第六章电参数的测量

1、第六章电参数的测量第六章电参数的测量第四节接地电阻的测量第四节接地电阻的测量第一节概述第一节概述第二节电桥第二节电桥第三节兆欧表第三节兆欧表学习目标：学习目标：2了解直流电桥的电路结构、工作原理和技术特了解直流电桥的电路结构、工作原理和技术特性。性。1掌握电阻、电容、电感的测量方法。掌握电阻、电容、电感的测量方法。4掌握电桥、兆欧表、接地电阻测量仪的选择、掌握电桥、兆欧表、接地电阻测量仪的选择、使用和维护方法。使用和维护方法。3理解交流电桥、兆欧表及接地电阻测量仪的原理解交流电桥、兆欧表及接地电阻测量仪的原理和结构。理和结构。第一节概述第一节概述一、电阻的测量方法一、电阻的测量方法通过测量与电

2、阻有关的电量，根据这些电量与电通过测量与电阻有关的电量，根据这些电量与电阻的关系计算出电阻。阻的关系计算出电阻。( (1) )直接测量直接测量( (2) )间接测量间接测量据测量原理而言，可以分为直接测量和间接测量。据测量原理而言，可以分为直接测量和间接测量。利用专门测量电阻的电工仪表对地那组进行测量利用专门测量电阻的电工仪表对地那组进行测量的方法。如利用电阻表或者直流电桥测量。的方法。如利用电阻表或者直流电桥测量。第一节概述第一节概述电压表电压表 - 电流表电流表法也称法也称伏伏 - 安安法。法。图图 6 - 1电压表电压表 - 电流表法测量电阻的线路电流表法测量电阻的线路一般来说，电压表前

3、接的线路，适合于被测电阻一般来说，电压表前接的线路，适合于被测电阻 RS 较大的情况。而电压表后接的线路，适合于被测电较大的情况。而电压表后接的线路，适合于被测电阻阻 RS 较小的情况。较小的情况。电压表电压表 - 电流表法测量电阻的线路通常有两种，电流表法测量电阻的线路通常有两种，即电压表前接合电压表后接。图即电压表前接合电压表后接。图 6 1。二、电容和电感的测量方法二、电容和电感的测量方法1电容的测量方法电容的测量方法第一节概述第一节概述串联一可调电感串联一可调电感 L ，此方法，此方法要求电压表内阻很大。要求电压表内阻很大。( (1) )电压表电压表 - - 电流表法。电流表法。图图

4、6 - 1电压表电压表 - 电流电流表法测量电容表法测量电容若电压表读数为若电压表读数为 U ，电流表，电流表读数为读数为 I ，电源频率，电源频率 f 为已知，则为已知，则fUCx 21( (6 - 2) )第一节概述第一节概述( (2) )替代法。替代法。图图 6 - 1替代法测量电替代法测量电容的一种线路容的一种线路测量时，测量时，S 首先接至位置首先接至位置 1，调节调节 R、L、C 使毫安表读数最使毫安表读数最大，并记下该读数；然后将大，并记下该读数；然后将 S 接接至位置至位置 2 ，保持，保持 R、L、C 不变，不变，调节标准电容调节标准电容 Cs ，使毫安表读，使毫安表读数与上

5、次读数相同，则此时有数与上次读数相同，则此时有 Cx = Cs 。LC 的介入使电路能够进入的介入使电路能够进入谐振状态，以使毫安表有较大的谐振状态，以使毫安表有较大的读数。读数。第一节概述第一节概述( (3) )谐振法。谐振法。图图 6 - 1谐振法测量电谐振法测量电容的一种线路容的一种线路将电源频率将电源频率 f0 和标准电感和标准电感的数值带入上式即可确定被测电的数值带入上式即可确定被测电容。容。测量时，调节信号发生器的测量时，调节信号发生器的频率，使电压表读数最大，此时频率，使电压表读数最大，此时电路达到谐振，则：电路达到谐振，则：sxLC201 ( (6 - 3) )第一节概述第一节

