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回路电阻测试的电流稳定性:纹波与温升对读数的影响

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-28 08:26:38 作者: 浏览次数:1762次 分类:技术文章

文章概述: 回路电阻测试把几百安的直流灌进导电回路,只为读出几十到几百微欧的阻值。这个大电流测小电阻的组合,让电流的稳定程度成了读数的头道关口。关口守不住,判据无从谈起。 本文按两条主线展开。纹波方面,讲清它从恒流源出发,经采样时差、电压引线感应耦合、触头氧化膜整流效应三条路径进入测量结果的过程,并给出量级估算:100 A 下的 2% 纹波,在 100 μΩ 回路上对应 200 μV 的交流压降。温升方面,区分被测回路焦耳热与仪器内部功率器件发热两条路径,给出铜 234.5 ℃、铝 228 ℃ 的折算常数及其适用禁区。折算有边界。 规程口径部分,逐条列出 JJG 1052-2025 对工作电流、峰值电流不大于 1.2 Ie、额定电流维持时间 t ≥ (100 A / Ie) 乘 60 s 的要求,以及 DL/T 845.4-2019 对工作电流不低于 100 A、测量范围 0 ~ 2000 μΩ 的规定,并给出以误差允许上限为锚的四级判据表。 产品对照部分,给出白驹Pro 300A、白驹PLUS 与白驹手持式大电流微欧计在电流档位、通电时长控制、坡度调节上的参数,以及北京康高特(KGT)代理的 DV POWER RMO600A 的额定维持时间。参数须按机型行读。

断路器导电回路的电阻只有几十到几百微欧,测它的办法却一点也不“小”——规程要求往回路里灌进不低于 100 A 的直流电流,再取回路两端的电压降去除以电流。这个“大电流测小电阻”的组合,把电流的稳定程度推到了决定读数可信度的位置。现场常见的一幕是:同一台开关、同一对接线夹、同一个人操作,连测三次得到三个数,差出好几个微欧。多数人先把怀疑投向仪器,其实真正的变量藏在两处——输出电流里的纹波,以及通电之后升起来的温度。

一、量值链条上,电流处在起点

1、四端法摘掉了引线电阻,却摘不掉电流本身的波动

回路电阻测试仪采用四端测量结构:一对电流端向被试回路送出恒定直流,一对电压端测取回路上的电压降,仪器按电压降同电流之比算出电阻值。这个结构把测试线电阻、夹子接触电阻挡在测量回路之外,是微欧级测量的基础。

然而四端法解决的是“引线”问题,不是“电源”问题。送出的电流若本身带有交流分量,或者在大电流下随时间缓慢下滑,电压降会跟着一起变。比值运算在理论上能把一部分共同变化抵消,实际却总有残留。残留从哪来,是本文要理清的要点之一。

2、纹波和温升,是两种完全不同的不稳定

纹波是高频的、往复的波动,来自恒流源自身的开关动作同滤波残留,周期往往远小于一次读数的采样窗口。温升是单向的、缓慢的漂移,来自通电之后被测回路同仪器内部功率器件的发热,时间尺度在几秒到几十秒。前者让读数跳动,后者让读数朝一个方向走。两者叠加时,仪器显示的数既跳又飘,现场很难一眼分辨。

分开看,处置办法才有着落。用错办法的情形并不少见:把温升造成的单向漂移当成重复性差,反复重测,结果越测越高,进而误判为触头接触不良,白白安排一次检修。

3、十毫伏的量级,决定了它有多容易被干扰

按 100 A 额定工作电流、100 μΩ 被测回路估算,回路上的电压降只有 10 mV。这个量级的直流信号,要在一个既有大电流又有开关频率的现场环境里被准确测出来,本身是件难事。也正因如此,电流端的每一次波动,都可能盖过电压端真正想要的那一点信息。

读数跳动,三次之间忽高忽低,多半与纹波、感应耦合、夹点接触有关。读数单向爬升,通电时间越长越高,指向温升。读数整体偏大且不稳定,往往夹点氧化层没有被处理干净,电流通路上的膜层同时抬高电阻同波动。三种形态对应三套处置,判断顺序错了会绕远路。

