CN110988518A - 一种便携式自动放电棒 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种便携式自动放电棒，属于高压试验技术领域，尤其涉及一种用于释放试品积累电荷的便携式自动放电棒，包括设置在绝缘棒一端的金属触头和通过软导线与金属触头连接的接地夹头，软导线与金属触头之间串联有高压电阻和电流测量装置，所述电流测量装置的输出端与控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与短路开关的控制端连接，所述短路开关的输出端与所述高压电阻并联。本公开使用高阻与短路线并联的方式设置放电回路，并配置了电流测量装置和由控制模块和短路开关构成的自动切换装置，将短路开关的一个常闭触点设置在高阻侧，使其有放电电流测试和自动切换功能。

Description

一种便携式自动放电棒

技术领域

本发明属于高压试验技术领域，尤其涉及一种用于释放试品积累电荷的便携式自动放电棒。

背景技术

在各种现场10千伏、35千伏、110千伏高压试验中，特别在做直流耐压试验后，需要对试品上积累的电荷进行充分对地放电，确保人身安全。试验前后对设备或试品是否充分放电，严重影响人身设备的安全。试品积累电荷的大小与试品电容的大小和施加电压的高低与时间的长短成正比，故不同试品所需的放电时间也不相同。然而试验指导书要求对大容量设备试验前后进行多次充分放电，但是没有明确的放电时间，放电结束后也不能判定是否彻底放电，故试验前后为了保证安全，放电时间一般较长，随着现场高压试验工作量的增加，对地放电环节的工作效率亟待有效提高。

现有放电棒包括设置在绝缘棒一端的金属触头、接地夹头和软导线，软导线一端连接接地夹头，另一端直接通过设置在绝缘棒内的高压电阻与金属触头导电连接。试品放电过程分为自放电阶段、间隙放电阶段、高阻放电阶段和接地放电阶段，每个阶段根据试品和试验环境的不同有不同的要求，全部过程中没有时间要求，以放电电流最终消失为指标，因此需要更换放电方法和不断测量放电电流。根据试品电压的不同，需要配置不同规格高压电阻的放电棒，如6kV、10kV、35kV、110kV、220kV分别对应30MΩ、40MΩ、40MΩ、60MΩ、100MΩ的高压电阻。

发明内容

本发明目的在于提供一种便携式自动放电棒，用于高压试验的放电操作，具有安全、高效、操作简便的特点。

本发明提供的技术方案为：一种便携式自动放电棒，包括设置在绝缘棒一端的金属触头和通过软导线与金属触头连接的接地夹头，软导线与金属触头之间串联有高压电阻和电流测量装置，所述电流测量装置的输出端与控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与短路开关的控制端连接，所述短路开关的输出端与所述高压电阻并联。该技术方案用于实现一种放电方法，在间隙放电阶段、高阻放电阶段和接地放电阶段使用相同的放电设备而不必切换设备。

一些实施例中，所述电流测量装置用于测量所述金属触头与接地夹头之间通过的电流，当电流测量装置测量到上述电流的值小于一个阈值时，所述控制模块控制所述短路开关的输出端将所述高压电阻短路。本发明另一些实施例中，通过进一步的优化策略，在放电回路中增加高压电阻和对应的短路开关的数量，每当电流测量装置测量到上述电流的值小于一个阈值时，切换对应的高压电阻，使得放电电阻逐步减小以加快放电进度。

一些实施例中，包括声光报警器。由控制模块控制声光报警器的输出，在放电期间或者放电结束发出报警信号。基于该技术构思的一些改进实施例中，所述声光报警器串联在电流测量装置与接地夹头之间，通过放电电流为声光报警器提供电源。

一些实施例中，电流测量装置包括非接触式电流传感器，所述电流传感器卡装在所述高压电阻与所述接地夹头之间的导线上。非接触式电流传感器可以是基于霍尔原理的霍尔电流传感器或者磁光效应的光纤电流传感器，在一些使用光纤电流传感器的实施例中，为提高精度，放电回路在光纤电流传感器的光学测量部件上缠绕多匝，以增加响应的磁致伸缩效应。

一些实施例中，在绝缘棒金属触头一端设有支架，支架为绝缘材质，与绝缘棒活动连接、固定连接或者可拆卸连接，用于在持续放电期间避免始终由作业人员手持放电。

一些实施例中，为降低整体电路总耗电量和保证安全，短路开关为双稳态磁保持开关，用于保证开始放电时，由短路开关保证放电回路为高阻状态，放电临近结束时切换放电回路为短路状态，放电完毕后手动或者自动切换为高阻状态。

