江玉柱，井 賽

一種軍用裝備電氣安全檢定儀的研制

江玉柱，井 賽

目的：研制一種軍用裝備電氣安全檢測儀器，實(shí)現(xiàn)檢定儀多參數(shù)集成、數(shù)據(jù)檢測處理自動(dòng)化等功能。方法：采用模塊化設(shè)計(jì)思路，使用MC68HC11E1CP2微控制器為主控CPU，提高檢定儀數(shù)據(jù)采集、控制和處理效果。結(jié)果：研制的樣機(jī)便攜堅(jiān)固，人機(jī)交互性強(qiáng)。通過裝置性能的不確定度性能驗(yàn)證，數(shù)據(jù)重復(fù)性、穩(wěn)定性好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)。結(jié)論：保證了裝備使用、維修過程中的電氣安全，降低了觸電、漏電等事故的發(fā)生率，確保了裝備的性能和使用者的安全。

軍用裝備；電氣安全；檢定儀

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭大規(guī)模使用電子裝備，裝備的使用、維護(hù)、檢修、調(diào)試離不開各類檢測儀表，電氣安全檢定儀就是其中重要的檢測裝置，對保證設(shè)備性能和使用者的安全至關(guān)重要。隨著大量電子裝備的不斷配裝，廣大官兵接觸電氣設(shè)備的機(jī)會隨之增多，安全事故在裝備使用中時(shí)有發(fā)生。如裝備故障、操作不當(dāng)、環(huán)境潮濕鹽澤等因素都可能引發(fā)電擊傷等事故，輕者發(fā)熱發(fā)麻、肌肉抽搐，重者人體燒傷、甚至死亡，這在一定程度上影響了軍用電子裝備的正常使用。為了有效排除設(shè)備安全隱患，防止各類電氣安全事故的發(fā)生，有必要對裝備的電氣安全性能進(jìn)行檢測。

目前，市面上能夠用于電氣安全性能測試的設(shè)備包括泄漏電流測試儀、絕緣電阻測試儀和接地電阻測試儀等，但每種設(shè)備測試參數(shù)單一，設(shè)備之間功能相對獨(dú)立，尚無多參數(shù)、小型化、輕量化，適用于野戰(zhàn)環(huán)境的軍用電氣安全檢測儀[1-5]。因此，設(shè)計(jì)多參數(shù)、智能化，適用于平戰(zhàn)時(shí)電氣安全性能檢測的專用儀器具有重要應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。

根據(jù)GB/T 5226.1—1996《工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備通用技術(shù)條件》以及GJB/Z 94—1997《軍用電氣系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)手冊》的相關(guān)要求，本文著重對其“防電擊危險(xiǎn)”部分進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)研制了用于檢測軍用電子裝備保護(hù)接地電阻、絕緣阻抗、漏電流大小等參數(shù)的電氣安全性能檢測裝置。通過以上3項(xiàng)參數(shù)的檢測，能夠較全面地反映電子裝備的電氣安全性能，為消除裝備使用中的電氣安全隱患、防止觸電事故發(fā)生提供技術(shù)手段，可用于電子裝備平戰(zhàn)時(shí)的檢測維護(hù)，以及接地、絕緣等電氣安全保護(hù)措施的效果檢驗(yàn)。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原理

采用模塊化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)漏電流檢測模塊、保護(hù)接地電阻檢測模塊和絕緣阻抗檢測模塊，設(shè)計(jì)信號采集、控制電路，對各模塊產(chǎn)生的電流和電壓信號進(jìn)行采集，通過繼電器的驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測通道選擇，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換、CPU處理和LCD顯示，完成模塊功能的整合，最終實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)電氣安全性能參數(shù)的檢測。

1.2 研究方案

（1）針對漏電流、保護(hù)接地電阻、絕緣阻抗3項(xiàng)電氣安全性能參數(shù)，通過模塊化的設(shè)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的檢測模塊功能。

（2）通過信號采集端口、控制電路、模擬信號處理單元、A/D轉(zhuǎn)換、CPU處理和LCD顯示功能的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模塊功能的整合、檢測信號的處理和檢測結(jié)果的顯示。

