CN103499730A - 一种安全验电及放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种安全验电及放电装置，用于容性设备的验电和放电，包括：当所述容性设备电压过高时，用于放电的陶瓷放电管；与所述陶瓷放电管依次连接的分压电路、隔离电路、升压电路、比较电路和报警指示电路。本发明实施例提供的安全验电及放电装置，在容性设备从电网可靠断开，并使用相应电压等级的验电器进行验电确定与电网无连接之后，安全验电及放电装置基于电压比较的原理，根据残压与安全电压12V电势大小的对比，进行指示和报警。

Description

一种安全验电及放电装置

技术领域

本发明涉及电气设备领域，更具体的说是涉及一种安全验电及放电装置。

背景技术

高压并联电容器装置在电力系统中发挥着提高功率因数、提高系统稳定性和节能降耗的作用，在现代电网中广泛应用。由于电容器是个储能器件，正常运行时储存着大量的能量，在电容器装置需要进行例行监测或因故障退出运行后，电容器储存的能量需要采取一定手段进行释放，如果该能量不能有效的释放，则会对检修人员造成一定的电击伤害。

高压并联电容器装置一般均配置有放电器件—与电容器组并联的放电线圈，另外，内熔丝电容器内部一般均含有放电电阻，可以将电容器储存的电荷释放到一个较低的水平。但是，经过放电器件放电之后的电容器残余的电压都仍有可能超过12V的安全电压。另外，高压并联电容器装置一般安装带电显示器来显示装置的母线电压，放电线圈的二次绕组侧连接有放电指示灯来指示残余电荷的电压，但是放电指示灯并不能显示该电压是否降低到安全电压12V以下，依然存下安全隐患。因此，检测出电容器组或单台电容器残余电压是否低于安全电压，对于提高检修安全措施，保护检修人员的生命安全具有重要意义。

目前，能够验电放电的装置只有高压验电笔，但是高压验电笔只能测试90V以上的交流电，已经超出人体的安全范围，在此电压下，如果进行检修施工，仍有触电的可能性，而90V以下的测量手段目前可以使用的是万用表等仪器，万用表的测试精度好，有液晶显示，但是万用表需要档位操作，操作复杂，且没有报警指示功能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种安全验电及放电装置，用于检测电容器和高压电缆等容性设备的剩余电压，并能够指示容性设备的残余电压是否低于安全电压。

一种安全验电及放电装置，用于容性设备的验电和放电，包括：

当所述容性设备电压过高时，用于放电的陶瓷放电管；

与所述陶瓷放电管依次连接的分压电路、隔离电路、升压电路、比较电路和报警指示电路。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述陶瓷放电管的第一端连接，另一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第一端还与所述隔离电路连接；

所述第二电阻的第二端与所述陶瓷放电管的第二端连接。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述隔离电路包括第一运算放大器；

所述第一运算放大器的同相输入端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一运算放大器的输出端与反相输入端连接；

所述输出端还与所述升压电路连接。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述升压电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第一分压电阻以及第二分压电阻；

所述第一分压电阻的第一端与接正5V电压连接，第二端与所述第二分压电阻的第一端连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第二分压电阻的第一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；

所述第二运算放大器的输出端与自身的反相输入端相连，所述第二运算放大器的输出端还通过所述第三电阻与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第三运算放大器的同相输入端还通过所述第四电阻与所述第一运算放大器的输出端连接；

所述第三运算放大器的反相输入端与自身的输出端相连，且所述第三运算放大器的输出端与比较电路连接。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述比较电路包括第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管、第一可调电阻、第二可调电阻、第一上拉电阻以及第二上拉电阻；

所述第一可调电阻的一端与所述第一比较器的正相输入端相连，另一端接地；

所述第一比较器的正相输入端还接正5V电压，所述第一比较器的反相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第一比较器的输出端通过所述第一上拉电阻接正5V电压；

所述第二比较器的正相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接，第二比较器U5的反相输入端通过第二可调电阻R16接地，第二比较器U5的反相输入端同时还通过电阻R14接正5V，第二比较器U5的输出端与通过第二上拉电阻R6接正5V电压；