一些实施例中，所述绝缘棒外设有单稳态电致变色指示器，这种电致变色指示器在通电时根据电压或者电流的大小改变颜色，在停止通电后恢复原有颜色，以提示当前的放电状态。单稳态电致变色指示器的电致变色材料包括如WO₃等无机电致变色材料或如聚苯胺等有机电致变色材料。

本发明的一些实施例中，控制模块包括电池作为电源，对于上述各个技术方案的一些改进的实施例中，控制模块包括作为电源的超级电容器，超级电容器通过放电电流提供的能量充电后，为短路开关、电流测量装置、声光报警器或者单稳态电致变色指示器供电，以提高便携式自动放电棒的安全可靠性能。

本发明带来的有益效果是：使用高阻与短路线并联的方式设置放电回路，并配置了电流测量装置和由控制模块和短路开关构成的自动切换装置，将短路开关的一个常闭触点设置在高阻侧，使其有放电电流测试和自动切换功能。放电初期通过高阻对试品放电，同时测量泄露电流大小，当泄露电流减小到一定阈值后，切换短路开关动作将放电回路切换到短路线侧，加快放电速度，对放电是否充分有明显判据，无放电电流时即可认为放电充分，同时发出声光报警提示放电完成。另外本发明端部装设了小型支架，使放电棒现场放置困难问题得到了解决。经过实际验证，在放电工作比较大的工作场合可以大大节省放电时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为图1实施例的电路原理示意图；

图3为图1实施例中声光报警器的电路原理示意图；

图4为本发明实施例二的结构示意图；

图5为图4实施例的电路原理示意图；

图6为图4实施例中控制模块电路示意图；

其中，10、绝缘棒，11、金属触头，12、软导线，13、接地夹头，14、支架，15、电源开关，20、高压电阻，21、控制模块，22、短路开关，23、电流测量装置，24、声光报警器，25、单稳态电致变色指示器。

具体实施方式

首先要说明的是，现有的放电棒为保证放电瞬间冲击电流不损坏电气设备，都是先通过高阻放电再进行直接对地放电，但是需要改变接触点，且直接对地放电时，由于放电棒本身没有固定点，依靠接地点碰触试品放电不能保证有效接触。且现有的放电棒怕潮，应放在干燥的地方，但由于现场条件所限，一般将放电棒倚靠在附近构架上，经常出现放不稳倾倒现象或者直接放到地上，造成绝缘损坏等安全隐患。

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明技术方案，以便本领域技术人员理解并根据本发明提供思路予以实施和进一步改进。

实施例一

如图1、2、3、4所示，本实施例是一种便携式自动放电棒，其本体为玻璃纤维材质的绝缘棒10，绝缘棒10有多节，可以是伸缩结构或者拼接结构，绝缘棒10顶端一节设有金属触头11和与金属触头11连接的放电端，软导线12的一端与放电端固定连接或者可拆卸连接，另一端与接地夹头13连接。金属触头11连接高压电阻20后先穿过电流测量装置23再串入声光报警器24与接地夹头13连接，电流测量装置23为有源霍尔电流传感器，电流测量装置23的输出端与控制模块21的第一输入端连接。控制模块21的第一输出端与短路开关22的控制端连接，短路开关22的输出端为常开触点K1，常开触点与高压电阻20的两端并联。开关K0为电源开关15，与控制模块21的第二输入端连接，用于启动控制模块21内部的电源。控制模块21的第二输出端与设置在绝缘棒10外壁的单稳态电致变色指示器25的控制端连接。

本实施例中，电流测量装置23用于测量所述金属触头11与接地夹头13之间通过的电流，包括K1开路时的电流和K1短路时的电流，当电流测量装置测量23到上述电流的值小于一个阈值时，所述控制模块21控制所述短路开关22的输出端将高压电阻20两侧短路。

