CN113593087A - 一种无线智能地线管理防误闭锁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线智能地线管理防误闭锁装置，包括地线桩本体、地线头、光电传感器以及运动单元；其中运动单元包括弹子锁、电磁铁模块和机械解锁装置；所述弹子锁包括弹子锁珠和弹子锁弹簧。本发明同时采用模块化机械设计、无线射频识别技术和LoRa无线通讯技术，不仅保证了悬挂地线的可靠性，同时可实现操作现场接地线状态的实时检测采集；并减少线缆铺设施工量，不受其他设备影响进行长距离无线通讯。
Description
技术领域
本发明属于电力系统中防止电气误操作闭锁技术，具体涉及一种无线智能地线管理防误闭锁装置。
背景技术
在电力系统中，大部分事故都是由于错误操作电气设备造成的。在变电站和电厂中，挂地线是现场检修中一项必要的安全措施，通过在设备来电侧悬挂地线，形成可靠接地点，以保证人身和设备。目前使用的防误闭锁装置中，地线管理机通讯模式大多采用线缆通讯和无线通讯两种模式。在线缆通讯方式下，需要给装置提供电源和通讯而埋设大量线缆，施工量很大；在无线通讯方式下，由于环境复杂，大量电气设备使得无线通讯不稳定。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种无线智能地线管理防误闭锁装置，其优点在于：能够保证悬挂地线的可靠性，同时可实现操作现场接地线状态的实时检测采集；并减少线缆铺设施工量，不受其他设备影响进行长距离无线通讯。
技术方案：本发明包括地线桩本体、地线头、光电传感器以及运动单元，其中运动单元包括弹子锁、电磁铁模块和机械解锁装置；所述弹子锁包括弹子锁珠和弹子锁弹簧；所述地线桩本体自顶面中心向下开设通孔，通孔两侧壁开设对称的弹子锁孔，用于装配弹子锁珠；所述弹子锁珠后方的轴上套设弹子锁弹簧；所述地线头外壁开设一圈环形弹子锁槽，当地线头垂直插入地线桩本体的通孔时，弹子锁珠通过弹子锁弹簧弹入环形弹子锁槽；所述电磁铁模块安装于地线桩本体内部，用以对弹子锁进行锁止；所述光电传感器安装于电磁铁模块，用以检测电磁铁模块的位置变化并上传至外部的控制系统；所述控制系统根据光电传感器传送的信息判断地线桩本体上弹子锁的位置状态，从而检测地线头是否插拔到位；当检测到地线头插拔到位时，控制系统给电磁铁模块通电，电磁铁模块完成锁止动作。
还包括非接触式地线检测模块，用于识别地线头的安装状态，并根据地线头的安装状态将控制系统由待机状态触发至工作状态。
所述非接触式地线检测模块采用射频识别技术进行数据通信，包括RFID标签和阅读器；所述RFID标签胶装于地线头内，阅读器固定于地线桩本体上阅读器窗口后的控制板上，通过阅读器窗口读取RFID标签上的数据；若阅读器能够通过阅读器窗口读取标签腔体内的RFID标签的信息，则表明地线头安装到位。
所述地线桩本体上的通孔为倒置圆锥台式通孔，地线头中间部分设置相应的倒置圆锥台结构；所述地线头的倒置圆锥台结构中部开设一圈内凹的标签腔体，并利用标签封装环将标签腔体封装成密闭的腔体；所述地线头的倒置圆锥台结构外壁位于标签腔体下方的位置开设一圈环形弹子锁槽；环形弹子锁槽用于配合弹子锁。
所述电磁铁模块包括电磁铁安装板，电磁铁安装板一侧装配电磁铁伸缩轴，其另一侧固设电磁铁；所述电磁铁伸缩轴上垂直安装有圆形挡片；所述电磁铁安装板安装有电磁铁伸缩轴的一侧设有光电传感器，圆形挡片位于光电传感器前方；光电传感器检测电磁铁前端伸缩杆处圆形挡片的位置变化。
所述地线桩本体内部设置电磁铁轴支撑柱，电磁铁轴支撑柱间隔设置在弹子锁后方；当所述电磁铁伸缩轴弹出时，电磁铁轴支撑柱从侧面对其支撑；防止过大力矩破坏电磁铁伸缩轴。
所述机械解锁装置安装在地线桩本体内部且位于机械解锁孔后方，包括锁芯外壳，锁芯外壳为空心圆柱形，锁芯外壳底部放置复位弹簧，复位弹簧上方安装有转动滑块，转动滑块外套设导向滑块；所述转动滑块侧面固设有拨杆，拨杆从锁芯外壳侧面部分插入转动滑块，用以推动电磁铁模块运动。
所述锁芯外壳侧面开设回字型槽口，拨杆通过锁芯外壳的回字型槽口插入转动滑块，且拨杆沿回字型槽口运动。
还包括无线通讯LoRa模块，无线通讯LoRa模块的天线安装在地线桩本体外部，用以实现装置与后台的数据传输，实现了低功耗和远距离的统一。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)机械部分地线头采用整体支撑，侧面对称式弹子锁止方式，具备稳定高效的锁止方式以及结构强度；(2)采用非接触式射频识别技术，侧面开窗式的环形读码方式降低了对操作人员的安装要求，提高的工作效率；(3)采用基于LoRa模块的无线通讯技术，实现了低功耗和远距离的统一，减少了现场的施工量，提高的系统智能化程度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中地线桩本体的主视图；
