CN110738820A - 一种配电作业现场安全预警电路 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种配电作业现场安全预警电路，所述场强过限预警电路通过电场传感器检测的电场强度经高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，达到时，经可控放大电路放大，放大倍数由积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制，之后进入人体感应电流计算电路，通过除法运算电路对电场强度和人体阻抗进行除法运算，计算出作用人体的感应电流，所述安全报警触发电路将接的收感应电流用作可控触发电路的电源，电场强度变化的幅度控制单结晶体管T1的导通角，使在电流过限时触发导通，驱动三极管Q1导通，并通过电阻R24对电解电容E1充电，超过过限电流下和允许时长也即超过触电安全范围时进行声光安全距离预警，能有效提高安全预警距离的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及配电作业技术领域，特别是涉及一种配电作业现场安全预警电路。
背景技术
随着配网技术的快速发展,带电作业已成为配电工作的发展趋势,但这种作业方式也给配电作业现场人员的人身安全带来了一定的风险，当人体与带电体的距离过小,虽然未与带电体相接触,但由于空气的绝缘强度小于电场强度，空气击穿，可能发生触电事故，现有的配电作业现场安全预警采用电场传感器实时检测带电体工频电场强度大小、并利用电场过限的预警方式来确定作业人员与高压带电体的安全距离，众所周知，触电对人体的危害程度由电流大小及时长决定，单采用电场这一指标进行预警的方式并不能准确的反应高压带电体的安全距离对人体的危害程度。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种配电作业现场安全预警电路，有效的解决了利用电场过限的预警方式来确定作业人员与高压带电体的安全距离，造成的安全距离预警不准确的问题。
其解决的技术方案是，包括场强过限预警电路、人体感应电流计算电路、安全报警触发电路，其特征在于，所述场强过限预警电路通过电场传感器实时检测作业人员距离配电高压带电体所在位置的电场强度，电场强度经晶闸管VTL1为核心的高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，达到时，电场强度经运放AR1为核心的可控放大电路放大，放大倍数由运放AR1为核心的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制，所述人体感应电流计算电路接收可控放大后的电场强度和人体阻抗测量芯片检测的人体阻抗，通过运放AR3、乘法器D1、电阻R13-电阻R15组成的除法运算电路计算出作用人体的感应电流，所述安全报警触发电路将接的收感应电流用作单结晶体管T1为核心的可控触发电路的电源，接收的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制单结晶体管T1的导通角，使在电流过限时触发导通，导通后一路驱动三极管Q1导通，另一路通过电阻R24对电解电容E1充电，充电电压的大小反应电流过限的时长，超过过限电流下允许时长时，三极管Q2导通，红色指示灯LED1和蜂鸣器LS1进行声光安全预警，其中三极管Q3为三极管Q1和三极管Q2的互锁三极管，以使声光安全预警状态可靠。
本发明的有益效果是：首先，对电场传感器实时检测作业人员距离配电高压带电体所在位置的电场强度通过高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，达到时，电场强度经积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制可控放大电路放大，以根据当前电场强度变化的幅度模拟预测电场强度变化，通过除法运算电路将电场强度和人体阻抗测量芯片检测的人体阻抗进行除法运算，模拟计算出作用人体的感应电流变化的趋势；
其次，人体感应电流用作触发电路的电源，同时接收的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制触发电路中单结晶体管T1的导通角，变化的幅度为正且幅度越大时，导通角越小，使在电流过限时加快触发导通，导通后一路驱动三极管Q1导通，另一路通过电阻R24对电解电容E1充电，充电电压的大小反应电流过限的持续时长，用人体触电的条件：超过过限电流下和允许时长也即超过触电安全范围时，三极管Q2导通，红色指示灯LED1和蜂鸣器LS1进行声光安全距离预警，能有效提高安全预警距离的准确性。
附图说明
图1为本发明的场强过限预警电路原理图。
图2为本发明的人体感应电流计算电路原理图。