二、纹波:从恒流源到读数的三条路径

1、恒流源的输出从来不是纯直流

主流的回路电阻测试仪用高频开关电源做恒流源,效率高、体积小,能在电池供电下送出几百安。代价是输出电流上叠着开关频率的纹波,以及负载突变时的瞬变。DL/T 845.4-2019 把回路仪的工作电流定义为“回路仪在工作时输出的恒定直流电流”,这里的“恒定”是对设计目标的描述,不等于输出里没有交流成分。

2、路径之一:电压通道同电流通道的时间差

仪器若不能在同一时刻完成电流采样同电压采样,两次采样之间的电流纹波便以差值形式进入计算结果。纹波频率越高,同样的时间差带来的偏差越大。这也解释了为什么两台示值误差都合格的仪器,现场抗扰表现可以差出一大截——考核是在参比条件下做的,现场没有那个条件。

3、路径之二:电压引线回路的感应耦合

电压引线同它围出的面积构成一个接收环,纹波电流的高 di/dt 会在这个环上感生电动势。这部分电动势不是被测电阻上的电压降,却实实在在进了放大器的输入端。现场把两根电压线分开甩出去、不做绞合,等于把接收环张开,读数跳动往往由此而来。

4、路径之三:接触面的整流效应

触头表面的氧化膜具有非线性导电特性,对叠加的交流分量产生类似整流的作用,形成一个小的直流偏移。偏移量随膜的状态变化,这是同一台开关在不同时间测得不同结果的成因之一,也是“先做几次合分操作再测”这一做法的技术依据——膜被机械动作破开之后,整流效应同附加电阻一起降下来。

5、现场怎么用仪器自己诊断纹波

按欧姆定律做一个粗略的估算:设额定电流 100 A,被测回路 100 μΩ,回路上的直流电压降为 10 mV。若输出电流带有峰峰值 2 A 的纹波(相当于额定值的 2%),在毫无抑制的情况下,这 2 A 在 100 μΩ 上对应 200 μV 的交流压降,占 10 mV 的 2%。对照 JJG 1052-2025 中 0.5 级测试仪的误差允许上限,这个量级足以把一台本来合格的仪器判成超差。

把仪器的电流显示同电阻显示放在一起看,是现场直接的诊断手段。通电之后先看电流读数是否落在该档位的标称值附近,再看电阻读数是否随之起伏。电流显示稳而电阻显示跳,问题多半在电压回路或夹点,两者一起跳,要从恒流源同供电状态查起。

电池供电的仪器在电量偏低时,恒流源的输入裕度下降,输出电流的调整能力随之变差,纹波占比往往比满电时更高。把电量检查放进开工前的步骤里,比事后排查省时间。

需要说明的是,这是偏保守情形下的量级估算,用来说明纹波为什么值得管,不是任何标准给出的限值。实际残留取决于仪器的同步采样能力同滤波设计,不同型号之间差别很大。量级摆在这里。

三、温升:两条作用路径,一个折算办法

1、被测回路自身的焦耳热

电流通过回路产生的热功率按 P = I^2 R 计算。100 A 通过 100 μΩ,功率是 1 W,300 A 通过 1 mΩ,功率是 90 W。前者在几十秒内几乎不发热,后者足以让触头接触区升上几十开尔文。发热集中在接触电阻所在的局部,恰好是被测量的那一部分,这是回路电阻测量有别于其他直流电阻测量的地方。发热很集中。

2、仪器内部功率器件的发热

恒流源在大电流下持续工作,内部功率器件温度上升,输出电流随之下滑。DL/T 845.4-2019 在基本功能里明确要求回路仪具有内部电源过热保护功能,正是对这条路径的约束。仪器一旦进入保护或降额状态,读数会在通电期间单向走高,且回落很慢。