6、概述( (4) )电解电容的测量方法。电解电容的测量方法。测量前，应考虑以下因素：测量前，应考虑以下因素：首先，电解电容的容量较宽，一般电容电桥的测量首先，电解电容的容量较宽，一般电容电桥的测量范围难于满足要求。范围难于满足要求。其次，电解电容的数值随频率变化很大。其次，电解电容的数值随频率变化很大。最后，电解电容的端钮最后，电解电容的端钮( (或引线或引线) )有有“+”+”、“-”-”极极性标志。在工作和测试时应保证性标志。在工作和测试时应保证“+”+”极性端的点位高于极性端的点位高于“-”-”极性端的点位。极性端的点位。第一节概述第一节概述 用电压表测量电解电容器。用电压表测量电解电容器

7、。图图 6 - 6用电压表测量用电压表测量电解电容的线路电解电容的线路测量时测量时 CX 与与 CS 是串联接入交流电源的，两只交流是串联接入交流电源的，两只交流电压表分别测出电压电压表分别测出电压 UX 和和 YS ，则有：，则有：降压变压器降压变压器 T 和调节电位器和调节电位器 RP 是用来调节测试交流电压的；是用来调节测试交流电压的；电源电源 E 供给被测电解电容器供给被测电解电容器 CX 和标准电容器和标准电容器 CS 直流偏压；直流偏压；可得可得sxsxCUUC xsxsCCUU 11 ( (6 - 4) )第一节概述第一节概述 电容电桥法测量电解电容器。电容电桥法测量电解电容器。

8、图图 6 - 7电容电桥测量电电容电桥测量电解电容的线路解电容的线路这种方法适用于测量容量不这种方法适用于测量容量不大的电解电容器。大的电解电容器。图中图中 R 是保护电阻，是保护电阻，C 是交是交流旁路电容。流旁路电容。sxRRRR21 这种测量方法的步骤与一般这种测量方法的步骤与一般电桥相同，当电桥平衡时有：电桥相同，当电桥平衡时有：sxCRRC12 2电感的测量方法电感的测量方法第一节概述第一节概述( (1) )空心电感的测量空心电感的测量 电压表电压表 - 电流表法电流表法图图 6 - 8用电压表用电压表 - 电流表电流表法测量电感的线路法测量电感的线路用电流表测出电流用电流表测出电流

9、 I ，用，用高内阻的电压表测出电感线圈高内阻的电压表测出电感线圈两端的电压两端的电压 U，则线圈的阻抗，则线圈的阻抗IUZ x( (6 - 5) )第一节概述第一节概述图图 6 - 8用电压表用电压表 - 电流表电流表法测量电感的线路法测量电感的线路低频情况，可用测量直流电阻的方法测出低频情况，可用测量直流电阻的方法测出 RX，如，如 f 已知，则被测电感已知，则被测电感fRIUfRZLxxx 222222x( (6 - 6) )IUZ x( (6 - 5) )第一节概述第一节概述 三表法三表法图图 6 - 9用三表法测量电感的线路用三表法测量电感的线路利用电压表、电流表和功率表分别测量出电

10、感线利用电压表、电流表和功率表分别测量出电感线圈的圈的 U、I 和和 P，然后计算电感，即，然后计算电感，即( (6 - 8) )2xIPR ( (6 - 7) )2222x212 IPUfIfRZLxx第一节概述第一节概述 谐振法谐振法图图 6 - 11谐振法测量电感的桥式线路谐振法测量电感的桥式线路调节信号发生器的频率调节信号发生器的频率 f 和可调标准电容和可调标准电容 CS，使，使 CS 并联的电压表读数最大，此时电路谐振，有并联的电压表读数最大，此时电路谐振，有图图 6 - 10谐振法测量电感的线路谐振法测量电感的线路此外，用谐振法测电此外，用谐振法测电感页可以采用桥式线路，感页可以

11、采用桥式线路，如图如图 6 - 11 所示。所示。ssCfCL20220 x411 ( (6 - 9) )第一节概述第一节概述 谐振法谐振法图图 6 - 11谐振法测量电感的桥式线路谐振法测量电感的桥式线路若电桥电源频率为若电桥电源频率为 f0，有，有图图 6 - 10谐振法测量电感的线路谐振法测量电感的线路sxCfL20241 ( (6 - 11) )ssCfCL20220 x411 ( (6 - 9) )132RRRRx ( (6 - 10) )第一节概述第一节概述( (2) )铁心电感的测量铁心电感的测量当铁心电感线圈工作时有直流通过时，测量中必当铁心电感线圈工作时有直流通过时，测量中必