图3为本发明的安全报警触发电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种配电作业现场安全预警电路，包括场强过限预警电路、人体感应电流计算电路、安全报警触发电路，所述场强过限预警电路通过电场传感器实时检测作业人员距离配电高压带电体所在位置的电场强度，电场强度信号经晶闸管VTL1、电阻R1-电阻R4、电容C1及稳压管Z2组成的高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，详细过程为电场强度信号向电容C1充电，电压低于稳压管Z1的稳压值电压时，晶闸管VTL1截止，达到时，晶闸管VTL1导通，电场强度信号一路进入运放AR1、电阻R9-电阻R13、MOS管T1组成的可控放大电路放大后输出，另一路进入运放AR1、电阻R5-电阻R7、电容C2组成的积分电路计算出的电场强度变化的幅度，再反馈到MOS管T1的栅极，无反馈电压时，MOS管T1由+8V经电阻R8提供栅极电压，维持在一个电阻值，有时根据反馈电压的大小改变MOS管T1漏源间阻值，使运放AR1的输入电阻变小，进而控制可控放大电路放大倍数增大，以根据当前电场强度变化的幅度模拟预测电场强度变化，所述人体感应电流计算电路接收可控放大后的电场强度和人体阻抗测量芯片检测的人体阻抗，通过运放AR3、乘法器D1、电阻R13-电阻R15组成的除法运算电路计算出作用人体的感应电流，所述安全报警触发电路将接的收感应电流用作触发电路的电源，接收的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制触发电路的单结晶体管T1的导通角，变化的幅度为正且幅度越大时，导通角越小，使在电流过限时加快触发导通，导通后一路驱动三极管Q1导通，另一路通过电阻R24对电解电容E1充电，充电电压的大小反应电流过限的持续时长，超过过限电流下和允许时长也即超过触电安全范围时，三极管Q2导通，红色指示灯LED1和蜂鸣器LS1进行声光安全距离预警，其中三极管Q3为三极管Q1和三极管Q2的互锁三极管，以避免瞬间变小的人体感应电流导致的声光安全预警状态失效的情况，提高声光安全预警状态的可靠性。
在上述技术方案中，所述场强过限预警电路通过电场传感器实时检测作业人员距离配电高压带电体所在位置的电场强度，电场强度信号经晶闸管VTL1、电阻R1-电阻R4、电容C1及稳压管Z2组成的高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，电场强度信号向电容C1充电，电压低于稳压管Z1的稳压值（过限阈值80％由稳压管的稳压值大小决定）电压时，达到时，电场强度信号一路进入运放AR1、电阻R9-电阻R13、MOS管T1组成的可控放大电路放大后输出，另一路进入运放AR1、电阻R5-电阻R7、电容C2组成的积分电路计算出的电场强度变化的幅度，再反馈到MOS管T1的栅极，无反馈电压时，MOS管T1由+8V经电阻R8提供栅极电压，维持在一个电阻值，有时根据反馈电压的大小改变MOS管T1漏源间阻值，使运放AR1的输入电阻变小，进而控制可控放大电路放大倍数增大，包括电阻R1，电阻R1的一端连接电磁传感器输出的电压信号，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C1的一端、晶闸管VTL1的阴极，电阻R3的另一端分别连接晶闸管VTL1的控制极、稳压管Z2的正极，稳压管Z2的负极分别连接电阻R2的另一端、电容C1的另一端、接地电阻R3的一端，晶闸管VTL1的阳极分别连接电阻R6的一端、电阻R9的一端，电阻R6的另一端分别连接运算放大器AR2的反相输入端、电容C2的一端、电阻R7的一端，运算放大器AR2的同相输入端连接接地电阻R5的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电容C2的另一端、电阻R7的另一端、稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极分别连接接地电阻R8的一端、电阻R12的一端、变容二极管DC1的负极，电阻R9的另一端连接MOS管T1的漏极，MOS管T1的源极连接运算放大器AR1的同相输入端、电阻R11的一端，电阻R12的另一端连接MOS管T1的栅极、电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接电源+3V，运算放大器AR1的反相输入端通过电阻R10连接地，运算放大器AR1的输出端连接电阻R11的另一端。