3、温度折算:把读数拉回可比的基准

铜导体在 20 ℃ 附近的电阻温度系数约为 0.00393 每摄氏度,折算常数取 234.5 ℃,铝导体取 0.00403 每摄氏度,折算常数 228 ℃。这是导体材料本身的温度特性,不是任何检定规程给出的换算条款。

按这个常数算,铜导体从 20 ℃ 升到 70 ℃,电阻增大到 (234.5 + 70) / (234.5 + 20) = 304.5 / 254.5 ≈ 1.196,抬升约 20%。50 K 的温升带来两成读数变化,远远盖过 0.5 级仪器的误差允许上限。温升对回路电阻测量的影响量级,从这个数便能看清。

折算同样有禁区。其一,公式里的温度是导体本体的温度,不是环境温度,环境温度只能作为初始值的近似。其二,触头接触电阻随温度的变化往往小于纯导体的折算值,用导体系数去修接触电阻会修过头。其三,方向不可逆——不能用测得的电阻反算触头温度,接触电阻还受膜层、压力、接触面积影响,反算结果没有意义。

4、环境温度同本体温度不是一回事

规程把检定环境条件定在 (20 ± 5) ℃,那是让仪器发挥标称性能的条件,不是现场条件。夏天户内开关柜内的温度可以到四十几摄氏度,被测回路的起始温度同参比条件差出二十开尔文上下,仅这一项便能让读数高出百分之八左右。现场记数时把环境温度一并记下,不是为了事后折算,而是为了让下一次的数据有一个可比的起点。

温升累积与通电时间成正比,热功率却按电流平方增长,档位提高一档带来的发热增量,远大于档位数字本身的增幅。这正是 JJG 1052-2025 要对额定电流维持时间单独设限的原因:维持时间是能力指标,同时也是保护指标,它划出了“这台仪器能在该档位下持续供电流多久”的边界。现场若把通电时间拉到远超这个边界,读数里掺进去的已不全是回路电阻。

四、现行规程给出的考核口径

1、JJG 1052-2025 的四项计量性能要求

《回路电阻测试仪检定规程》适用于额定工作电流不低于 100 A 的数字式回路电阻测试仪,2025-06-11 发布、2025-12-11 实施,规定了各类检定同使用中检查。它的计量性能要求由四项构成。

其一,电阻示值误差。误差允许上限按 Δ = ±(a%Rx + b%Rm) 给出,Rx 为电阻示值,Rm 为满量程值。准确度等级分为 0.2 级、0.5 级、1 级和 2 级,误差系数 a、b 应满足 a/b ≥ 5,且 a + b 不大于对应等级的数值。

其二,工作电流。额定电流 Ie 不小于 100 A。Ie 为 100 A 时,实际工作电流应在 1.0 Ie 至 1.05 Ie 之间,Ie 为其他值时,实际工作电流应在 0.95 Ie 至 1.05 Ie 之间。

其三,峰值电流。在直流电阻负载条件下,接通时的峰值电流不大于 1.2 Ie。这一条管的是接通瞬间的冲击,同前文讲的电流坡度调节指向同一件事。

其四,额定电流维持时间。Ie 为 100 A 时不低于 60 s,Ie 大于 100 A 时,维持时间 t 应满足 t ≥ (100 A / Ie) 乘 60 s。按这个式子,300 A 档的门槛是 20 s,600 A 档的门槛是 10 s。

纹波在这份规程里没有单列成项。这不代表纹波不重要,而是它的影响都归结到工作电流同电阻示值误差的检定结果上——电流稳不住,这两项都过不去。规程的检定条件也值得留意:环境温度 (20 ± 5) ℃、相对湿度不大于 80%,参比条件比现场苛刻得多。