12、须加入等值的直流偏置电流。图须加入等值的直流偏置电流。图 6 - 12 是这类电桥引是这类电桥引入直流偏置的两种方法。入直流偏置的两种方法。若铁心电感线圈工作时无直流通过且动态范围不若铁心电感线圈工作时无直流通过且动态范围不宽时，可以不考虑非线性，此时可用测量空心电感的宽时，可以不考虑非线性，此时可用测量空心电感的方法来测量。方法来测量。当铁心电感线圈工作时无直流通过但工作电流较当铁心电感线圈工作时无直流通过但工作电流较大时，非线性不能忽略。采用电压表大时，非线性不能忽略。采用电压表 - 电流表法或者电流表法或者三表法，不能用电桥测量。三表法，不能用电桥测量。第一节概述第一节概述( (2) )

13、铁心电感的测量铁心电感的测量图图 6 - 12用交流电桥测量铁心电感时引入直流偏置的两种方法用交流电桥测量铁心电感时引入直流偏置的两种方法第二节电桥第二节电桥一、直流电桥一、直流电桥 工作原理。工作原理。可以分为直流单臂电桥和直流双臂电桥。可以分为直流单臂电桥和直流双臂电桥。1直流电桥的分类直流电桥的分类电桥平衡时，指零仪电桥平衡时，指零仪表表 G 中无电流通过。可中无电流通过。可以得到以得到图图 6 - 13单臂电桥的原理电路单臂电桥的原理电路( (1) )直流单臂电桥直流单臂电桥4231RRRR ( (6 - 13) )第二节电桥第二节电桥把被测电阻把被测电阻 Rx 接于接于 a - c

14、桥臂上，其他用标准电桥臂上，其他用标准电阻或者可调标准电阻，可得阻或者可调标准电阻，可得通常把接入通常把接入 R2 和和 R3 的桥臂称为比例臂，接入的桥臂称为比例臂，接入 R4 的桥臂称为比较臂。的桥臂称为比较臂。432RRRRx ( (6 - 13) )即通过电桥，把被测电阻即通过电桥，把被测电阻 Rx 与标准电阻进行比与标准电阻进行比较，从而实现测量电阻的目的较，从而实现测量电阻的目的。第二节电桥第二节电桥测量时，连接线电阻及接触电阻对测量的影响较测量时，连接线电阻及接触电阻对测量的影响较大，必须设法消除，直流双臂电桥就是从这点出发设大，必须设法消除，直流双臂电桥就是从这点出发设计的。计

15、的。( (1) )直流双臂电桥直流双臂电桥又称凯尔文电桥。用来测又称凯尔文电桥。用来测 10-5 1 的小电阻。的小电阻。 工作原理。工作原理。图图 6 - 13直流双臂电桥原理电路直流双臂电桥原理电路第二节电桥第二节电桥图图 6 - 13直流双臂电桥原理电路直流双臂电桥原理电路 工作原理工作原理电桥平衡时，电桥平衡时，IG = 0，则有则有 I1 = I2，I3 = I4，由电，由电路可得下面方程路可得下面方程解方程得：解方程得： 343344223311)()(IRRIIRIRIRIRIRIRIRsxxss 241343212RRRRRRRRRRRRRsx( (6 - 16) )第二节电桥

16、第二节电桥图图 6 - 13直流双臂电桥原理电路直流双臂电桥原理电路 工作原理。工作原理。( (6 - 16) ) 241343212RRRRRRRRRRRRRsx适当选择四个桥臂适当选择四个桥臂电阻，使得：电阻，使得：sxRRRR12 ( (6 - 17) )2直流电桥的技术特性直流电桥的技术特性电桥的准确度等级是指在其电桥的准确度等级是指在其“基本量程基本量程”范围之范围之内，在正确使用条件下，测量误差不会超过准确度等内，在正确使用条件下，测量误差不会超过准确度等级的要求。级的要求。第二节电桥第二节电桥表表 6 - 1我国直流电桥的准确度等级我国直流电桥的准确度等级表表 6 - 2 列出了

