CN103630732B - 隔离式无源高压带电指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离式无源高压带电指示装置，其包括能量发射端和能量接收端，能量发射端包括高压极板、中间极板、第一整流稳压电路和发射电路，高压极板与开关柜中的高压导线连接，中间极板与高压极板平行对应设置构成电容结构。能量接收端包括接收电路、第二整流稳压电路、控制模块和报警电路。第一整流稳压电路将来自高压极板和中间极板的电流进行整流稳压以后，输出给发射电路，发射电路将能量通过无线电磁波耦合的方式传输给接收电路，第二整流稳压电路将接收电路接收到的能量进行整流稳压，然后提供给后续的控制模块和报警电路。发射电路和接收电路之间为空气隔离，安全性好。本方案适用于高压开关柜的带电监测。

Description

隔离式无源高压带电指示装置

技术领域

本发明涉及一种高压开关柜监测指示装置，尤其是涉及一种安全性较高的隔离式无源高压带电指示装置。

背景技术

带电指示系统一般由带电传感器和指示器构成，目前比较多的采用接触式高压带电显示装置、感应式高压带电显示装置。前者是利用电容分压方式从高压回路上直接获取微弱的信号，带电传感器直接跨接在一次高压和二次低压上，故称接触式高压带电显示，其绝缘材料长期工作会老化、劣化，表面污秽也会影响其可靠性；后者采用一根天线放置在距离一次高压回路几公分以内的位置，采用感应方式获取一次高压回路的带电信号，由于距离的原因，信号往往比较弱，同时还需要设法消除相邻相高压的影响。《DL/T593-2006 高压开关设备和控制设备的共用技术要求》对高压设备的安全间距做了如下规定：对于瓷质材料安全距离不小于18mm/kV ,有机材料不小于20mm/kV 。高压回路的电压经常会有十几甚至几十千伏，对于感应式高压带电显示装置来说，天线与高压回路只有几公分的距离是达不到安全间距的要求的。

对于高压线路来说，上述的方案都使得指示部分（一般为指示灯）与检测或取电部分直接有导线连接，具有一定的安全隐患。

中华人民共和国国家知识产权局于2011年11月30日公开了授权公告号为CN202057716U的专利文献，名称是一种高电压警示器，其包括高压检测单元、显示驱动模块、LED显示器单元和电池BT1，电池BT1同时与高压检测单元、显示驱动模块、LED显示器单元连接，高压检测单元接入显示驱动模块，显示驱动模块接入LED显示器单元。此方案通过电池来供电，需要定期更换电池，并且LED显示器单元通过检测单元与高压线路直接连接，安全性不够高。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的需要通过电池供电、指示部分与检测部分没有隔离的技术问题，提供一种通过高压线路直接取电而不需要设置电池、指示部分与取电和检测部分物理隔离，安全性高的隔离式无源高压带电指示装置。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种隔离式无源高压带电指示装置，包括能量发射端和能量接收端，所述能量发射端包括高压极板、中间极板、第一整流稳压电路和发射电路，所述高压极板与开关柜中的高压导线连接，所述中间极板与高压极板平行对应设置构成电容结构，所述第一整流稳压电路的两个输入端分别连接高压极板和中间极板，所述第一整流稳压电路的输出端连接发射电路；所述能量接收端包括接收电路、第二整流稳压电路、控制模块和报警电路，所述接收电路与发射电路对应设置，所述接收电路的输出端通过第二整流稳压电路连接控制模块，所述报警电路与控制模块连接。

本方案主要应用在高压开关柜中。中间极板设置在高压极板和地极（地平面）之间，即高压极板、中间极板和作为第三极板的地平面等效于两个电容串联，从其中一个电容上获取能量就实现了指示装置的能量来源。第一整流稳压电路将来自高压极板和中间极板的电流进行整流稳压以后，输出给发射电路，发射电路将能量通过无线电磁波耦合的方式传输给接收电路，第二整流稳压电路将接收电路接收到的能量进行整流稳压，然后提供给后续的控制模块和报警电路。发射电路和接收电路之间为空气，没有物理连接，两者之间可以保证十几公分的空气距离。这个距离达到了安全规范要求，且远大于感应式带电传感器所保证的几公分的距离。相比接触式带电传感器，本方案不存在由于绝缘材料老化导致可靠性降低的问题。

作为优选，所述第一整流稳压电路包括第一桥式整流器、第一储能电容和第一稳压模块，所述第一桥式整流器的输入端正极和负极分别连接高压极板和中间极板，第一桥式整流器的输出端正极连接第一稳压模块的输入端，第一桥式整流器的输出端负极连接第一稳压模块的接地端，所述第一储能电容跨接在第一桥式整流器的输出端正极和负极之间，所述第一稳压模块的输出端连接发射电路。

第一桥式整流器将来自高压极板和中间极板的电流转化为直流电，然后通过第一稳压模块调压以后输出到发射电路，当获取到的电能较小时，先在第一储能电容中存储，直至第一储能电容两端电压达到足够大的时候，稳压模块才工作，向发射电路供电。