所述第一比较器的输出端与所述第一二极管的阳极连接，所述第二比较器的输出端与所述第二二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极以及第二二极管的阴极连接，且连接端与所述报警指示电路连接。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述报警指示电路包括绿色LED、红色LED、蜂鸣器、第四运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管；

所述第四运算放大器的正相输入端与所述第一二极管的阴极连接，所述第四运算放大器的输出端与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第四运算放大器的输出端还与所述第一三极管的基极连接，所述第四运算放大器的输出端与所述绿色LED的阳极连接，所述绿色LED的阴极接地；

所述第一三极管的集电极接正5V电压，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述红色LED的阴极连接，所述红色LED的阳极接正5V电压；

所述第三三极管的基极与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极与所述蜂鸣器连接。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，还包括第三二级管，所述第三二极管与所述绿色LED并联，且所述第三二极管的阳极与所述绿色LED的阴极连接，所述第三二极管的阴极与所述绿色LED的阳极连接。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，还包括第四二级管，所述第四二极管与所述蜂鸣器并联，且所述第四二极管的阳极与所述第三三极管的集电极连接，所述第四二极管的阴极接5V电压。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器为四路运算放大器。

优选的，在上述的安全验电及放电装置中，所述第四运算放大器为四路运算放大器。

本发明实施例提供的安全验电及放电装置，在容性设备从电网可靠断开，并使用相应电压等级的验电器进行验电确定与电网无连接之后，安全验电及放电装置基于电压比较的原理，根据残压与安全电压12V电势大小的对比，进行指示和报警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的安全验电及放电装置的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的安全验电及放电装置的一种电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明提供一种安全验电及放电装置，用于容性设备的验电和放电，安全验电及放电装置包括陶瓷放电管1、与陶瓷放电管1依次连接的分压电路2、隔离电路3、升压电路4、比较电路5和报警指示电路6。

当容性设备电压过高时，陶瓷放电管1用于电压过高放电，起保护电路的作用。目前还没有用陶瓷放电管来做电压验证的装置。

在容性设备从电网可靠断开，并使用相应电压等级的验电器进行验电确定与电网无连接之后，安全验电及放电装置基于电压比较的原理，根据残压与安全电压12V电势大小的对比，进行指示和报警。

参见图2，本发明实施例示出了陶瓷放电管1、分压电路2、隔离电路3、升压电路4、比较电路5和报警指示电路6的一种电路示意图。陶瓷放电管1与容性设备7并联，用于电压过高时放电，起保护电路的作用。

分压电路2包括第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的一端与陶瓷放电管1的第一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第一端还与隔离电路3连接；第二电阻R2的第二端与陶瓷放电管1的第二端连接。第一电阻R1和第二电阻R2组成分压电路，将通过陶瓷放电管1的电压降到合适大小，以供运算比较使用，其中，第一电阻R1可以选用阻值为51KΩ的电阻，第二电阻R2可以选用1KΩ的电阻。

隔离电路3包括第一运算放大器U1。第一运算放大器U1接+5V、-5V电压。第一运算放大器U1的同相输入端与第二电阻R2的第一端连接，第一运算放大器U1的输出端与自身的反相输入端连接；第一运算放大器U1的输出端还与升压电路4连接。其中，第一运算放大器U1可以选用LM324运放，第一运算放大器U1在电路中起隔离的作用，防止前端阻抗影响后续电路的计算比较。

升压电路4包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第一分压电阻R11以及第二分压电阻R12。

第一分压电阻R11的第一端与接正5V电压连接，第一分压电阻R11的第二端与第二分压电阻R12的第一端连接，第二分压电阻R12的第二端接地，第二分压电阻R12的第一端与第二运算放大器U2的同相输入端连接。

第二运算放大器U2的输出端与自身的反相输入端相连，第二运算放大器U2的输出端还通过第三电阻R3与第三运算放大器U3的同相输入端连接，第三运算放大器U3的同相输入端还通过第四电阻R4与第一运算放大器U1的输出端连接。

第三运算放大器U3的反相输入端与自身的输出端相连，且第三运算放大器U3的输出端与比较电路5连接。

其中，第三电阻R3可以选用阻值为20KΩ的电阻、第四电阻R4可以选用阻值为20KΩ的电阻、第一分压电阻R11可以选用阻值为3MΩ的电阻，以及第二分压电阻R12可以选用阻值为3MΩ的电阻。