17、集中直流电桥的技术特性。列出了集中直流电桥的技术特性。可以获得很高的准确度。可以获得很高的准确度。第二节电桥第二节电桥表表 6 - 2几种直流电桥的技术特性几种直流电桥的技术特性直流电桥可以制成单直流电桥可以制成单 - - 双臂两用电桥，这种电桥双臂两用电桥，这种电桥的测量范围很大，如上表所示的的测量范围很大，如上表所示的 QJ17 等。等。3直流电桥的使用方法直流电桥的使用方法第二节电桥第二节电桥( (4) )把被测电阻接到电路面板上标有把被测电阻接到电路面板上标有“Rx”的连个的连个接线端钮上。接线端钮上。( (1) )根据被测电阻的阻值范围和对测量的准确度要根据被测电阻的阻值范围和对测量

18、的准确度要求，正确选用电桥。求，正确选用电桥。( (5) )测量前应估计被测电阻的阻值适当选择比例臂测量前应估计被测电阻的阻值适当选择比例臂的倍率挡。的倍率挡。( (3) )当需外接电源时，电源的正负极应与面板上标当需外接电源时，电源的正负极应与面板上标有有“+”+”、“-”-”的接线端钮分别连接。的接线端钮分别连接。( (2) )正确选用外附检流计。正确选用外附检流计。3直流电桥的使用方法直流电桥的使用方法第二节电桥第二节电桥( (6) )测量时先将检流计的锁钮打开，然后按下电源测量时先将检流计的锁钮打开，然后按下电源按钮并锁住，以接通电源。按钮并锁住，以接通电源。( (8) )在某些情况应

19、注意以下几点。在某些情况应注意以下几点。( (7) )测量完毕后，应先松开检流计按钮，再放开电测量完毕后，应先松开检流计按钮，再放开电源支路按钮，特别是当被测元件中含有电感量时，更源支路按钮，特别是当被测元件中含有电感量时，更应遵守这一顺序。应遵守这一顺序。 精密测量中，改变电源极性，进行两次测量，精密测量中，改变电源极性，进行两次测量，取其平均值作为测量结果。取其平均值作为测量结果。 对含电容元件测量时先给电容放电对含电容元件测量时先给电容放电 1 min 。 需考虑温度影响时，应记录下温度。需考虑温度影响时，应记录下温度。二、交流电桥二、交流电桥第二节电桥第二节电桥交流电桥主要用于交流等效

20、电阻及时间常数，电交流电桥主要用于交流等效电阻及时间常数，电容及其介质损耗，自感及线圈品质因数等电参数。容及其介质损耗，自感及线圈品质因数等电参数。1交流电桥的原理交流电桥的原理图图 6 - 19交流电桥的原理线路交流电桥的原理线路据复数相等条件有据复数相等条件有调节电桥的桥臂参数，调节电桥的桥臂参数，使使 IG = 0 时，有时，有4231ZZZZ ( (6 - 18) )在正弦交流电的情况在正弦交流电的情况下，复阻抗可以写为下，复阻抗可以写为 jeZZ 4231 4231ZZZZ ( (6 - 19) )2交流电桥的一般结构交流电桥的一般结构第二节电桥第二节电桥为了使电桥的结构简单和调节方

21、便，一般将交流为了使电桥的结构简单和调节方便，一般将交流电桥中的两个桥臂设计为纯电阻，另外一个桥臂则根电桥中的两个桥臂设计为纯电阻，另外一个桥臂则根据线路和测量对象配置合适的电抗元件，而最后一桥据线路和测量对象配置合适的电抗元件，而最后一桥臂则用于接入相应的被测电抗元件。臂则用于接入相应的被测电抗元件。根据被测元件性质不同，交流电桥可分为电容电根据被测元件性质不同，交流电桥可分为电容电桥、电感电桥两种。桥、电感电桥两种。需要需要注意注意的是，交流电桥的平衡必须饭仿佛调节的是，交流电桥的平衡必须饭仿佛调节两个桥臂的参数，所以交流电桥的平衡调节比直流电两个桥臂的参数，所以交流电桥的平衡调节比直流电