在上述技术方案中，所述人体感应电流计算电路接收可控放大后的电场强度信号和人体阻抗测量芯片（CS1258为核心的人体阻抗测量模块芯片给出）检测的人体阻抗（人体阻抗R17经与电阻R16分压后转换为电压信号）加到运放AR3、乘法器D1、电阻R13-电阻R15组成的除法运算电路，计算出作用人体的感应电流对应的电压的大小，低于允许电流范围5％时，稳压管Z4反向击穿，人体感应电流传输到安全报警触发电路，包括电阻R13，电阻R13的一端连接运算放大器AR1的输出端，电阻R13的另一端分别连接电阻R15的一端、运算放大器AR3的反相输入端，运算放大器AR3的同相输入端连接接地电阻R14的一端，电阻R15的另一端连接乘法器D1的引脚3，运算放大器AR3的输出端连接乘法器D1的引脚1、稳压管Z4的负极，法器D1的引脚2分别连接接地电容C3的一端、电阻抗R17的一端、电阻R16的一端，电阻R16的一端连接电源+15V。
在上述技术方案中，所述安全报警触发电路将接的收感应电流用作单结晶体管T1、电阻R18-电阻R20、变容二极管DC1、电容C4、稳压管Z3、稳压管Z2组成的触发电路的电源，接收的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制单结晶体管T1的导通角，变化的幅度为正且幅度越大时，导通角越小，使在电流过限时加快触发导通，导通后一路驱动三极管Q1导通，另一路通过电阻R24对电解电容E1充电，充电电压的大小反应电流过限的持续时长，超过过限电流下允许时长时，三极管Q2导通，红色指示灯LED1和蜂鸣器LS1进行声光安全距离预警，其中三极管Q3为三极管Q1和三极管Q2的互锁三极管，以避免瞬间变小的人体感应电流导致的声光安全预警状态失效的情况，提高声光安全预警状态的可靠性，包括单结晶体管T2，单结晶体管T2的发射极分别连接变容二极管DC1的正极、电阻R18的一端，变容二极管DC1的负极连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接地，单结晶体管T1的第二基极连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端、电阻R18的另一端连接稳压管Z4的正极，单结晶体管T1的第一基极分别连接接地电阻R20的一端、稳压管Z2的负极、三极管Q1的基极、接地电阻R21的一端、电阻R22的一端、电阻R24的一端，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极通过电阻R23连接地，三极管Q2的基极连接稳压管Z3的正极，稳压管Z3的负极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接电阻R24的另一端、电解电容E1的正极，电解电容E1的负极连接地，三极管Q1的集电极分别连接电阻R24的一端、红灯LED1的负极、蜂鸣器LS1的负极，电阻R24的另一端连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接电阻R21的另一端，三极管Q3的发射极、红灯LED1的正极、蜂鸣器LS1的正极连接稳压管Z4的正极。
本发明具体使用时，场强过限预警电路通过电场传感器实时检测作业人员距离配电高压带电体所在位置的电场强度，电场强度信号经晶闸管VTL1、电阻R1-电阻R4、电容C1及稳压管Z2组成的高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，电场强度信号向电容C1充电，电压低于稳压管Z1的稳压值电压时，达到时，电场强度信号一路进入运放AR1、电阻R9-电阻R13、MOS管T1组成的可控放大电路放大后输出，另一路进入运放AR1、电阻R5-电阻R7、电容C2组成的积分电路计算出的电场强度变化的幅度，再反馈到MOS管T1的栅极，无反馈电压时，MOS管T1由+8V经电阻R8提供栅极电压，维持在一个电阻值，有时根据反馈电压的大小改变MOS管T1漏源间阻值，使运放AR1的输入电阻变小，进而控制可控放大电路放大倍数增大，之后进入人体感应电流计算电路，通过运放AR3、乘法器D1、电阻R13-电阻R15组成的除法运算电路与人体阻抗转换后电压相除，计算出作用人体的感应电流对应的电压的大小，低于允许电流范围5％时，稳压管Z4反向击穿，人体感应电流传输到安全报警触发电路，用作单结晶体管T1、电阻R18-电阻R20、变容二极管DC1、电容C4、稳压管Z3、稳压管Z2组成的触发电路的电源，同时接收的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制单结晶体管T1的导通角，变化的幅度为正且幅度越大时，导通角越小，使在电流过限时加快触发导通，以模拟人体感应电流变化的趋势，导通后一路驱动三极管Q1导通，另一路通过电阻R24对电解电容E1充电，充电电压的大小反应电流过限的持续时长，超过过限电流下允许时长时，三极管Q2导通，红色指示灯LED1和蜂鸣器LS1进行声光安全距离预警，用触电的条件：电流的大小、电流持续时长（也即作用于人体的时长）作安全预警的指标，能有效提高安全预警距离的准确性，其中三极管Q3为三极管Q1和三极管Q2的互锁三极管，以避免瞬间变小的人体感应电流导致的声光安全预警状态失效的情况，提高声光安全预警状态的可靠性。