本实施例中，绝缘棒10顶端一节设有支架14，用于将金属触头11支离地面，同时保持绝缘棒10位置固定。

本实施例的声光报警器24中，端子1与高压电阻20和短路开关22远离金属触头11的一个公共端连接，端子2通过软导线12和接地夹头13与地连接；端子3和端子4与控制模块21连接；光耦T1的二极管串入端子1、2之间，光耦T1的输出端一个通过发光二极管D2与端子4连接，另一个分为两支，其中一支通过电阻R1与端子3连接，另一支通过蜂鸣器M1与端子4连接；端子3与端子4之间还串有发光二极管D3和限流电阻R2。该电路用于实现以下功能：1）端子3和端子4上电后，D3作为电源指示发光；2）端子1和端子2之间有电流流过时，D2作为放电提示发光；3）端子1和端子2之间无电流通过时，D2不发光，但蜂鸣器M1提示无电流。该电路仅用于说明本实施例中声光报警器24的工作逻辑并提供参考电路，本领域技术人员可以根据上述电路逻辑通过不同的电路结构实施本发明上述构思。

本实施例中，短路开关22为双稳态磁保持开关，仅在状态变化时需要提供电源，状态切换后通过磁力保持各个输出触点的状态，从而降低控制模块21的功率损耗。具体的，可选用如中国专利CN205752032U中所述磁保持高压直流继电器，对该类磁保持高压直流继电器，可以进一步选择在陶瓷罩内设置有如真空开关管的真空腔结构的型号，其真空度大于133Pa，动、静触点开路间距大于3mm，可提高耐压至10kV以上。

本实施例中，单稳态电致变色指示器25环绕绝缘棒10外壁设置，可以在各个方向观察其颜色状态。单稳态电致变色指示器25从外到内分为透明保护层、透明导体层、离子存储层、离子导体层、电变色层、透明导体层和保护层，其中两个透明导体层分别与控制模块21的输出端连接，接收其控制电压，电压变化值在-0.5至2.5V之间，精度≤0.2%，离子导体层选用H₂SO₄溶剂型，电变色层选用聚苯胺型电致变色材料，可以根据输入电压在黄、褐、蓝之间变化，可视角大于170°，变色响应时间小于0.5s，功耗小于20mW。离子存储层、离子导体层、电变色层之间各层的顺序可以调整以便适合不同的生产工艺。

本实施例的控制模块21包括的低功耗的单片处理器、电源和外围电路，其中单片处理器被配置为实现以下功能：

步骤一，当试品自放电阶段完成后需要继续放电时，打开电源开关15，指示灯D3常亮提示上电，蜂鸣器M1发声提示自检正常，K1开路，单稳态电致变色指示器为正常黄色。

步骤二，当作业人员手持绝缘棒10将金属触头11接近试品时，开始间隙放电，D2提示放电正常，蜂鸣器M1不发声，以便作业人员听取间隙放电的声音，如果声音嘈杂，放电期间可通过观察单稳态电致变色指示器25颜色手动调整间隙距离，其颜色可以根据放电电流从小到大在黄绿色和褐色之间改变；间隙放电结束后，电流消失，单稳态电致变色指示器恢复为黄色，蜂鸣器M1再次发声提示可以进入高阻放电阶段。

步骤三，当作业人员将金属触头11直接接触试品时，开始高阻放电，控制模块21始终监视放电电流，当放电电流小于设定的一个阈值时，控制K1闭合导通，将高压电阻20短路，并自动进入接地放电状态。

步骤四，当步骤三过程中出现金属触头脱离试品等意外中断时，通过K0重启控制模块21，继续步骤三即可。

上述步骤和功能较为简单，为进一步降低功耗，可以使用模拟电路对单片处理器进行替换。

实施例二

如图4、5、6所示，本实施例是一种便携式自动放电棒，与实施例一的区别在于，本实施例不设置单独的电池，以实现存放和使用的安全性，同时降低使用上的时间成本，因此控制模块21中设有作为电源的超级电容器；并另外设有多组高压电阻20和短路开关22形成的放电切换电路，当放电回路R21、R22串联时，总放电电阻最大，当K1、K2均为导通状态时，放电电阻最小，当R21>R22时，可以有从大到小R21+R22、R21、R22、0四档的总放电电阻。声光报警器24为环绕的绝缘棒10的低功耗OLED和绝缘棒10内置的蜂鸣器。