22、桥困难一些。桥困难一些。第三节兆欧表第三节兆欧表一、结构和工作原理一、结构和工作原理磁电系比率表是一种特殊形式的磁电系测量机构。磁电系比率表是一种特殊形式的磁电系测量机构。1结构结构图图 6 - 20磁电系比率表的基本结构磁电系比率表的基本结构兆欧表的基本兆欧表的基本结构式一台手摇发结构式一台手摇发电机和一只磁电系电机和一只磁电系比率表。比率表。2工作原理工作原理第三节兆欧表第三节兆欧表( (1) )磁电系比率表磁电系比率表由于两个动圈中电流磁场作用，产生两个方向相由于两个动圈中电流磁场作用，产生两个方向相反的转矩，若其中一个电流反的转矩，若其中一个电流 I1 产生转动力矩，另一个产生转动力矩

23、，另一个电流电流 I2 产生反作用力矩。平衡时，指针偏转角为产生反作用力矩。平衡时，指针偏转角为 。有有21IIF ( (6 - 20) )与测量电路中的电源电压无关。与测量电路中的电源电压无关。( (2) )兆欧表兆欧表图图 6 - 21兆欧表的测量电路兆欧表的测量电路动圈动圈 1 、内附电阻、内附电阻 RC 被被测电阻测电阻 RX 串联；动圈串联；动圈 2 和内和内附电阻附电阻 RV 串联，承受相同电串联，承受相同电压压 U。有有第三节兆欧表第三节兆欧表xcRRRUI 11v22RRUI 把上两式代入把上两式代入( (6 - 20) )，既得，既得xcRRRRRFIIF 1v221 ( (

24、6 - 21) )二、兆欧表的选择及使用维护方法二、兆欧表的选择及使用维护方法1兆欧表的选择兆欧表的选择表表 6 - 3兆欧表电压等级选择举例兆欧表电压等级选择举例而对于电压较低的电力设备，其内部绝缘所能承而对于电压较低的电力设备，其内部绝缘所能承受的电压不高，应选用额定电压低的兆欧表。受的电压不高，应选用额定电压低的兆欧表。对于电压高的电气设备，必使用额定电压高和测对于电压高的电气设备，必使用额定电压高和测量范围大的兆欧表进行测量。量范围大的兆欧表进行测量。第三节兆欧表第三节兆欧表表表 6 - 4国产兆欧表主要技术参数国产兆欧表主要技术参数第三节兆欧表第三节兆欧表2兆欧表的使用和维护方法兆欧

25、表的使用和维护方法( (2) )测试前，放置在水平地方，有水平调节的兆欧测试前，放置在水平地方，有水平调节的兆欧表调好本身水平位置，可以避免摇动发电机手柄时因表调好本身水平位置，可以避免摇动发电机手柄时因表身摇动而影响读数。表身摇动而影响读数。( (3) )一般测量，将被测一般测量，将被测绝缘电阻接到绝缘电阻接到 L 和和 E 两个两个接线端钮上；若被测对戏接线端钮上；若被测对戏那个为线路的绝缘电阻时，那个为线路的绝缘电阻时，应将被测端连接到应将被测端连接到 L 接线接线端钮，端钮，E 端接地。端接地。( (1) )在被测电气设备不带电的情况下测量。在被测电气设备不带电的情况下测量。图图 6

26、- 22测量线路绝缘电阻接线图测量线路绝缘电阻接线图第三节兆欧表第三节兆欧表2兆欧表的使用和维护方法兆欧表的使用和维护方法( (5) )测量完毕后，当兆欧表没有停止转动或被测物测量完毕后，当兆欧表没有停止转动或被测物没有放电前，不可用手去触及被测物测量部分和进行没有放电前，不可用手去触及被测物测量部分和进行拆线工作。拆线工作。( (4) )测量绝缘电阻时，放电机手柄应由慢渐快地摇测量绝缘电阻时，放电机手柄应由慢渐快地摇动，若发现指针指零，说明被测绝缘物有短路现象。动，若发现指针指零，说明被测绝缘物有短路现象。若指示正常，应使发电机转速稳定在规定范围内，若指示正常，应使发电机转速稳定在规定范围内

