CN102061940A - 用于检测动力电缆差模漏电流的馈电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明介绍一种用于检测动力电缆差模漏电流的馈电传感器，它包括信号处理电路和感应电极，所述感应电极为二个且分别连接在信号处理电路内差动放大器的正、负极上，所述信号处理电路用于对感应电极采集的漏电流信号进行转换处理并输出馈电信号。本发明的传感器装置抗干扰能力强、灵敏度较高，而且使用方便，特别是在感应电极上采用了防干裂抗横向撕裂的高温太阳能专用防水密封胶密封探测电极的金属片，可保证系统在矿井高粉尘、高污染、高电解质污水里侵泡使用。

Description

用于检测动力电缆差模漏电流的馈电传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器检测装置，尤其是一种在煤矿井下用于检测动力电缆上差模漏电流的的馈电传感器，该传感器主要用于实时监控井下动力电缆上的馈电状态，并可以防止人员人为的关闭动力电源。

 

背景技术

按照国家煤矿安全法规，煤矿等高危矿井下必须在动力设备的馈电端安装馈电状态传感器，以便实时监控井下动力设备电缆上的馈电状态，防止发生触电或人为关闭动力电源的情况。

目前国内用于煤矿井下检测的馈电传感器主要有两类：

一类为插入型有损检测式馈电状态传感器：此类馈电传感器相当于一只带信号输出的数字电压表，这种传感器在安装时直接与动力设备上的电缆接触，由于动力设备电缆工作时都是带电的，因此安装过程中必须先将动力设备断电，然后将检测位置的电缆剥开，把传感器的探头连接电缆内的铜线上，连接好后在传感器的外部还需要用隔爆箱密封隔断。这种传感器的安装过程非常繁琐，特别是将动力设备断电后对生产的影响很大，而且由于隔爆箱的体积和重量都较大，因此在矿井下安装时，传感器的检测位置受到的限制较大，需要预先预留安装位置并设计复杂的安装方案，而且安装后移动性很差，使用也不方便，需要根据不同电压调整衰减度，不适合在已经架设的动力线路上安装使用。

还有一类是基于电缆外部电场单金属片探测场控型馈电状态传感器：该型传感器可以直接探测馈电电缆与大地之间的电场，用场控器件把电场转换成信号电流作为馈电状态指示。虽然这种传感器使用较方便，但抗干扰能力很差，灵敏度也很低，它不仅受动力电缆供电电压的影响，也受平衡性的影响，使用时需要现场适配调整。此外，由于矿井下潮湿和粉尘还会旁路电缆外部电场，防水防尘矛盾很突出，用单金属片对地作电场探测，在矿井复杂的电磁环境下，会捡拾很多工频杂散信号，很难将其滤除，如果只靠调整灵敏度来抑制干扰，不确定性很强，效果也很差。

 

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明的主要目的在于解决目前煤矿井下使用的馈电传感器在安装时必须将动力电缆断电，导致井下正常生产受影响的问题，并克服目前传感器装置安装后检测位置相对固定，使用不方便的缺陷，而提供一种安装、使用方便，抗干扰能力强、可靠性较好的差模漏电流馈电传感器。

本发明的技术方案：用于检测动力电缆差模漏电流的馈电传感器，其特征在于，包括信号处理电路和感应电极，所述信号处理电路包括依次连接的差动放大器、后置放大电路、前置滤波电路、光电耦合隔离器、二值化电路、数字滤波电路、回差整形电路、波形变换电路和恒流产生器，所述感应电极为二个且分别连接在信号处理电路内差动放大器的正、负极上，所述信号处理电路由本安电源供电；检测时，二个感应电极的探头均连接在待检测动力电缆的表皮上并采集漏电流信号，所述漏电流信号通过差动放大器输入信号处理电路，所述信号处理电路对漏电流信号进行转换处理后输出恒流馈电信号至中心分站。所述恒流馈电信号被输入到中心分站后由工作人员进行分析和判别，工作人员通过中心分站能直观的看到动力电缆上的漏电流馈电状态，所述的馈电状态包括电缆上有无电压的提示以及动力设备是否处于工作状态的提示。

本发明的馈电传感器是专门为煤矿井下动力设备的电缆检测而设计的，具有很强的针对性，它与普通的电流检测传感器的区别在于使用环境非常特殊，需要考虑到煤矿井下特殊的地质环境，例如矿井通道较窄，体积较大的设备在安装使用时很不方便；井下的各种污水对电器的腐蚀和干扰非常大，容易影响检测结果；动力设备必须长时间持续工作，因此在安装时不能将动力设备的电源关闭等。因此普通的电流传感器在这种特殊的地质环境下难以正常使用，而本发明传感器不仅结构简单、使用方便，还可以任意移动检测不同位置的电缆，而且不影响动力设备的正常工作，具有极强的抗干扰能力和可靠性，能够满足井下动力设备电缆检测的需求。特别是在检测时，感应电极只需要紧压在动力电缆的表皮即可，不需要将动力电缆割破后再连接，这样极大的提高了检测时的安全性，降低了人员触电的风险；输出的恒流馈电信号相对于普通传感器采集的信号而言也更加稳定，提高了检测的准确性，能基本上避免工作人员由于信号不稳定而造成的对井下情况错判的事故。