（3）通過對各項(xiàng)參數(shù)檢測不確定度的評定以及重復(fù)性、穩(wěn)定性的測試，確定該裝置參數(shù)檢測精度，并驗(yàn)證裝置的整機(jī)性能。

2 模塊設(shè)計(jì)

2.1 漏電流檢測模塊

漏電流參數(shù)可分為對地漏電流和外殼漏電流，前者是指流過保護(hù)接地導(dǎo)線的電流，后者是指從外殼流向接地端的電流。

2.1.1 模塊功能

一方面，用于檢測漏電流的大?。涣硪环矫?，根據(jù)國家或軍用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對漏電流測量的要求，通過繼電器控制轉(zhuǎn)換，模擬正常、電源極性反相、零線（火線）斷開、保護(hù)接地線斷開、零線（火線）斷開并電源極性反相，以及地線斷開并電源極性反相共6種設(shè)備工作狀態(tài)，測量不同狀態(tài)下的漏電流大小[6]。

2.1.2 檢測原理

測量對地漏電流時(shí)，將測試裝置接在保護(hù)接地端和墻壁接地端之間；測量外殼漏電流時(shí)，將測試裝置接在接地端與保護(hù)接地外殼的每個(gè)部分之間。利用檢測裝置內(nèi)部的人體模擬電路（如圖1所示）測量對地漏電流值，由于對于直流、交流及頻率小于或等于1 MHz的復(fù)合波形必須加上約1 kΩ的阻性阻抗，因此，人體模擬電路中，R1=10×（1±5%）kΩ，R2=1×（1±1%）kΩ，C1=0.015×（1±5%）μF。

圖1 測試裝置（MD）電路

檢測裝置通過控制各個(gè)繼電器開關(guān)實(shí)現(xiàn)被檢裝備正?；騿我还收系?種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，圖2為零線（火線）斷開并電源極性反相狀態(tài)下測量對地漏電流原理圖，開關(guān)S1控制電源線的開斷狀態(tài)，開關(guān)S2設(shè)置電源極性為正常和極性反相2個(gè)狀態(tài)，從而完成各種狀態(tài)下漏電流檢測。

2.2 保護(hù)接地電阻檢測模塊

2.2.1 模塊功能

該模塊由測試電源、測試電路組成。測試電源能夠提供50 Hz、空載電壓不超過6 V的電壓，產(chǎn)生10～ 25 A的電流，并能夠保持5～10 s；測試電路將從被測設(shè)備獲得的電壓信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)處理[7]。

2.2.2 測量原理

如圖3所示，產(chǎn)生25 A或1.5倍于被測裝備的額定電流，取兩者較大者，在5～10 s的時(shí)間內(nèi)，使電流在保護(hù)接地端子、設(shè)備電源輸入插口保護(hù)接地連接點(diǎn)或電網(wǎng)電源插頭的保護(hù)接地腳，與可能帶電的可觸及金屬部件之間流通，測量上述有關(guān)部分之間的電壓，根據(jù)電流和電壓確定保護(hù)接地電阻的大小。

圖2 零線（火線）斷開并電源極性反相狀態(tài)下測量對地漏電流原理

圖3 保護(hù)接地電阻測量原理

2.3 絕緣阻抗檢測模塊

2.3.1 功能設(shè)計(jì)

能夠提供500 V直流電壓，通過一個(gè)限流電阻檢測被檢裝備的帶電部件到外殼間的絕緣阻抗。

2.3.2 測量原理

測量可觸及部件絕緣阻抗原理如圖4所示，檢測裝置在被檢設(shè)備的電源線和保護(hù)接地端子之間產(chǎn)生測試高壓，實(shí)現(xiàn)對絕緣阻抗的檢測。

2.4 模塊功能的整合

檢定儀通過儀器面板的信號采集端口、控制電路和LCD顯示單元，以及主機(jī)內(nèi)部的模擬信號處理、A/D轉(zhuǎn)換和CPU處理單元的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電氣安全性能檢測的整機(jī)功能（如圖5所示）。