本实施例中控制模块21包括并联的限压模块、放电模块和储能模块，其中限压模块用于限制输入控制模块21的电压，放电模块用于为金属触头和接地夹头之间提供可控的放电回路，储能模块包括依次连接的充电控制单元、由相同超级电容器串联组成的超级电容器组以及放电控制单元，每个超级电容器并联有均压模块以防止充电不均影响超级电容器寿命。作为一个示范的，控制模块21具有如下的电路连接结构：端子1与高压电阻20和短路开关22远离金属触头11的一个公共端连接，端子2通过软导线12和接地夹头13与地连接；电阻R与二极管D1形成限压模块，当D1两端电压大于24V时，其可恢复的击穿；端子1通过二极管D2后为C充电，C充电到一个限定值后导通场效应管Q形成放电回路，C为内部包含多个超级电容器串联成超级电容器组的储能模块，超级电容器可选用Maxwell TechnologiesInc.出品的BCAP0350系列产品，单体电容大于120F，额定电压2.7V，充电控制单元选用Intersil的ISL78268为超级电容器组提供恒流恒压充电，启动电压小于6V，放电控制单元选用使用μModule技术的LTM8026提供宽输入电压范围的恒压输出；D2和场效应管Q组成的放电模块可以由其他功能类似的电路替换，以实现可控的切换为C充电状态和为试品放电状态；U1为三端稳压单元，用于向U2提供低纹波的电压以保证其稳定工作，额定输出3.3V，当U2功能通过多个比较器电路的组合替代时，可以省略；U2为通用低功耗单片处理器，待机功耗小于5mA，最低保持电压小于1.8V，其中U2的输出端子3和GND与K1的控制端连接，输出端子4和GND与K2的控制端连接，输出端子5和GND与单稳态电致变色指示器25的输入端连接，输入端子6和GND与电流测量装置23的输出端连接实时监测放电电流。

本实施例中R21选用10MΩ电阻，K1为常闭触点，R22选用1MΩ电阻，K2为常开触点，适用于10KV至110KV试品，本实施例可以实现如下的放电作业方法：

步骤一，试品自放电后，作业人员持本实施例接近试品，开始间隙放电，放电回路为间隙、R21和电容C，当对C充电到一个值后，U2工作并控制声光报警器24以及单稳态电致变色指示器25输出，提示控制模块21工作正常，并提示电流大小。如果选用6个350F2.7V超级电容器串联，电容C充电至12V，大约具有7kJ能量，U2和器连接负载最大功率为6W，理想情况可维持U2和其负载正常工作时间大于10分钟，根据测试，实际维持正常工作时间约为2到3分钟。

步骤二，当声光报警器24和/或单稳态电致变色指示器25提示工作正常后，将本实施例的金属触头11直接接触试品，此时电流增加，控制模块21控制K1断开，使得放电回路总电阻为11MΩ。

步骤三，当放电电流小于设定阈值时，控制K1、K2触点均处于导通状态，形成接地回路，开始接地放电，直到放电完毕。

根据上述步骤，由于在自放电阶段后不再更换放电设备，同时本本实施例自有放电电流提示功能，不需要钳表始终测量放电电流，当使用多个本实施例对如高压线缆等存在多个放电点的试品时，可有效提高作业效率。

依据上述电路原理最终放电后，如果场效应管Q源-漏级之间内阻较大，试品可能有一个残留电压，该电压不大于场效应管Q导通电压，本领域技术人员可以对相关电路进行进一步改进以改善该问题。

Claims (10)

1.一种便携式自动放电棒，包括设置在绝缘棒一端的金属触头和通过软导线与金属触头连接的接地夹头，其特征在于：软导线与金属触头之间串联有高压电阻和电流测量装置，所述电流测量装置的输出端与控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与短路开关的控制端连接，所述短路开关的输出端与所述高压电阻并联。

2.根据权利要求1所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：所述电流测量装置用于测量所述金属触头与接地夹头之间通过的电流，当电流测量装置测量到上述电流的值小于一个阈值时，所述控制模块控制所述短路开关的输出端将所述高压电阻短路。

3.根据权利要求1所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：包括声光报警器。

4.根据权利要求3所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：所述声光报警器串联在电流测量装置与接地夹头之间。

5.根据权利要求1所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：电流测量装置包括非接触式电流传感器，所述电流传感器卡装在所述高压电阻与所述接地夹头之间的导线上。

6.根据权利要求1所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：包括设在绝缘棒金属触头一端的支架。

7.根据权利要求1所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：所述短路开关为双稳态磁保持开关。

8.根据权利要求1所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：所述绝缘棒外设有单稳态电致变色指示器。

9.根据权利要求8所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：所述单稳态电致变色指示器的电致变色材料包括WO₃或聚苯胺。

10.根据权利要求1至9任一项所述的一种便携式自动放电棒，其特征在于：所述控制模块包括作为电源的超级电容器。

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