作者：Littelfuse客戶經理Rambo Liu

高壓絕緣檢測的意義

新能源汽車、充電樁、光伏儲能等是直流高壓的典型應用，在異常情況下，如線纜老化破損、接插件進水、結構受損等都有可能導致絕緣降低殼體帶電的情況。高壓系統正極與負極對地絕緣降低時，高壓系統會通過殼體與地形成導電回路，造成接觸點的熱積累，嚴重時甚至會引發火災。因此實時監測高壓系統的絕緣性能對高壓產品以及人身安全都有重要意義。

什么是絕緣電阻？

在一定的條件下，處于兩個導體之間的絕緣材料的電阻。在電動汽車上，線束之間的良好的絕緣性能對車輛安全具有重要的影響。其中衡量電動汽車的絕緣性能的主要指標就是絕緣電阻

電動汽車相關標準要求

中國標準:

GB/T 18384.1-2015

電動汽車安全要求第1部分：車載可充電儲能系統（REESS）

GB/T 18384.2-2015

電動汽車安全要求第2部分:操作安全和故障防護

GB/T 18384.3-2015

電動汽車安全要求第3部分:人員觸電防護

GB/T 18384-2020

電動汽車安全要求（替代GB/T 18384.1、GB/T 18384.2、GB/T 18384.3）

QC/T 897-2011

國外標準:

UN GTR NO.20（Global Technical Regulation No. 20）

觸電造成的人體傷害分為電傷和電擊。電傷是指人體外表局部直接或間接地受到電流的傷害，形式有灼（燒）傷、電烙印、皮膚金屬化等。電擊是指電流通過人體內部時，人體的內部器官（如心臟等）受到的傷害，它是最危險的觸電傷害。

人體作為一個“導電體”，接觸到帶電導體時，如果流過的電流為40-50mA，且維持時間為1s，就會對人體產生電擊傷害。人體電阻模型復雜，我國制定接地設計相關標準和規程時，給出的人體阻值范圍是1000-1500 Ohm。人體能承受的交流峰值不超過42.4V ，直流電壓不超過60V。

觸電分為直接觸電和間接觸電。直接觸電是指人員直接接觸電氣設備的正常帶電導體而造成的觸電。直流充電樁采取的基本絕緣設計可防止這一點。間接觸電是指因電氣設備的內部絕緣故障造成的、正常情況下不帶電的金屬外殼等外露可導電部分帶有危險電壓，一旦人員觸及故障設備的外露導電部分時造成的觸電。直流充電樁是I類設備，在交流側可有效防止間接觸電。

絕緣電阻的測量方法

包括直接法、比較法、自放電法。直接法就是直接測量施加在絕緣電阻兩端的直流電壓U和流過絕緣電阻的電流I，根據R=U/I計算得出。根據測量儀器的類型分為歐姆表、檢流計、高阻計。比較法是指與已知標準電阻比較，常用有電橋法和電流比較法。電橋法是在直流充電樁中常用的方法。自放電法是讓通過絕緣電阻的泄漏電流對標準電容充電，測出充電一定時間和標準電容兩端的電壓和電荷。自放電法和信號注入法類似。

平衡電橋檢測法

如下圖所示，其中Rp為正極對地阻抗，Rn為負極對地阻抗，R1與R2阻值相同為限流大電阻，R2與R3阻值相同為電壓檢測小電阻。

在系統正常時，Rp與Rn為無窮大，檢測電壓V1與V2電壓相等，通過R1與R2分壓可以算出正極電壓，從而推算出總的母線電壓Vdc_link。

在正極絕緣故障時，Rp阻值下降，Rp與(R1+R2)構成并聯電阻，此時正極分壓減少，即V1小于V2，根據基爾霍夫電流定律，通過V1與V2可以算出此時的絕緣阻抗Rp的值，關系式如下。

負極絕緣阻抗出現故障時的算法一樣。

從上面可以看出，平衡電橋法適用于單極失效的情況，當正負極同時出現絕緣阻抗失效時就沒辦法分辨出此時的絕緣阻抗值，有可能會出現絕緣檢測未能及時發現的現象。

不平衡電橋檢測法

不平衡電橋法是由內部兩串阻值相同的接地電阻，通過電子開關S1與S2不同開合，改變檢測時所對應的接入電阻，從而計算出正負極對地阻抗。

當開關S1與S2同時閉合時，與平衡電橋法一樣，可以算出母線電壓Vdclink。

當開關S1閉合，S2斷開時，(R1+R2)與Rp并聯，然后與Rn串聯構成回路，根據基爾霍夫電流定律。

當開關S1斷開，S2閉合時，(R3+R4)與Rn并聯，再與Rp構成串聯回路，根據基爾霍夫電流定律。

因此通過上述3種開關的開合順序，可以算出接地絕緣阻抗Rp與Rn的值。此方法需要母線電壓穩定之后測得的數據才準確，同時對于開關的切換母線電壓對地會有變化，需要一定時間間隔，因此檢測速度稍慢一些，不平衡橋法是高壓檢測中比較常用的方法，這里再介紹一種絕緣檢測方法。

基于漏電流原理的檢測

該檢測方法共用一個電壓采樣點，對于母線電壓Vdclink要單獨設置采樣點，可以利用系統現有的采樣信號。

通過系統讀取Vdclink參數。

閉合開關S1與S3，斷開開關S2，此時Rp與(R1+R3+R4)并聯，之后與Rn串聯構成回路，根據基爾霍夫電流定律。

閉合開關S2與S3，斷開開關S1，此時RN與(R2+R3+R4)并聯，之后與RP串聯構成回路，根據基爾霍夫電流定律。

因此通過上述3個開關的開合順序調整，可以計算出接地絕緣阻抗Rp與Rn的值。

絕緣檢測固態繼電器SSR

固態繼電器SSR作為半導體器件，具有尺寸小、不受磁場干擾、低驅動信號、無觸點顫動、無機械老化、高可靠性等優點，廣泛應用于安防市場，如被動紅外檢測、門鎖、告警面板、門窗感應器等。以及智能電表監測，包含有功功率、無功功率、任務切換、報警輸出、執行驅動、限制功耗等。同時也適用于高壓絕緣檢測、采樣以及電壓平衡等作為電子切換開關。

如下為Littelfuse固態繼電器部分產品系列，其中工作電壓有400-800V，原邊采用光耦驅動信號為2-5mA，副邊采用反串聯MOSFET，交直流負載都可使用，絕緣耐壓3750-5000V實現良好的一二次測隔離。

審核編輯：湯梓紅