各單元功能如下：信號采集端口用于連接檢測表筆及被檢裝備的電源插頭；控制電路用于檢測參數(shù)的選擇控制以及被檢裝備工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；模擬信號處理單元能夠?qū)νㄟ^各檢測模塊采集的信號進(jìn)行分配控制等預(yù)處理；信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；采用MC68HC11E1CP2微控制器作為CPU進(jìn)行數(shù)字處理；選用LCD進(jìn)行檢測結(jié)果的顯示。

圖4 可觸及部件絕緣阻抗測量原理

圖5 電氣安全檢定儀功能結(jié)構(gòu)

3 實(shí)驗(yàn)測試

3.1 漏電流和保護(hù)接地電阻的不確定度評定

本裝置的主要測量參數(shù)為保護(hù)接地電阻、漏電流和絕緣阻抗等。由于絕緣阻抗的測試沒有合適的被測件，所以對其不確定度暫不作評定。

3.1.1 對地漏電流不確定度評定

由于對地漏電流在0～100 μA測量范圍內(nèi)最大允許誤差為±（2%量程+1）[8]，按均勻分布，則

此不確度分量為

對地漏電流測量重復(fù)性所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

以上各不確定度分量獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

則擴(kuò)展不確定度U=kuC=4.0%（k=2）。

3.1.2 保護(hù)接地電阻不確定度評定

由于保護(hù)接地電阻在0～500 mΩ范圍內(nèi)，保護(hù)接地電阻最大允許誤差不超過讀數(shù)的±5%，按均勻分布，此不確定度分量為

保護(hù)接地電阻測量重復(fù)性所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

以上各不確定度分量獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

則擴(kuò)展不確定度U=kuC=6.0%（k=2）。

3.2 重復(fù)性、穩(wěn)定性驗(yàn)證

3.2.1 重復(fù)性驗(yàn)證

選擇一臺電氣裝備作為被檢設(shè)備，重復(fù)檢測對地漏電流、保護(hù)接地電阻等參數(shù)6次（只登記對地漏電流檢測結(jié)果，其他參數(shù)與此相似，不再復(fù)述），測量結(jié)果見表1。

表1 對地漏電流檢測結(jié)果

用觀測值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S6（I）表征其測量重復(fù)性，計(jì)算如下：

3.2.2 穩(wěn)定性驗(yàn)證

檢測裝置開機(jī)預(yù)熱0.5 h以上，對地漏電流測量條件：正常供電，且零線火線不反相。對漏電流值檢測6次，用檢測值的平均值Ii作為一次觀測結(jié)果，每隔1個(gè)月以上觀測1次，共測量4次，用4次觀測值Ii的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sm（I）定量表征所選參數(shù)測試的穩(wěn)定性[8]，考察結(jié)果見表2。

表2 對地漏電流檢測結(jié)果

（????）（????）

根據(jù)表2，4次測量的平均值為

Development of electrical safety verification instrument for military equipment

JIANG Yu-zhu,JING Sai
（Institute for Drug and Instrument Control,Joint Logistics Department of Jinan Military Area Command,Jinan 250022,China）

To develop an instrument for military equipment electrical safety test with integrated multi parameters and automatic data detection processing.Modular design was used to improve the verification instrument for data acquisition,control and procession,with MC68HC11E1CP2 micro-controller as the master CPU.The prototype behaved well in portability,robustness and man-machine interaction.The uncertainty test of the equipment proved that the data were gifted with high repeatability and stability,with the desired requirements satisfied.The electrical safety of the equipment is guaranteed during utilization and maintenance,with the incidence of electric shock or leakage decreased.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（12）：15-17，72]

military equipment;electrical safety;verification instrument

R318.6；TB937；TH789

A

1003-8868（2014）12-0015-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.12.015

江玉柱（1965—），男，副所長，高級工程師，主要從事軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量的研究與管理工作，E-mail：jyz91572@sina.com。

250022濟(jì)南，濟(jì)南軍區(qū)聯(lián)勤部藥品儀器檢驗(yàn)所（江玉柱，井 賽）