Claims (4)
1.一种配电作业现场安全预警电路，包括场强过限预警电路、人体感应电流计算电路、安全报警触发电路，其特征在于，所述场强过限预警电路通过电场传感器实时检测作业人员距离配电高压带电体所在位置的电场强度，电场强度经晶闸管VTL1为核心的高压触发电路判别是否达到过限阈值80％，达到时，电场强度经运放AR1为核心的可控放大电路放大，放大倍数由运放AR1为核心的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制，所述人体感应电流计算电路接收可控放大后的电场强度和人体阻抗测量芯片检测的人体阻抗，通过运放AR3、乘法器D1、电阻R13-电阻R15组成的除法运算电路计算出作用人体的感应电流，所述安全报警触发电路将接的收感应电流用作单结晶体管T1为核心的可控触发电路的电源，接收的积分电路计算出的电场强度变化的幅度控制单结晶体管T1的导通角，使在电流过限时触发导通，导通后一路驱动三极管Q1导通，另一路通过电阻R24对电解电容E1充电，充电电压的大小反应电流过限的时长，超过过限电流下允许时长时，三极管Q2导通，红色指示灯LED1和蜂鸣器LS1进行声光安全预警，其中三极管Q3为三极管Q1和三极管Q2的互锁三极管，以使声光安全预警状态可靠。
2.如权利要求1所述一种配电作业现场安全预警电路，其特征在于，所述场强过限预警电路包括电阻R1，电阻R1的一端连接电磁传感器输出的电压信号，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C1的一端、晶闸管VTL1的阴极，电阻R3的另一端分别连接晶闸管VTL1的控制极、稳压管Z2的正极，稳压管Z2的负极分别连接电阻R2的另一端、电容C1的另一端、接地电阻R3的一端，晶闸管VTL1的阳极分别连接电阻R6的一端、电阻R9的一端，电阻R6的另一端分别连接运算放大器AR2的反相输入端、电容C2的一端、电阻R7的一端，运算放大器AR2的同相输入端连接接地电阻R5的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电容C2的另一端、电阻R7的另一端、稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极分别连接接地电阻R8的一端、电阻R12的一端、变容二极管DC1的负极，电阻R9的另一端连接MOS管T1的漏极，MOS管T1的源极连接运算放大器AR1的同相输入端、电阻R11的一端，电阻R12的另一端连接MOS管T1的栅极、电阻R25的一端，电阻R25的另一端连接电源+3V，运算放大器AR1的反相输入端通过电阻R10连接地，运算放大器AR1的输出端连接电阻R11的另一端。
3.如权利要求1所述一种配电作业现场安全预警电路，其特征在于，所述人体感应电流计算电路包括电阻R13，电阻R13的一端连接运算放大器AR1的输出端，电阻R13的另一端分别连接电阻R15的一端、运算放大器AR3的反相输入端，运算放大器AR3的同相输入端连接接地电阻R14的一端，电阻R15的另一端连接乘法器D1的引脚3，运算放大器AR3的输出端连接乘法器D1的引脚1、稳压管Z4的负极，法器D1的引脚2分别连接接地电容C3的一端、电阻抗R17的一端、电阻R16的一端，电阻R16的一端连接电源+15V。
4.如权利要求1所述一种配电作业现场安全预警电路，其特征在于，所述安全报警触发电路包括单结晶体管T2，单结晶体管T2的发射极分别连接变容二极管DC1的正极、电阻R18的一端，变容二极管DC1的负极连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接地，单结晶体管T1的第二基极连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端、电阻R18的另一端连接稳压管Z4的正极，单结晶体管T1的第一基极分别连接接地电阻R20的一端、稳压管Z2的负极、三极管Q1的基极、接地电阻R21的一端、电阻R22的一端、电阻R24的一端，稳压管Z2的正极连接地，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极通过电阻R23连接地，三极管Q2的基极连接稳压管Z3的正极，稳压管Z3的负极连接电感L1的一端，电感L1的另一端分别连接电阻R24的另一端、电解电容E1的正极，电解电容E1的负极连接地，三极管Q1的集电极分别连接电阻R24的一端、红灯LED1的负极、蜂鸣器LS1的负极，电阻R24的另一端连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接电阻R21的另一端，三极管Q3的发射极、红灯LED1的正极、蜂鸣器LS1的正极连接稳压管Z4的正极。
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