一种军用装备电气安全检定仪的研制

江玉柱，井 赛

一种军用装备电气安全检定仪的研制

江玉柱，井 赛

目的：研制一种军用装备电气安全检测仪器，实现检定仪多参数集成、数据检测处理自动化等功能。方法：采用模块化设计思路，使用MC68HC11E1CP2微控制器为主控CPU，提高检定仪数据采集、控制和处理效果。结果：研制的样机便携坚固，人机交互性强。通过装置性能的不确定度性能验证，数据重复性、稳定性好，达到了预期的设计要求和技术指标。结论：保证了装备使用、维修过程中的电气安全，降低了触电、漏电等事故的发生率，确保了装备的性能和使用者的安全。

军用装备；电气安全；检定仪

0 引言

现代战争大规模使用电子装备，装备的使用、维护、检修、调试离不开各类检测仪表，电气安全检定仪就是其中重要的检测装置，对保证设备性能和使用者的安全至关重要。随着大量电子装备的不断配装，广大官兵接触电气设备的机会随之增多，安全事故在装备使用中时有发生。如装备故障、操作不当、环境潮湿盐泽等因素都可能引发电击伤等事故，轻者发热发麻、肌肉抽搐，重者人体烧伤、甚至死亡，这在一定程度上影响了军用电子装备的正常使用。为了有效排除设备安全隐患，防止各类电气安全事故的发生，有必要对装备的电气安全性能进行检测。

目前，市面上能够用于电气安全性能测试的设备包括泄漏电流测试仪、绝缘电阻测试仪和接地电阻测试仪等，但每种设备测试参数单一，设备之间功能相对独立，尚无多参数、小型化、轻量化，适用于野战环境的军用电气安全检测仪[1-5]。因此，设计多参数、智能化，适用于平战时电气安全性能检测的专用仪器具有重要应用价值和实际意义。

根据GB/T 5226.1—1996《工业机械电气设备通用技术条件》以及GJB/Z 94—1997《军用电气系统安全设计手册》的相关要求，本文着重对其“防电击危险”部分进行分析，并设计研制了用于检测军用电子装备保护接地电阻、绝缘阻抗、漏电流大小等参数的电气安全性能检测装置。通过以上3项参数的检测，能够较全面地反映电子装备的电气安全性能，为消除装备使用中的电气安全隐患、防止触电事故发生提供技术手段，可用于电子装备平战时的检测维护，以及接地、绝缘等电气安全保护措施的效果检验。

1 总体设计

1.1 设计原理

采用模块化设计思路，设计漏电流检测模块、保护接地电阻检测模块和绝缘阻抗检测模块，设计信号采集、控制电路，对各模块产生的电流和电压信号进行采集，通过继电器的驱动控制实现多参数检测通道选择，通过模数转换、CPU处理和LCD显示，完成模块功能的整合，最终实现各项电气安全性能参数的检测。

1.2 研究方案

（1）针对漏电流、保护接地电阻、绝缘阻抗3项电气安全性能参数，通过模块化的设计，分别实现各参数的检测模块功能。

（2）通过信号采集端口、控制电路、模拟信号处理单元、A/D转换、CPU处理和LCD显示功能的设计，实现模块功能的整合、检测信号的处理和检测结果的显示。

（3）通过对各项参数检测不确定度的评定以及重复性、稳定性的测试，确定该装置参数检测精度，并验证装置的整机性能。

2 模块设计

2.1 漏电流检测模块

漏电流参数可分为对地漏电流和外壳漏电流，前者是指流过保护接地导线的电流，后者是指从外壳流向接地端的电流。

2.1.1 模块功能

一方面，用于检测漏电流的大小；另一方面，根据国家或军用相关标准对漏电流测量的要求，通过继电器控制转换，模拟正常、电源极性反相、零线（火线）断开、保护接地线断开、零线（火线）断开并电源极性反相，以及地线断开并电源极性反相共6种设备工作状态，测量不同状态下的漏电流大小[6]。

2.1.2 检测原理

测量对地漏电流时，将测试装置接在保护接地端和墙壁接地端之间；测量外壳漏电流时，将测试装置接在接地端与保护接地外壳的每个部分之间。利用检测装置内部的人体模拟电路（如图1所示）测量对地漏电流值，由于对于直流、交流及频率小于或等于1 MHz的复合波形必须加上约1 kΩ的阻性阻抗，因此，人体模拟电路中，R1=10×（1±5%）kΩ，R2=1×（1±1%）kΩ，C1=0.015×（1±5%）μF。