R11和R12为分压电路，U2起隔离作用，R11、R12、U2与R3、R4、U3一起将输入的电压抬升2V。

比较电路5包括第一比较器U4、第二比较器U5、第一二极管D1、第二二极管D1、第一可调电阻R15、第二可调电阻R16、第一上拉电阻R5以及第二上拉电阻R6。其中，第一可调电阻R15可以选用标称值为10KΩ的电位器、第二可调电阻R16可以选用标称值为100KΩ的电阻、第一上拉电阻R5可以选择阻值为10KΩ的电阻、第二上拉电阻R6可以选择阻值为10KΩ的电阻。第一比较器U4与第二比较器U5可以选用LM393比较器。

第一可调电阻R15的一端与第一比较器U4的正相输入端相连，第一可调电阻R15另一端接地。

第一比较器U4的正相输入端可以通过电阻R13接正5V电压，第一比较器U4的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端连接，第一比较器U4的输出端通过第一上拉电阻R5接正5V电压。电阻R13可以选择阻值为20KΩ的电阻。

第二比较器U5的正相输入端与第三运算放大器U3的输出端连接，第二比较器U5的反相输入端通过第二可调电阻R16接地，第二比较器U5的反相输入端同时还通过电阻R14接正5V，第二比较器U5的输出端与通过第二上拉电阻R6接正5V电压。电阻R14可以选择阻值为20KΩ的电阻。

第一比较器U4的输出端与第一二极管D1的阳极连接，第二比较器U5的输出端与第二二极管D2的阳极连接。

第一二极管D1的阴极以及第二二极管D2的阴极连接，且连接端与报警指示电路6连接。

第一比较器U4、第二比较器U5可以选用LM393比较器，U4和U5通过调节可调电阻R15和R16调节报警电压的大小如12V或24V，U4和U5为开漏极输出，不能输出高电平，故增加R5和R6作为上拉电阻，二极管D1和D2的作用为防止比较器的输出相互干扰。

报警指示电路6包括绿色LED61、红色LED62、蜂鸣器LS1、第四运算放大器U6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3。

第四运算放大器U6的正相输入端与第一二极管D1的阴极连接，第四运算放大器U6的输出端与第四运算放大器U6的反相输入端连接，第四运算放大器U6的输出端还通过电阻R8与第一三极管Q1的基极连接，第四运算放大器U6的输出端还与绿色LED61的阳极连接，绿色LED61的阴极通过R7接地。电阻R7可以选择阻值为200Ω的电阻，电阻R8可以选择阻值为2KΩ的电阻。

第一三极管Q1的集电极通过电阻R9接正5V电压，第一三极管Q1的发射极接地。电阻R9可以选择阻值为10KΩ的电阻。电阻R10可以选择阻值为2KΩ的电阻。

第二三极管Q2的基极通过电阻R10与第一三极管Q1的集电极连接，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的集电极与红色LED62的阴极连接，红色LED62的阳极同过电阻R11接正5V电压。电阻R11可以选择阻值为200Ω的电阻，

第三三极管Q3的基极通过电阻R17与第四运算放大器U6的输出端连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极与蜂鸣器LS1连接。电阻R17可以选择阻值为1KΩ的电阻。

U6的主要作用就是驱动绿色LED，Q1和Q2的主要作用是驱动红色LED，Q3的主要作用是驱动蜂鸣器发声。

进一步的，装置还包括第三二级管D3，第三二极管D3与绿色LED61并联，且第三二极管D3的阳极与绿色LED61的阴极连接，第三二极管D3的阴极与绿色LED61的阳极连接。

进一步的，装置还包括第四二级管D4，第四二极管D4与蜂鸣器LS1并联，且第四二极管D4的阳极与第三三极管Q3的集电极连接，第四二极管D4的阴极接5V电压。

因蜂鸣器为感性器件，关断时可能产生反向感应电流，故增加D4为续流二极管。

在本发明的其他实施例中，上述的第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器可以为四路运算放大器。

如果容性设备如电容器的两端电压高于75V时，陶瓷放电管1导通，电容器此时相当于短路放电，当电容器电压下降到75V以内时，陶瓷放电管1关断，第一电阻R1和第二电阻R2进行分压，经过隔离电路3、升压电路4、采用比较器的比较电路5后，当电容器两端电压高于12V时，运算放大器驱动绿色LED61亮；当电容器电压低于12V时，红色LED62亮。