作为优选，所述第二整流稳压电路包括第二桥式整流器、第二储能电容、第二稳压模块和滤波电容，所述第二桥式整流器的输入端连接接收电路，第二桥式整流器的输出端正极连接第二稳压模块的输入端，第二桥式整流器的输出端负极连接第二稳压模块的接地端，所述第二储能电容跨接在第二桥式整流器的输出端正极和负极之间，所述第二稳压模块的输出端连接控制模块，滤波电容跨接在第二稳压模块的输出端和接地端之间。

第二桥式整流器将来自接收电路的电流转化为直流电，然后通过第二稳压模块调压以后输出到控制电路，当获取到的电能较小时，先在第二储能电容中存储，直至第二储能电容两端电压达到足够大的时候，稳压模块才工作，向发射电路供电。滤波电容滤除稳压模块输出电流中的杂波，保证系统能够正常指示。

作为优选，所述发射电路包括时钟源、电容C1、电感L1和开关管T1，所述时钟源的正极连接第一稳压模块的输出端，时钟源的负极连接第一稳压模块的接地端，时钟源的输出端连接开关管T1的栅极，开关管T1的源极连接时钟源的负极，开关管T1的漏极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接时钟源的正极。

时钟源产生高频信号，控制开关管T1的通断，进而使电容C1和电感L1构成的LC振荡电路产生电磁振荡，以电磁波的方式向外发射能量。

作为优选，所述接收电路包括电容C2和电感L2，所述电容C2和电感L2并联以后，跨接在第二桥式整流器的两个输入端之间。

通过调整电容C2和电感L2的值，使电容C2和电感L2构成的LC电路与发射电路发射的电磁波形成谐振，并从中获取能量，传递给第二整流稳压电路。

作为优选，所述报警模块包括蜂鸣器和LED灯，所述蜂鸣器一端连接第二稳压模块的输出端，蜂鸣器的另一端连接LED灯的正极，LED灯的负极连接控制模块的led端，控制模块的VCC端连接第二稳压模块的输出端，控制模块的GND端连接第二稳压模块的接地端，控制模块的in端连接第二稳压模块的输入端。

控制模块根据输入到稳压模块的电压，控制蜂鸣器的鸣叫频率和LED灯的闪光频率。工作人员可以从声音和闪光中直观了解线路是否带电以及所带电压的大致范围。

作为优选，隔离式无源高压带电指示装置还包括光控继电器，所述光控继电器的输入侧正极连接控制模块的relay端，输入侧负极连接控制模块的接地端；光控继电器的输出侧串接在开关柜门闭锁回路中，所述光控继电器为常开继电器。

高压带电时，光控继电器闭合，开关柜的柜门闭锁不能打开；反之，光控继电器断开，关门可以打开。光控继电器具有较低的功耗。

本发明带来的实质性效果是，指示部分与取电和检测部分实现了物理隔离，安全性高，长期实用可靠性好，整个系统实现无源化，完全依靠高压线路中的能量来维持工作，不需要外接供电线路或者电池，通过发光和声音两种方式报警，警示度高。

附图说明

图1是本发明的一种电路图；

图中：1、高压极板，2、中间极板，3、地极，4、第一桥式整流器，5、第一稳压模块，6、时钟源，7、第二桥式整流器，8、第二稳压模块，9、控制模块，10、蜂鸣器，11、LED灯，12、光控继电器，13、能量发射端，14、能量接收端。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种隔离式无源高压带电指示装置，如图1所示，包括能量发射端13和能量接收端14。能量发射端13包括高压极板1、中间极板2、第一整流稳压电路和发射电路，高压极板1与开关柜中的高压导线连接，中间极板2与高压极板1平行对应设置构成电容结构。

第一整流稳压电路包括第一桥式整流器4、第一储能电容C3和第一稳压模块5，第一桥式整流器4的输入端正极和负极分别连接高压极板1和中间极板2，第一桥式整流器4的输出端正极连接第一稳压模块5的输入端，第一桥式整流器4的输出端负极连接第一稳压模块5的接地端，第一储能电容C3跨接在第一桥式整流器4的输出端正极和负极之间，第一稳压模块5的输出端连接发射电路。

发射电路包括时钟源6、电容C1、电感L1和开关管T1，时钟源6的正极连接第一稳压模块5的输出端，时钟源6的负极连接第一稳压模块5的接地端，时钟源6的输出端连接开关管T1的栅极，开关管T1的源极连接时钟源6的负极，开关管T1的漏极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接时钟源6的正极。

能量接收端包括接收电路、第二整流稳压电路、控制模块9、报警电路和光控继电器。

接收电路包括电容C2和电感L2，电容C2和电感L2并联以后，跨接在第二桥式整流器7的两个输入端之间。

第二整流稳压电路包括第二桥式整流器7、第二储能电容C4、第二稳压模块8和滤波电容C5。第二桥式整流器7的输出端正极连接第二稳压模块8的输入端，第二桥式整流器7的输出端负极连接第二稳压模块8的接地端，第二储能电容C4跨接在第二桥式整流器7的输出端正极和负极之间，第二稳压模块8的输出端连接控制模块9，滤波电容C5跨接在第二稳压模块的输出端和接地端之间。