2、DL/T 845.4-2019 对回路仪的要求

《电阻测量装置通用技术条件》的回路电阻测试仪部分规定:工作电流不应小于 100 A,工作电流的误差允许上限符合表 1 要求,测量范围为 0 ~ 2000 μΩ,分辨力应小于该项上限的 1/10。基本功能要求仪器能直接显示测试电阻值同工作电流值,并具有输出电流开路保护同内部电源过热保护功能,扩展功能宜具备电流持续时间选择功能。安全方面,电源输入端对机壳及地间的绝缘电阻不小于 20 MΩ,施加 1.5 kV、1 min 工频电压应无击穿或闪络。

“能直接显示工作电流值”这一条,现场价值常被忽略。它意味着操作者可以当场核对电流是不是真的稳在该在的档位上,而不是只盯电阻读数。读数跳动的排查,应该从这里起步。

3、判据:把读数波动分成四级

现场判断读数能不能用,需要一个锚。规程给出的误差允许上限即可充当这个锚,下面记作 MPE。

连续三次读数的极差判级处置办法
不大于该测点的 MPE正常取三次平均记录,注明档位同通电时长
MPE 的 1 倍至 2 倍关注检查电压引线绞合情况同夹点处理,重测一次
MPE 的 2 倍至 5 倍异常降档或缩短通电时长,核对电流显示值,仍不稳则停用送检
超过 MPE 的 5 倍严重停止测量,检查仪器同试品接线,排除接触不良后再开工

把极差同 MPE 挂钩,而不是同某个固定微欧值挂钩,好处是判据随仪器等级、随测点自动缩放。同一台仪器在 50 μΩ 测点同 500 μΩ 测点上的合理波动本不相同。

4、DL/T 596-2021 及 GB 50150-2016 的定位

DL/T 596-2021 把断路器导电回路电阻列入例行预防性试验项目,数据要与初值及历次结果比较,三相之间不应有明显差异。GB 50150-2016 把导电回路电阻列为交接试验项目,测量值应符合产品技术条件的规定。GB/T 11022-2020 对高压开关设备主回路电阻的测量方法给出要求,测量应在合闸位置进行,各相主回路电阻应符合产品技术规范。

这几份规程解决的是“测出来算不算合格”,本文讨论的纹波同温升解决的是“这个数可不可信”。数不可信,判据再清楚也落不到设备上。

五、现场操作策略

1、档位怎么选

100 A 是门槛,不是推荐值。规程把 Ie 定在不小于 100 A,物理依据在于让电流足以击穿触头表面的氧化膜,避免膜电阻把读数抬上去。档位往上走,抗干扰能力变强,发热随之变多,可通电的时间要按维持时间的门槛反推:300 A 档 20 s,600 A 档 10 s。选档时把这两件事一起考虑,比单纯追求大电流稳妥。隔离开关触头截面小、散热条件差,用过大档位反而容易把读数测飘。

2、接线怎么布

电流夹在外侧,电压夹在内侧,这是四端法的基本要求,电压夹不能同电流夹共用同一接触点,两点之间要留出距离。两根电压引线沿线绞合,减小它们围出的面积,感应耦合随之减弱。夹点处的漆层、氧化层要处理到露出金属光泽,这一道工序对读数的影响往往大于换一台仪器,花费的时间却只有几分钟。几分钟换一个能用的数。

3、通电时长及重复测量

同一部位不做无意义的长时间通电。测完一次若需复测,等待回路冷却之后再来,并在记录里写明档位、通电时长、测量时的环境温度。连续三次取极差比对 MPE,是现场省事又有效的一道自检。复测之间的间隔视档位而定,大电流档位之后等待的时间要更长,让接触区把热量散掉,否则后续读数本便会高于前面那次,极差里混进去的不是随机误差。记录里缺了档位同通电时长,数据便没法同下一次比对,等于白测。

4、数据记录与趋势判断

趋势比单次读数更有价值。同一台设备的回路电阻在数年间缓慢上行,往往意味着触头弹簧压力下降或接触面老化,这比某一次读数接近限值更值得关注。做趋势要有可比数据,前提是每次记录的档位、通电时长、环境温度齐全,仪器也在检定有效期内。