27、，切切忌忌忽快忽慢而使是真摆动，加大误差。忽快忽慢而使是真摆动，加大误差。第三节兆欧表第三节兆欧表第四节接地电阻的测量第四节接地电阻的测量接地装置必须十分可靠，其接地电阻必须保证在一接地装置必须十分可靠，其接地电阻必须保证在一定的范围之内。定的范围之内。表表 6 - 5各类接地装置的接地电阻合格值各类接地装置的接地电阻合格值在电力系统中，为防止电力设备绝缘层被击穿和因在电力系统中，为防止电力设备绝缘层被击穿和因漏电是电力设备外壳带电，一般要把设备的外壳接地。漏电是电力设备外壳带电，一般要把设备的外壳接地。一、电压表一、电压表 - - 电流表法电流表法第四节接地电阻的测量第四节接地电阻的测量图图

28、 6 - 24电压表电压表 电流表法测量电流表法测量接地电阻的线路接地电阻的线路变压器起着隔离测量线变压器起着隔离测量线路与交流电网的作用；辅助路与交流电网的作用；辅助电流电极电流电极 C 用以构成接地电用以构成接地电流回路；辅助电位电极流回路；辅助电位电极 P 用用以构成测量线路。以构成测量线路。图中电流表测量的是流过被测电阻图中电流表测量的是流过被测电阻 A 的电流的电流 I，而高内阻的电压表测量的是而高内阻的电压表测量的是 Rx 上的电压降，按公式上的电压降，按公式 Rx = = U/I 即可算出被测接地电阻的数值。即可算出被测接地电阻的数值。二、电桥法二、电桥法第四节接地电阻的测量第四

29、节接地电阻的测量图图 6 - 25电桥法测量接地电阻的线路电桥法测量接地电阻的线路首先把首先把 S 接到位置接到位置“1”，调节可调电阻，调节可调电阻 R 使指零仪使指零仪指针指零。此时指针指零。此时 R 被可动端分为两部分，设为被可动端分为两部分，设为 R11 和和 R12，然后将，然后将 S 接到位置接到位置“2”，重复上部，得到，重复上部，得到 R21 和和 R22，则被测接地电阻，则被测接地电阻 Rx 按下式计算：按下式计算：测量接地电阻的原理线路如图测量接地电阻的原理线路如图 6 - 25 所示。所示。测量中，需要二次对电桥进行平衡调节。测量中，需要二次对电桥进行平衡调节。02122

30、1211x11RRRRRR ( (6 - 22) )三、补偿法三、补偿法第四节接地电阻的测量第四节接地电阻的测量图图 6 - 26补偿法测量接地电阻的线路补偿法测量接地电阻的线路接地电流在接地电阻接地电流在接地电阻 Rx 上的压降为上的压降为 IRx ，接地电，接地电阻阻 RC 时同样形成压降时同样形成压降 IRC 。调节补偿电阻。调节补偿电阻 R，使电流，使电流 I1 流过电极流过电极 A、P 之间的接地电阻之间的接地电阻 Rx 后，且电流互感后，且电流互感器二次绕组电流流过补偿电阻器二次绕组电流流过补偿电阻 R 后，后，P 电极的电位与电极的电位与 R 可动端的电位相等，即检流计指零。这时

31、有可动端的电位相等，即检流计指零。这时有原理原理：交流发电机输：交流发电机输出电流出电流 I1，流经电流互感，流经电流互感器器 TA一次绕组到接地体一次绕组到接地体 A，经大地和辅助电流电极经大地和辅助电流电极 C 构成一个闭合回路。构成一个闭合回路。rIRI2x1 KrIrIR 12x( (6 - 23) )四、接地电阻测量仪四、接地电阻测量仪第四节接地电阻的测量第四节接地电阻的测量常用的过长接地测量仪有常用的过长接地测量仪有 ZC - 8 型和型和 ZC - 29 型型等几种。等几种。( (1) )结构结构图图 6 - 27ZC - 8型接地电阻测量仪型接地电阻测量仪第四节接地电阻的测量第四节接地电阻的测量端钮端钮 P2 和和 C2 短接后接短接后接至被测电路地极，至被测电路地极