第三节
测量绝缘电阻的仪表

兆欧表是测量电力设备绝缘电阻的专用仪表。1990年5月批准实施的JJG 662—89《绝缘电阻表（兆欧表）》已把它作为强制检定的仪表之一。

兆欧表按其产生的电压可分为100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V六种规格；按其结构可分为手摇式、晶体管式和数字式三种型式。常用国产兆欧表的型号列于表1-2中。在电力设备预防性试验中最常用的是2500V兆欧表。

兆欧表主要是测量被试绝缘体在直流高压下的泄漏电流值（微安级），而在表盘上反映出来的却是兆欧值，所以通常称之为兆欧表。现将各类兆欧表介绍如下。

一、手摇式兆欧表

手摇式兆欧表从外观上看有三个接线端子，它们是“线路”端子L——接于被试设备的高压导体上；“地”端子E——接于被试设备或外壳或地上；“屏蔽”（“护环”）端子G——接于被试设备的高压护环，以消除表面泄漏电流的影响。

兆欧表的内部结构主要由电源和测量机构两部分组成。电源为手摇发电机，测量机构是磁电式流比计。图1-12所示为兆欧表的原理接线图。图中R _V 为分压电阻；L _V 为电压线圈；R _A 为限流电阻；L _A 为电流线圈；R _x 为被试设备绝缘电阻。

当手摇转直流发电机手柄时，电压就加到两个并联的支路（即电流线圈L _A 和限流电阻R _A 支路及电压线圈L _V 和分压电阻R _V 支路）上。由于磁电式流比计的磁场是不均匀磁场，因此两个线圈所受的力与线圈在磁场中所处的位置有关。两个线圈的绕向不同，因而流过两个线圈的电流产生不同方向的转动力矩，M ₁ =I ₁ f ₁ （α），M ₂ =I ₂ f ₂ （α），在这两个力矩之差的作用下，可动部分旋转，使这时两个线圈所受的力也随着改变，一直旋转到力矩平衡时为止，即

或

即

所以

即偏转角只与电流的比值有关，故称为流比计测量机构。

在图1-12中，由于I ₂ 的大小决定于R _V ，I ₁ 的大小决定于R _A 和R _x 。并且 ， ，所以有

由式（1-7）可见，当兆欧表确定后，其R _V 和R _A 均为常数，故其指针的偏转角α只与电阻R _x 有关，而与手摇直流发电机的输出电压无关，因此直流发电机的转速对指针的偏转角α没有影响。实际上，当输出电压降低时，会降低电压线圈和电流线圈的力矩，影响兆欧表的灵敏度，所以要求直流发电机的转速尽量恒定，不得低于额定转速的80%。

当“线路”、“接地”端子间开路时，电流线圈L _A 中没有电流流过，只有电压线圈L _V 中有电流流过，于是指针按逆时针方向偏转到最大位置，并指“∞”，这种情况相当于被测电阻R _x 为无穷大。当“线路”、“接地”端子间短路时，两个并联支路内部都有电流流过，但这时流过电流线圈L _A 的电流最大，故指针按顺时针方向偏转到最大位置，并指示零值，即被测电阻R _x 为零。

当“线路”、“接地”端子间接上被测电阻R _x 时，并且R _x 的数值在“0”与“∞”之间，指针停留的位置由通过这两个线圈中的电流I ₁ 和I ₂ 的比值来决定。由于R _x 是串在L _A 支路中，故I ₁ 的大小随R _x 的大小而变，于是R _x 的大小就决定了指针的偏转角位置。

用标准电阻来刻度表盘，再用兆欧表测量被测电阻，根据表盘指示的读数，就能知道被测电阻的大小。

为了保证测量的准确性，在“线路”端子的外圈设有一个铜质的圆环，通常叫屏蔽环。有的专门设置一个“屏蔽”端子，直接与发电机负极相接，如图1-12（b）所示，以屏蔽表面漏电，使表面漏电不经过电流线圈而直接回到电源负极。

屏蔽的实际接线如图1-13所示。

当被试品绝缘电阻过低时，表内的电压降将使线路端子上的电压显著下降，这可从兆欧表的负载特性看出。所谓兆欧表的负载特性就是兆欧表所测得的绝缘电阻同端电压的关系曲线，如图1-14所示。

对于流比计测量机构的兆欧表来说，虽然其指针偏转角的大小仅与电流比 有关，与端电压无关。但是被试品的绝缘电阻与所加电压的高低有关。因此当兆欧表的端电压剧烈降低时，所测得的绝缘电阻值已经不能反映绝缘的真实情况了。同时，不同类型的兆欧表负载特性不同，故测出的数值也就不同。为了进行比较，最好在测量中用相同型号的兆欧表。

图1-15所示为现场常用的国产ZC-7型兆欧表的原理图，电源为永磁式交流发电机，转子是永久磁铁。当驱动转子达额定转速时，发电机输出的额定交流电压经二极管全波整流使倍压电容器充电，成为测量用直流电源。L _V 、L _A 的含义同前；L ₃ 绕在L _A 外面，与L _V 串联，缠绕方向与L _V 相反，于是两者的力矩相反，能起到调整刻度特性和稳定测量的作用，称为补偿线圈。