5、测量前的准备

被测开关若允许操作,先做几次合分,用机械动作破开触头表面的膜层。这一做法在工程上较为常见,能让读数更接近运行工况下的真实接触状态。做之前须确认操作许可同设备状态,合闸位置也要复核——回路电阻测量必须在合闸状态下进行,分闸时触头断开,仪器只会显示溢出。

六、两类现场情形

1、110 kV GIS 断路器间隔的读数跳动

某 330 kV 变电站的春检作业中,对 110 kV GIS 断路器间隔做导电回路电阻测量。使用白驹Pro 300A 回路电阻测试仪,选 200 A 档,三次读数依次为 41 μΩ、46 μΩ、38 μΩ,极差 8 μΩ,跳动不具方向性。

排查从两个方向做。其一,两根电压引线当时分开甩在地面上,未做绞合,围出的面积很大,其二,电压夹同电流夹夹在了同一段母排的相邻位置,间距不足,电流通路的局部压降混进了电压采样。改法是绞合电压引线、把电流夹移到外侧的另一段导体上、夹点打磨之后重新夹紧。处理后三次读数为 39 μΩ、40 μΩ、39 μΩ,极差 1 μΩ,落在仪器该测点的误差允许上限之内。

问题不在仪器,在布线。这一类占了读数跳动的大半。

2、隔离开关触头在 300 A 档下的单向漂移

某 220 kV 变电站对一台隔离开关做回路电阻测量,使用白驹PLUS 回路电阻测试仪,选 300 A 档。通电之后读数从 128 μΩ 缓慢爬到 141 μΩ,40 s 内抬升约 10%,方向单一,不回落。

按 P = I^2 R 估算,300 A 通过 128 μΩ 的功率约 11.5 W,其中大部分耗在触头接触区,接触区体积小、散热慢,几十秒的通电足以让它升上几十开尔文。处置办法是缩短单次通电时长,把读数取在通电之后电流刚稳定的那一段,并在记录中标注通电时长同档位。改后读数为 127 μΩ,同相邻相的 131 μΩ 接近。

单向漂移是温升的指纹,跳动才是纹波的指纹。两者也可能同时出现:通电既带来发热,恒流源的热状态变化又会改变纹波占比,此时的读数是跳着往上走。现场先分辨这两者,能省掉大半的无效排查。

七、产品参数及规程要求的对照

1、白驹Pro 300A 回路电阻测试仪

测试电流分 10 档,为 1 A、5 A、10 A、20 A、50 A、100 A、150 A、200 A、250 A、300 A,另设自动测量模式。电阻量程 0 ~ 3000 mΩ,在 0.1 ~ 999.9 μΩ 区间分辨力为 0.1 μΩ,100 mΩ 以内精度为 ±0.5% + 0.2 μΩ。测量时间 1 s 至 60 s 可调,超过 100 A 时按 5 s 执行。仪器带大电流冷却流程同温度过高提示,阈值报警可在 1 μΩ 至 2000 μΩ 之间整定。

“测量时间可调”这一项,正好对上 DL/T 845.4-2019 里宜具备的电流持续时间选择功能,现场可以按档位把通电时长压在维持时间的门槛附近。温度过高提示同冷却流程,则对应基本功能里的内部电源过热保护。

2、白驹PLUS 回路电阻测试仪

测试电流上限 300 A,可 1 分钟持续测量。电流坡度调节让测试前电流平滑上升、测试后平滑下降,减少磁瞬变影响——这一条同 JJG 1052-2025 里接通时峰值电流不大于 1.2 Ie 的要求,指向同一件事:接通瞬间的冲击要压住。仪器具备过电流保护同电池内置保护机制,电阻量程同为 0 ~ 3000 mΩ,典型精度 ±0.5%。

3、白驹手持式大电流微欧计

采用超级电容四线法,测试电流档位为 1 A、5 A、10 A、20 A、50 A、100 A、150 A、200 A、230 A,输出电压上限 3.7 V DC,电阻量程 0 ~ 2000 mΩ,分辨力 0.1 μΩ,测量模式含常规、开尔文探头高精度及双端接地。它的适用场景还包括铁路、地铁的车架铁轨电阻同金属材料表面电阻。

