一种应用于it系统的绝缘电阻检测器及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于绝缘电阻检测领域，涉及应用于IT系统的绝缘电阻检测，尤其是一种 应用于IT系统的绝缘电阻检测器及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 传统的绝缘电阻检测装置，主要有电桥法、电流传感器测试法、自适应脉冲法。其 中，电桥法只适合直流IT系统，且测量精度较低，抗扰能力差，范围窄，电桥法和电流传感 器检测法都需要从被测系统取电信号，测量精度和范围受制于被测系统，而自适应脉冲方 法有测试盲区，较低的频率范围IT系统的测量精度会受到影响或者根本无法检测。以上方 法要么只能应用于直流IT系统，要么对交流脉动的IT系统存在盲区，即对系统较低的频率 范围，不能准确的测试出绝缘电阻值。另外，传统的绝缘检测器，测试的电压等级有限，往往 不能测量较高的电压等级系统的绝缘电阻。
[0003] 经过检索发现相近技术领域的已公开专利文献：
[0004] -种直流电气系统绝缘电阻检测与接地保护装置（CN103701092A)，包括检测信号 源模块，多个信号耦合器，吸流变压器，多个剩余电流传感器，多个相敏整流器，多个绝缘电 阻检测器，多个保护输出单元和隔直电容。检测信号源模块经检测信号母线与信号耦合器 连接；检测信号源模块经吸流变压器连接直流电气系统的正负主母线；剩余电流传感器连 接相敏整流器输入端，相敏整流器的控制端与检测信号母线相连接，相敏整流器与绝缘电 阻检测器和保护输出单元连接，绝缘电阻检测器和保护输出单元分别与检测信号母线相连 接。本发明对保护范围的绝缘降低和接地故障具有可靠的选择性和准确性。
[0005] 对比分析，以上已公开的专利技术以及已知公开技术均与本专利申请所要求保护 的技术不同，而且产生的技术效果也存在差别。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、检测准确、快捷 高效、稳定可靠的应用于IT系统的绝缘电阻检测器及其检测方法。
[0007] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0008] -种应用于IT系统的绝缘电阻检测器，其特征在于：包括可控电压发生器、跟随 器、低通滤波器、可控的双采样保持器、差分放大器、MCU以及信号取样网络，可控电压发生 器连通取样网络，该取样网络依次串联跟随器、低通滤波器、可控的双采样保持器、差分放 大器以及MCU，该MCU通过数据线分别连接可控电压发生器、低通滤波器以及可控的双采样 保持器，MCU还连接有输入/输出终端。
[0009] 而且，所述可控电压发生器包含控制开关k21和k22,通过控制开关k21和k22控 制输出Uo，得到土Un的脉冲信号或者+Un或者-Un直流电压信号。
[0010] 而且，所述取样网络包含依次串联的电感器以及电阻器虹、1?2、1?3，分担4(：高压源 的电压；RU R2为等效的电阻器，R3为小电阻。
[0011] 而且，所述电感器由是多个电感器的串联组成。
[0012] 而且，所述可控的双采样保持器的具体结构，包括三个受MCU控制的可控开关器 k31、k32和k33,记忆元件Cl和C2,以及跟随器Bl和跟随器B2,所述开关器k31、记忆元件 Cl以及跟随器Bl组成一组采样保持电路，所述开关器k32、记忆元件C2以及跟随器B2组 成另一组采样保持电路，该采样保持电路中的B2并联一个控制开关k33 ;该两组采样保持 电路并联，分别对应输出电压信号ul和u2。
[0013] 而且，所述输入/输出终端包括显示器、设置装置以及开关量电路。
[0014] 而且，采用低频脉冲探测法：
[0015] ⑴产生电压信号，MCU以一个低频的信号控制可控电压发生器生成± Un的电压信 号；
[0016] ⑵信号取样，该信号通过LU RU R2串联的取样网络取样；
[0017] 对于交流系统，信号一般大于50HZ，Ll分担大部分交流电压，此时，土Un的电压信 号小于IHZ该电压信号无损失的通过电感器，并被电阻器RU R2、R3分压；
[0018] ⑶信号通过低通滤波器，MCU控制低通滤波器的截止频率，使土Un的电压信号无 损失的通过，滤除以电网频率为主的骚扰信号；
[0019] ⑷信号通过可控双采样保持器，对于可控双采样保持器采样保持器的Cl记忆正 脉冲Un发生的tl时刻Un和电网系统产生的共同作用的电压ul，采样保持器的C2记忆负 脉冲-Un发生的t2时刻-Un和电网系统产生的共同的作用u2 ;