顺便指出，在国外，已对经典式手摇兆欧表进行了一些改革，主要有：

（1）将老结构的直流高压发电机改成交流低压发电机，只输出8～20V的交流电压，大幅度降低了电机的设计、工艺要求，省却了机械调速机构，因为即使手摇转速不匀，电压幅度的变化也不再是50V、100V，而只有1V、2V的变化。手摇得到的交流电压，只要经过整流，即可变为直流低压。再利用集成电路等新器件和新技术，保证和提高了电表电路中各点电压、电流参数的相对精度。

（2）将流比计表头用非均匀磁场的张丝电流表头代替。使工艺过程简化，现场使用的耐振性能极大提高，刻度特性提高，用已经印就刻度的表盘已可以实现。日本的YEW2404型手摇式兆欧表就属于这种类型。这种改革值得借鉴。

二、晶体管式兆欧表

20世纪50年代已有人开始研制晶体管式兆欧表，但由于当时高压整流元件不过关，所以没有推广开。20世纪60年代，随着半导体技术的迅速发展，硅整流二极管的大量应用，晶体管电路的广泛流行，使得小型、高效、低耗的晶体管直流变换器的规模生产得到了保证，于是在国外市场上涌现出大量多种型式的小型袖珍式兆欧表。

这类兆欧表都是用4～8节1.5V电池，即用6～12V的电源电压使一个直流变换器工作，通过电路的反馈、稳压，使输出的直流高压幅度的变化保持稳定，从而使测量机构有可能采用工艺简单的电流表头。同时也为扩展表的功能（如测量交流电压和测量表本身电池电压）提供了条件。由于这种表采用电池作为电源，所以也称为电池式兆欧表。

20世纪70年代以后，晶体管式兆欧表的功能日趋完善。有的可测兆欧值和交流电压值；有的可测兆欧值和欧姆值；有的有两档测试电压和兆欧值、欧姆值，还能表示电池电压足不足；有的还有表示相位正常与否的功能。尽管如此，也没能取代手摇式兆欧表。

我国生产的晶体管式兆欧表有ZC-13、ZC-14、ZC-30、GJC-2500、GJC-5000等型号。

图1-16示出了晶体管式兆欧表的接线原理图，在图中直流电压E _C 经电阻R ₁ 和R ₂ 的分压器供给晶体管VT _l 和VT ₂ 的基极偏压。E _C 接通后，由于对称接线的微小不平衡，例如VT ₁ 的集电极电流（即线圈N ₃ 中的电流）稍大于VT ₂ 集电极电流（即N ₄ 中的电流），变压器铁芯中有磁通出现。铁芯中的磁通在线圈N ₁ 和N ₂ 中产生感应电势，使VT ₁ 的基极电压进一步降低，而使VT ₂ 的基极电压升高，VT ₁ 迅速导通，而VT ₂ 迅速截止。线圈N ₃ 中的电流增大，线圈N ₄ 中的电流减小，铁芯中磁通增大。达到饱和状态时，感应电势消失，VT ₁ 的基极电流减小，铁芯磁通开始下降，在线圈中出现反向电势，使VT ₁ 截止，VT ₂ 导通。这个过程重复出现，产生振荡，在变压器的输出线圈上出现高电压。经过倍压整流，可得到5000V的直流电压，供测量绝缘电阻用。

三、数字式兆欧表

数字式兆欧表国外较多，图1-17所示为显示屏，其显示方式有液晶显示的LCD （耗电极省，多用于小型袖珍表上），也有发光二极管显示的LED （适宜于台式兆欧表，显示明亮，但耗电量也大）。数字显示屏上除了能最大显示 位数字外，还有测定单位（MΩ、V、kΩ）的显示、测试电压的显示。电池电压太低BATT会闪烁发光，过载或过欠都有报警信号，以便切换量程开关或自动转换量程，还能设定预置报警。在工艺上由于有微电子器件的应用，也发展了表面安装技术（SMT）。英国的BM11D型双显兆欧表，有一个三位数字显示，一条显示的弧形刻度及移动的显示指针，如图1-18所示。此外，测量通断时还会鸣叫；测容性试品时有自动放电电路；使用完毕一段时间不再使用时，仪表会自动关闭电源。各种功能不断完善，不断创新。从世界范围的发展趋势来看，在兆欧表的设计制造中，采用电子新技术的势头正方兴未艾。

目前，国内已研制出数字式兆欧表，并在现场使用，如GZ-2.5～5kV，GZ-5A、GZ 8型等，常用国产北欧表的型号及技术数据见表1-2。今后将在此基础上研制使用单片机的智能兆欧表，测量数据采集、计时、计算、打印自动化，测试电压为500～5000V，量程上限达5×10 ⁵ MΩ，可直接读取吸收比或极化指数。如苏州工业园区海沃科技有限公司最新生产的HVM-5000智能型兆欧表，输出电压500V、1000V、2500V、5000V四挡可供选择，短路电流大于5mA，最大量程500GΩ；可自动测量并计算吸收比和极化指数，同时测量被试品的电容量；判断吸收比结果不合格，则自动转入极化指数测试；具有很强的抗干扰能力，适合于500kV现场试验；采用交、直流两用供电方式，现场试验更方便；具有高强度外壳，防震防摔，可适合各种复杂现场。