电路的主要功耗为红绿LED和蜂鸣器，LED电流为15mA/只，蜂鸣器20mA，运放LM324和比较器LM393的静态电流和为2.2mA；该电路最大电流不会超过40mA，因为红绿LED不会同时亮。

使用该装置时，首先将电容器的中性点接地，装置的接地端接地，将装置的测量端挂接到电容器的另一极；如果产生过电压，可以观察到陶瓷放电管内伴随着闪光；当该放电管损坏时，可以从外观分辨出来。另外，可以将陶瓷放电管单独安装在一个透明舱内方便观察。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种安全验电及放电装置，用于容性设备的验电和放电，其特征在于，包括：

当所述容性设备电压过高时，用于放电的陶瓷放电管；

与所述陶瓷放电管依次连接的分压电路、隔离电路、升压电路、比较电路和报警指示电路。

2.根据权利要求1所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述陶瓷放电管的第一端连接，另一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第一端还与所述隔离电路连接；

所述第二电阻的第二端与所述陶瓷放电管的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述隔离电路包括第一运算放大器；

所述第一运算放大器的同相输入端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一运算放大器的输出端与反相输入端连接；

所述输出端还与所述升压电路连接。

4.根据权利要求3所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述升压电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第一分压电阻以及第二分压电阻；

所述第一分压电阻的第一端与接正5V电压连接，第二端与所述第二分压电阻的第一端连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第二分压电阻的第一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；

所述第二运算放大器的输出端与自身的反相输入端相连，所述第二运算放大器的输出端还通过所述第三电阻与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第三运算放大器的同相输入端还通过所述第四电阻与所述第一运算放大器的输出端连接；

所述第三运算放大器的反相输入端与自身的输出端相连，且所述第三运算放大器的输出端与比较电路连接。

5.根据权利要求4所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述比较电路包括第一比较器、第二比较器、第一二极管、第二二极管、第一可调电阻、第二可调电阻、第一上拉电阻以及第二上拉电阻；

所述第一可调电阻的一端与所述第一比较器的正相输入端相连，另一端接地；

所述第一比较器的正相输入端还接正5V电压，所述第一比较器的反相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第一比较器的输出端通过所述第一上拉电阻接正5V电压；

所述第二比较器的正相输入端与所述第三运算放大器的输出端连接，第二比较器U5的反相输入端通过第二可调电阻R16接地，第二比较器U5的反相输入端同时还通过电阻R14接正5V，第二比较器U5的输出端与通过第二上拉电阻R6接正5V电压；

所述第一比较器的输出端与所述第一二极管的阳极连接，所述第二比较器的输出端与所述第二二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极以及第二二极管的阴极连接，且连接端与所述报警指示电路连接。

6.根据权利要求5所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述报警指示电路包括绿色LED、红色LED、蜂鸣器、第四运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管；

所述第四运算放大器的正相输入端与所述第一二极管的阴极连接，所述第四运算放大器的输出端与所述第四运算放大器的反相输入端连接，所述第四运算放大器的输出端还与所述第一三极管的基极连接，所述第四运算放大器的输出端与所述绿色LED的阳极连接，所述绿色LED的阴极接地；

所述第一三极管的集电极接正5V电压，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述红色LED的阴极连接，所述红色LED的阳极接正5V电压；

所述第三三极管的基极与所述第四运算放大器的输出端连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极与所述蜂鸣器连接。

7.根据权利要求6所述的安全验电及放电装置，其特征在于，还包括第三二级管，所述第三二极管与所述绿色LED并联，且所述第三二极管的阳极与所述绿色LED的阴极连接，所述第三二极管的阴极与所述绿色LED的阳极连接。

8.根据权利要求6所述的安全验电及放电装置，其特征在于，还包括第四二级管，所述第四二极管与所述蜂鸣器并联，且所述第四二极管的阳极与所述第三三极管的集电极连接，所述第四二极管的阴极接5V电压。

9.根据权利要求4所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器为四路运算放大器。

10.根据权利要求6或7或8所述的安全验电及放电装置，其特征在于，所述第四运算放大器为四路运算放大器。

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