图1 测试装置（MD）电路

检测装置通过控制各个继电器开关实现被检装备正常或单一故障等6种工作状态的转换，图2为零线（火线）断开并电源极性反相状态下测量对地漏电流原理图，开关S1控制电源线的开断状态，开关S2设置电源极性为正常和极性反相2个状态，从而完成各种状态下漏电流检测。

2.2 保护接地电阻检测模块

2.2.1 模块功能

该模块由测试电源、测试电路组成。测试电源能够提供50 Hz、空载电压不超过6 V的电压，产生10～ 25 A的电流，并能够保持5～10 s；测试电路将从被测设备获得的电压信号进行放大、转换，以便后续处理[7]。

2.2.2 测量原理

如图3所示，产生25 A或1.5倍于被测装备的额定电流，取两者较大者，在5～10 s的时间内，使电流在保护接地端子、设备电源输入插口保护接地连接点或电网电源插头的保护接地脚，与可能带电的可触及金属部件之间流通，测量上述有关部分之间的电压，根据电流和电压确定保护接地电阻的大小。

图2 零线（火线）断开并电源极性反相状态下测量对地漏电流原理

图3 保护接地电阻测量原理

2.3 绝缘阻抗检测模块

2.3.1 功能设计

能够提供500 V直流电压，通过一个限流电阻检测被检装备的带电部件到外壳间的绝缘阻抗。

2.3.2 测量原理

测量可触及部件绝缘阻抗原理如图4所示，检测装置在被检设备的电源线和保护接地端子之间产生测试高压，实现对绝缘阻抗的检测。

2.4 模块功能的整合

检定仪通过仪器面板的信号采集端口、控制电路和LCD显示单元，以及主机内部的模拟信号处理、A/D转换和CPU处理单元的设计，实现电气安全性能检测的整机功能（如图5所示）。

各单元功能如下：信号采集端口用于连接检测表笔及被检装备的电源插头；控制电路用于检测参数的选择控制以及被检装备工作状态的转换；模拟信号处理单元能够对通过各检测模块采集的信号进行分配控制等预处理；信号经A/D转换电路进行模数转换；采用MC68HC11E1CP2微控制器作为CPU进行数字处理；选用LCD进行检测结果的显示。

图4 可触及部件绝缘阻抗测量原理

图5 电气安全检定仪功能结构

3 实验测试

3.1 漏电流和保护接地电阻的不确定度评定

本装置的主要测量参数为保护接地电阻、漏电流和绝缘阻抗等。由于绝缘阻抗的测试没有合适的被测件，所以对其不确定度暂不作评定。

3.1.1 对地漏电流不确定度评定

由于对地漏电流在0～100 μA测量范围内最大允许误差为±（2%量程+1）[8]，按均匀分布，则

此不确度分量为

对地漏电流测量重复性所引入的标准不确定度分量为

以上各不确定度分量独立不相关，所以合成标准不确定度为

则扩展不确定度U=kuC=4.0%（k=2）。

3.1.2 保护接地电阻不确定度评定

由于保护接地电阻在0～500 mΩ范围内，保护接地电阻最大允许误差不超过读数的±5%，按均匀分布，此不确定度分量为

保护接地电阻测量重复性所引入的标准不确定度分量为

以上各不确定度分量独立不相关，所以合成标准不确定度为

则扩展不确定度U=kuC=6.0%（k=2）。

3.2 重复性、稳定性验证

3.2.1 重复性验证

选择一台电气装备作为被检设备，重复检测对地漏电流、保护接地电阻等参数6次（只登记对地漏电流检测结果，其他参数与此相似，不再复述），测量结果见表1。

表1 对地漏电流检测结果

用观测值的实验标准偏差S6（I）表征其测量重复性，计算如下：

3.2.2 稳定性验证

检测装置开机预热0.5 h以上，对地漏电流测量条件：正常供电，且零线火线不反相。对漏电流值检测6次，用检测值的平均值Ii作为一次观测结果，每隔1个月以上观测1次，共测量4次，用4次观测值Ii的实验标准偏差Sm（I）定量表征所选参数测试的稳定性[8]，考察结果见表2。

表2 对地漏电流检测结果

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）

根据表2，4次测量的平均值为

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，副所长，高级工程师，主要从事军事医学计量的研究与管理工作，E-mail：jyz91572@sina.com。

250022济南，济南军区联勤部药品仪器检验所（江玉柱，井 赛）