值RX。而标准电流表、标准电压表所测值对应的电阻值可认为是所测电阻的真值,即:
R＝VN／IN
绝对误差为
Δ＝RX－R＝RX－VN／IN
相对误差为
r＝［（RX－VN／IN）／（VN／IN)］×100%
通过接入不同的电阻值,便可测得一系列的值。从而确定出被检接地电阻测量仪的误差情况。
用此方法检测时应注意接地电阻测量仪所能测量的电阻范围,接入的电阻不可超出此电阻范围;由于所测电阻均为小电阻,因此必须采用四端测量;因是大电流测量,测量时间应尽量短。
3 误差分析
3.1 直接法的误差
直接法测量时,误差的主要来源是标准电阻引入的。在消除了引线电阻的影响后,只要标准电阻的误差为被检表允许误差的1/3～1/5即可。
3.2 间接测量的误差
3.2.1 标准电压源法测量时的误差
装置的主要误差来源:
(1)标准电流表引入的误差S1:由于被检电流高精度为0.5%,因此选用0.1级标准电流表即可。
(2)标准电压源带来的误差S2:由于被检表精度不高,在选用标准电压源时,一般采用实验室现有的三用表校验仪D030的交流电压信号输出便可满足要求,考虑到所需电压较小,其输出值误差一般不超过±0.5%。
(3)标准电压源输出漂移带来的误差S3：一般D030稳定性误差为±0.05%,考虑小电压情况,其漂移误差一般也不会超过±0.1%。
装置的总误差为:
由于被测接地电阻测量仪电阻精度高为2%读数±2个字,可见装置总误差能满足要求。
3.2.2 标准电压表法测量时的误差
(1)标准电流表引入的误差S1:由于被检电流精度为0.5%,因此选用0.1级标准电流表即可。
(2)标准电压表带来的误差S2:由于被检表精度不高,选用0.05级标准电压表即可满足要求。考虑到所测电压较小,其测量误差一般不超过±0.5%。
(3)标准电压表输入阻抗带来的误差S3:因所测电阻均为1Ω以下,相对而言,标准电压表输入阻抗带来的误差完全可以忽略不记。
(4)电阻引入的误差S4:用此法检测,接入的电阻并不作为标准,仅作为被检表与标准表测量的一个载体,因此该电阻的精度并不影响测量结果,影响测量结果的主要因素是电阻的稳定性,由于所接电阻大电流的要求,此电阻通常是由专门的材料和工艺定做而成,对其稳定性有一定的要求,加之被检表和标准表几乎是同时测量,因此电阻稳定性引入的误差可忽略不记。
装置总误差为:
由于被测接地电阻测量仪电阻精度为2%读数±2个字,可见装置总误差能满足要求。
5 实验结果
对一台大电流接地电阻测量仪用三种方法测量的结果如下表:
表1 直接法测量结果(I＝10A)
标准电阻RN(Ω) | 0.01 | 0.1 |
表头显示值RX（Ω） | 0.010 | 0.099 |
表2 标准电压表法测量结果(I＝10A)
标准电压表显示值(V) | 0.1020 | 1.002 |
标准电流表显示值（A） | 10.10 | 10.05 |
对应的电阻实测值(Ω) | 0.0101 | 0.0997 |
接地表头显示值(Ω) | 0.010 | 0.099 |
表3 标准电压源法测量结果(I＝25A)
标准电压源输出值(V) | 0.250 | 2.50 | 5.00 | 6.25 |
标准电流表显示值（A） | 25.25 | 25.20 | 25.15 | 25.15 |
对应的标准电阻值(Ω) | 0.0099 | 0.0990 | 0.1988 | 0.2490 |
接地表头显示值(Ω) | 0.010 | 0.098 | 0.198 | 0.248 |
上述三种方法,经实际实验检验,结果正确,为大电流接地电阻测量仪的检测提供了切实可行的方法。