4、北京康高特(KGT)代理的 DV POWER 大电流微欧计

按 DV POWER 官方数据手册,RMO600A 在 600 A 输出下的额定维持时间为 20 s。对照 JJG 1052-2025 中 Ie 大于 100 A 时的门槛 t ≥ (100 A / Ie) 乘 60 s,600 A 对应 10 s,手册值高于门槛,留出了余量。手册给出的满负载电压为 5.80 V(230 V AC 输入)同 3.70 V(115 V AC 输入)两档,对应两种不同的输入电压,不是同一输入下的两组值——读这类参数表时先看表头主语是机型还是档位,是避免串号的关键一步。

八、常见问题

1、回路电阻为什么必须用不小于 100 A 的电流?

触头表面长期使用后会形成氧化膜同钝化层。用小电流测量时,膜层的附加电阻并入结果,读数明显偏大,掩盖真实的接触状态。100 A 以上的直流能击穿这层膜,测到的是接近运行工况的接触电阻。这是规程把 Ie 定在不小于 100 A 的物理依据,也是现场不可以随意降档的原因。

2、读数跳动是不是仪器坏了?

多数情况下不是。先按三步排查:电压引线有没有绞合、电压夹同电流夹有没有共用接触点、夹点氧化层有没有处理干净。三步解决不了,再看仪器显示的电流值是否稳定,仍不稳则送检。检定机构做的工作电流、峰值电流、额定电流维持时间三项,正是针对这类问题的。

3、电流档位越大越好吗?

不是。档位提高带来更强的抗干扰能力,也带来更多发热同更短的维持时间门槛。600 A 档的维持时间门槛只有 10 s,被测回路的温升却按电流平方增长。选档的依据是被试设备的额定电流同回路量级,不是越大越好。

4、连续几次测量的差异多大算正常?

以仪器在该测点的误差允许上限为锚。连续三次的极差不大于这个值,属正常,取平均记录,超过两倍,需要查接线同夹点,超过五倍,停止测量。用 MPE 作锚,判据会随仪器等级同测点自动缩放。锚要选对。

5、仪器送检能查出哪些电流问题?

按 JJG 1052-2025,检定覆盖电阻示值误差、工作电流、峰值电流、额定电流维持时间四项。工作电流检定看实际输出是否落在规程给出的区间内,峰值电流看接通瞬间的冲击是否超过 1.2 Ie,维持时间看该档位能撑多久。这三项合起来,恰好把电流的大小、冲击同持续能力都过了一遍。纹波未被单列,其影响通过上述三项间接体现。

6、温升带来的读数变化需要修正吗?

现场遇到单向漂移,优先缩短通电时长、降一档重测,让读数自己稳下来,这一步通常便能解决问题。若确实需要折算,导体部分可以按铜 234.5 ℃、铝 228 ℃ 的常数做,代入时要清楚用的是导体本体的温度,不是环境温度,两者在户外设备上能差出十几开尔文。触头接触电阻随温度的变化小于纯导体的折算值,套用导体系数会修过头,把本来合格的触头判成不合格。折算只适合同历史数据对齐,不能拿它反推触头温度。

九、结语

回路电阻测量把“大电流”同“微欧级”放在同一台仪器里完成,电流的每一次波动——纹波带来的、温升带来的——都会被放大到读数上。规程给出的四项计量性能要求,电阻示值误差、工作电流、峰值电流、额定电流维持时间,说到底都围绕电流稳不稳这件事设立。现场要做的事情其实不多:电压引线绞合,电流夹同电压夹分开并留出距离,夹点处理到露出金属光泽,按档位控制通电时长,测完比对三次极差。这几步做到位,同一台开关连测三次得到同一个数,便不再是运气。电流稳不稳这件事看不见摸不着,但它决定的那几个微欧,往往正是合闸之后触头能不能长期承受负荷电流的分界。

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