进一步，本发明中所述感应电极采用金属材质的探测压片，在所述感应电极的探测压片上还涂有防水密封胶层。所述金属材质的探测压片在检测时不需要将电缆剥开后再连接，只需将其压在电缆的表面即可产生感应电流，因此使用时非常安全、方便，涂刷在感应电极表面的防水密封胶层可以阻隔矿井内的腐蚀性污水等对电极的干扰，对电极起到保护作用，有利于提高感应电极的灵敏度。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、安装、使用方便：本发明的馈电传感器无需固定在特定的安装位置，也无需安装隔爆箱来隔绝防护，因此极大的简化了操作，而且检测时可随意将感应电极连接在既设动力电缆的各个位置的外表皮上，安装、拆卸都很方便，非常适合在狭小的空间使用；特别是在安装连接的过程中，不需要将电源关闭使设备停机，可以直接在设备运行状态下进行检测，保障了生产作业的正常进行，检测时的安全性也大幅度提高。

2、抗干扰能力强：由于采用了紧耦合的双金属片作为感应电极，检测时双金属片与电缆以及信号处理电路共同构成自封闭回路，检测信号直接通过信号处理电路上的差动放大器对电缆外表皮上泄漏电流进行差动放大，从而有效的抑制了外部共模干扰，并且在灵敏度和选择性之间实现了平衡；在本发明的信号处理电路中还引入了快速收敛的数字滤波带通算法，这种算法能对低频和高频干扰都产生较为全面的抑制作用，降低了系统检测的误报和漏报率。

3、本发明采用了防干裂抗横向撕裂的高温太阳能专用防水密封胶密封探测电极的金属片，可保证系统在矿井高粉尘、高污染、高电解质污水里侵泡使用。

 

附图说明

图1为本发明馈电传感器使用状态的结构示意图。

图中，1—信号处理电路，2—感应电极，3—动力电缆，4—中心分站，5—本安电源。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于检测动力电缆差模漏电流的馈电传感器，包括信号处理电路1和用于采集动力电缆3上漏电流信号的感应电极2，所述感应电极2采用紧耦合的金属材质探测压片结构，在感应电极2的探测压片的外侧还涂有防水密封胶层，本发明的感应电极2为二个且分别连接在信号处理电路1内差动放大器的正、负极上；在检测时，将二个感应电极2的金属探测压片分别紧密压在被探测动力电缆3的外表皮两个分开的探测点上，这时动力电缆、二个感应电极2以及信号处理电路1共同形成封闭回路，感应电极2检测到动力电缆3内部泄漏的差分漏电流信号并将其传导给信号处理电路1，所述差分漏电流信号先由信号处理电路1上的差动放大器进行差分放大，再依次经过后置放大、前置滤波、光电耦合隔离和混合处理后形成频率为100Hz的转换信号，这个转换信号再依次经过二值化、数字滤波、回差整形、波形变换处理后，驱动信号处理电路1内的恒流产生器产生1mA（无动力电时）或5mA（正常馈电时）恒流馈电信号并输出到地面上的中心分站4。本发明中对差分漏电流信号的处理均是由信号处理电路1进行的，而且信号处理电路1上的各项功能均是由现有技术的电路来实现，在此不详述。本发明中信号处理电路1工作时由本安电源5供电，所述本安电源5为煤矿作业中的专用电源设备，具有抗干扰和抗腐蚀性强的特点。

    本发明传感器装置中的本安电源5采用浮地供电的方式，它能够抑制直流供电源随路传入到馈电传感器内部的交流工频干扰，从而保证了检测信号在频率上的唯一性。在信号处理电路1内还引入了快速收敛的数字滤波算法，该数字滤波算法以控制程序的方式植入信号处理电路1的芯片内部，它能完全抑制低于75Hz的低频信号和高于230Hz的高频信号（50Hz工频信号经差分放大全波整流后为100Hz倍频信号），故对矿井下各种电器特别是变频动力设备具有超强的抑制力，达到较好的抗干扰效果。

    本发明的传感器装置几乎对环境无要求，可在最恶劣污水沟埋设的动力电缆里使用，而且对各种电器的干扰抑制能力很强，误报、漏报、虚警率很低，特别是对660V以上强动力电，几乎不用寻找信号，只需将感应电极压紧在电缆上就可工作，具有响应快，显示直观、稳定的优点。

Claims (3)

1.用于检测动力电缆差模漏电流的馈电传感器，其特征在于，包括信号处理电路（1）和感应电极（2），所述感应电极（2）为二个且分别连接在信号处理电路（1）内的差动放大器的正、负极上，所述信号处理电路（1）由本安电源（5）供电；检测时，二个感应电极（2）的探头均连接在待检测动力电缆（3）的表皮上并采集漏电流信号，所述漏电流信号通过差动放大器输入信号处理电路（1），所述信号处理电路（1）对漏电流信号进行转换处理后输出恒流馈电信号至中心分站（4）。

2.根据权利要求1所述的馈电传感器，其特征在于，所述感应电极（2）采用金属材质的探测压片。

3.根据权利要求2所述的馈电传感器，其特征在于，在所述感应电极（2）的探测压片上涂有防水密封胶层。