[0020] (5)信号通过差分放大器，差分放大器的输出Uo = K* (ul_u2)，其中K为差分放大器 的放大倍数，
[0021] 此Uo已经去除了 AC或DC电网系统的作用，Uo正比于取样电阻R1、R2、R3流过的 电流In ;
[0022] (6)获得Re结果：通过计算In，设Rn = In，Rn绝缘电阻Re和RU R2、R3的串联值， 获得检测结果Re = Rn-Rl-R2-R3。
[0023] (7)报警或指示：MCU计算出绝缘电阻值后，当Re小于设置的报警值门槛，通过显示 器或者开关量电路输出予以指示。
[0024] 而且，所述步骤⑶中，脉冲发生器的频率越低，低通滤波器的截止频率也随着降 低。
[0025] 而且，采用直流电压法：
[0026] ⑴产生电压信号，MCU控制脉冲发生器只产生正的Un的电压信号；
[0027] ⑵信号取样，该信号通过LU RU R2串联的取样网络取样；
[0028] ⑶信号通过低通滤波器，MCU控制低通滤波器产生尽可能低的截止频率，Un为直 流信号能够无损失通过；
[0029] ⑷信号通过可控双采样保持器，对于可控双采样保持器采样保持器的Cl记忆正 脉冲Un发生的tl时刻Un和电网系统产生的共同作用的电压ul，控制开关K33闭合使u2 =〇 ；
[0030] (5)信号通过差分放大器，差分放大器的输出Uo = K* (ul_u2)，其中K为差分放大器 的放大倍数，
[0031] 此Uo已经去除了 AC或DC电网系统的作用，Uo正比于取样电阻R1、R2、R3流过的 电流In ;
[0032] (6)获得Re结果：通过计算In，设Rn = In，Rn绝缘电阻Re和RU R2、R3的串联值， 获得检测结果Re = Rn-Rl-R2-R3 ;
[0033] (7)报警或指示：MCU计算出绝缘电阻值后进行报警和指示，当Re小于设置的报警 值门槛，通过显示器或者开关量电路输出予以指示。
[0034] 本发明的优点和积极效果是：
[0035] 本发明应用范围广泛，效果好，可应用在极低频率的脉动的交流电网系统，也可以 分别应用于低频脉冲探测法和直流电压法的线路，通过两种测试方法的选择使用可以拓宽 可测系统的频率范围，还可以应用在更高电压的交流系统。
【附图说明】
[0036] 图1为绝缘电阻检测器原理结构框图；
[0037] 图2为可控电压发生器；
[0038] 图3为可控的双采样保持器。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性 的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0040] 一种应用于IT系统的绝缘电阻检测器，包括可控电压发生器AU跟随器A2、低通 滤波器A3、可控的双米样保持器A4、差分放大器A5、MCU A6以及信号取样网络A7,可控电 压发生器连通取样网络，该可控电压发生器将其产生的信号施加到取样网络上，取样网络 依次串联跟随器、低通滤波器、可控的双采样保持器、差分放大器以及MCU，该MCU通过数据 线分别连接可控电压发生器、低通滤波器以及可控的双采样保持器，并且，MCU还连接有显 不、设置、开关量等电路；
[0041] 参见附图1所示，绝缘电阻检测实际上就是要得到AC和/或DC系统对大地的等 效的绝缘电阻值Re，即附图中显示的Rel或Re2。
[0042] 参见附图2所示为可控电压发生器具体结构，通过控制开关k21和k22输出Uo,可 得到土Un的脉冲信号或者+Un或者-Un直流电压信号。
[0043] 参见附图3所示为可控的双采样保持器的具体结构，包括三个受MCU控制的可控 开关器k31、k32和k33,记忆元件Cl和C2,以及跟随器Bl和跟随器B2,所述开关器k31、记 忆元件Cl以及跟随器Bl组成一组采样保持电路，所述开关器k32、记忆元件C2以及跟随器 B2组成另一组采样保持电路，该两组采样保持电路并联，分别对应输出电压信号ul和u2 ; MCU通过控制开关k31和k32,从而得到同一个线路上的不同时刻的电压信号ul和u2。在 另一组采样保持电路中的B2并联一个由MCU控制的控制开关k33,当k33闭合时，u2为0。
[0044] 主要部件的具体说明：
[0045] Al可控电压发生器，受MCU控制发生可以控制的频率和正负脉冲，也可只产生正 的或者负的直流电压；
[0046] A2跟随器，保持信号不失真；
[0047] A3低通滤波器采用滤波截止频率可控的低通滤波器，该低通滤波器截止频率应该 小于1/10的交流AC电源系统频率；