第一稳压模块5和第二稳压模块8都采用LTC3588芯片。控制模块9采用MSP430F2011芯片。

报警模块包括蜂鸣器10和LED灯11，蜂鸣器10一端连接第二稳压模块8的输出端，蜂鸣器10的另一端连接LED灯11的正极，LED灯11的负极连接控制模块9的led端，控制模块9的VCC端连接第二稳压模块8的输出端，控制模块9的GND端连接第二稳压模块8的接地端，控制模块9的in端连接第二稳压模块8的输入端。

光控继电器12的输入侧正极连接控制模块9的relay端，输入侧负极连接控制模块9的接地端；光控继电器12的输出侧串接在开关柜门闭锁回路中，光控继电器12为常开继电器。光继电器的输入侧正极也可以直接连接到稳压模块8的输出端上。

本实施例的工作过程如下：

1、分布电容取电：等电位带电闪光器内部构造了平板电容的两个极板，将地平面作为第三极，这三个极板等效于两个电容串联，从其中一个电容上获取能量就实现了系统的能量来源。

2、能量发送：能量获取之后，经稳压后供给谐振电路，时钟源产生几MHz的高频信号，通过LC谐振电路，实现能量发射。

3、能量接收：接收端的LC电路与发射端传输的电磁波形成谐振，并从中获取能量，该能量经过整流、滤波、稳压后供给后续控制电路。

4、声光控制： 接收端的控制模块获得能量后，首先检测整流桥后端的电压，根据此电压控制LED发光和蜂鸣器发声的节奏，如果电压比较高，节奏就加快，电压比较低，节奏就变慢。以此达到带电警示目的。

5、闭锁继电器控制：控制模块还要控制闭锁继电器的开合，继电器的触点串联在柜门的控制回路内，当高压带电时，继电器闭合，柜门闭锁而不能打开。反之，继电器断开，柜门可以打开，为保证整个系统的功耗，该继电器选用光控型继电器。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了高压极板、稳压模块、控制模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种隔离式无源高压带电指示装置，其特征在于，包括能量发射端和能量接收端，所述能量发射端包括高压极板、中间极板、第一整流稳压电路和发射电路，所述高压极板与开关柜中的高压导线连接，所述中间极板与高压极板平行对应设置构成电容结构，所述第一整流稳压电路的两个输入端分别连接高压极板和中间极板，所述第一整流稳压电路的输出端连接发射电路；所述能量接收端包括接收电路、第二整流稳压电路、控制模块和报警电路，所述接收电路与发射电路对应设置，所述接收电路的输出端通过第二整流稳压电路连接控制模块，所述报警电路与控制模块连接；

所述第一整流稳压电路包括第一桥式整流器、第一储能电容和第一稳压模块，所述第一桥式整流器的输入端正极和负极分别连接高压极板和中间极板，第一桥式整流器的输出端正极连接第一稳压模块的输入端，第一桥式整流器的输出端负极连接第一稳压模块的接地端，所述第一储能电容跨接在第一桥式整流器的输出端正极和负极之间，所述第一稳压模块的输出端连接发射电路；

所述发射电路包括时钟源、电容C1、电感L1和开关管T1，所述时钟源的正极连接第一稳压模块的输出端，时钟源的负极连接第一稳压模块的接地端，时钟源的输出端连接开关管T1的栅极，开关管T1的源极连接时钟源的负极，开关管T1的漏极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接时钟源的正极。

2.根据权利要求1所述的隔离式无源高压带电指示装置，其特征在于，所述第二整流稳压电路包括第二桥式整流器、第二储能电容、第二稳压模块和滤波电容，所述第二桥式整流器的输入端连接接收电路，第二桥式整流器的输出端正极连接第二稳压模块的输入端，第二桥式整流器的输出端负极连接第二稳压模块的接地端，所述第二储能电容跨接在第二桥式整流器的输出端正极和负极之间，所述第二稳压模块的输出端连接控制模块，滤波电容跨接在第二稳压模块的输出端和接地端之间。

3.根据权利要求2所述的隔离式无源高压带电指示装置，其特征在于，所述接收电路包括电容C2和电感L2，所述电容C2和电感L2并联以后，跨接在第二桥式整流器的两个输入端之间。

4.根据权利要求2或3所述的隔离式无源高压带电指示装置，其特征在于，所述报警模块包括蜂鸣器和LED灯，所述蜂鸣器一端连接第二稳压模块的输出端，蜂鸣器的另一端连接LED灯的正极，LED灯的负极连接控制模块的led端，控制模块的VCC端连接第二稳压模块的输出端，控制模块的GND端连接第二稳压模块的接地端，控制模块的in端连接第二稳压模块的输入端。

5.根据权利要求4所述的隔离式无源高压带电指示装置，其特征在于，还包括光控继电器，所述光控继电器的输入侧正极连接控制模块的relay端，输入侧负极连接控制模块的接地端；光控继电器的输出侧串接在开关柜门闭锁回路中，所述光控继电器为常开继电器。