图3为图2沿A-A方向的剖视图；
图4为图2沿B-B方向的剖视图；
图5为图1中地线头的纵向剖面图；
图6为本发明中机械解锁装置的结构示意图；
图7为本发明中机械解锁装置的主视图；
图8为图7沿C-C方向的剖视图；
图9为本发明中机械解锁装置的侧视图；
图10为本发明中电磁铁模块的结构示意图；
图11为本发明中电磁铁模块的左视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的技术方案进行详细介绍。
本发明包括地线桩本体11、地线头14、非接触式地线检测模块、光电传感器52、无线通讯LoRa模块以及运动单元；其中，运动单元包括弹子锁、电磁铁模块34和机械解锁装置；弹子锁包括弹子锁珠31和弹子锁弹簧32。
非接触式地线检测模块用于识别地线头14的安装状态，并根据地线头14的安装状态将外部的控制系统由待机状态触发至工作状态。非接触式地线检测模块采用射频识别技术进行数据通信，包括RFID标签和阅读器；RFID标签胶装于地线头14内，阅读器固定于地线桩本体11上阅读器窗口35后的控制板上，通过阅读器窗口35读取RFID标签上的数据。
如图1和图2所示，地线桩本体11设置成侧面开窗式结构，由金属压铸成型，表面防氧化处理，同时具备防水功能。地线桩本体11上设有机械解锁孔12、本体安装孔13、电源盖板15、指示灯16、天线17。具体地，地线桩本体11正面开设机械解锁孔12，用于在紧急情况下，人为开闭机械解锁孔12。机械解锁装置安装在地线桩本体11内部且位于机械解锁孔12后方。地线桩本体11的四个角开设本体安装孔13，通过本体安装孔13实现地线桩本体11与对应设备的固定安装。电源盖板15安装在地线桩本体11底部，电源盖板15下端开有圆孔，用以接入外部电源。指示灯16可实现双色显示，显示装置闭锁或未闭锁状态。无线通讯LoRa模块的天线17安装在地线桩本体11外部，用以实现装置与后台的数据传输；采用LoRa模块的通讯方案，能够在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一。地线桩本体11自顶面中心向下开设倒置圆锥台式通孔，倒置圆锥台式通孔后方的地线桩本体11上设置阅读器窗口35。
如图3所示，圆锥台式通孔两侧壁开设对称的弹子锁孔，弹子锁孔后方设有用于容纳弹子锁弹簧32的内腔。弹子锁珠31装配在弹子锁孔中，弹子锁珠31的轴伸入内腔，在轴上套设弹子锁弹簧32，弹子锁珠31在外力挤压和弹簧力作用下左右移动。在弹子锁珠31轴的末端开设卡簧槽，卡簧槽中设有卡簧，卡簧的设置可以防止弹子锁从内腔脱落。地线桩本体11内部设置电磁铁轴支撑柱33，电磁铁轴支撑柱33间隔设置在弹子锁后方。电磁铁轴支撑柱33与弹子锁之间的间隙用于供电磁铁模块的电磁铁伸缩轴51活动。当电磁铁伸缩轴51弹出时，电磁铁轴支撑柱33从侧面对其支撑，防止过大力矩破坏电磁铁伸缩轴51。电磁铁模块34安装于地线桩本体11内部，用以对弹子锁进行锁止。
如图5所示，地线头14中间部分设置有与地线桩本体11上的倒置圆锥台式通孔相配合的倒置圆锥台结构。倒置圆锥台结构上方安装蝶形螺母21，蝶形螺母21与地线头14螺纹连接。倒置圆锥台结构中部开设一圈内凹的标签腔体26，并利用标签封装环23将标签腔体26封装成密闭的腔体。非接触式地线检测模块的RFID标签胶装于密闭的标签腔体26内。当地线头14在地线桩本体11中插入到位时，地线头14的标签腔体26处于阅读器窗口35正前方，通过阅读器窗口35可以读取标签腔体26内RFID标签上的数据。倒置圆锥台结构外壁位于标签腔体26下方的位置开设一圈环形弹子锁槽24。通过堵头25将倒置圆锥台结构与地线头14固连。环形弹子锁槽24下方的倒置圆锥台结构设置成锥形斜口结构；当地线头14插入地线桩本体11时，环形弹子锁槽24下端的锥形斜口挤压弹子锁珠31，弹子锁珠31后退挤压后方的弹子锁弹簧32，弹子锁弹簧32发生形变，弹子锁珠31退入内腔，当地线头14到位后弹子锁弹簧32复位，将弹子锁珠31推入环形弹子锁槽24中。
如图6至图9所示，机械解锁装置包括锁芯外壳41、拨杆42、固定支架43、导向滑块44、转动滑块45、复位弹簧46、销轴47、导向槽48。锁芯外壳41为空心圆柱形，锁芯外壳41底部放置复位弹簧46，转动滑块45通过其下端的圆柱形凸台安装在复位弹簧46上方，转动滑块45外套设导向滑块44，转动滑块45侧面设有用以支撑导向滑块44的支撑台。转动滑块45侧面固设有拨杆42，拨杆42从锁芯外壳41侧面部分插入转动滑块45，用以推动电磁铁模块34运动；具体地，锁芯外壳41侧面开设回字型槽口，拨杆42通过锁芯外壳41的回字型槽口插入转动滑块45，且拨杆42沿回字型槽口运动。整个机械解锁装置通过固定支架43安装在地线桩本体11内部。机械解锁钥匙从机械解锁孔12插入机械解锁装置。锁芯外壳41侧面沿纵向开设导向槽48，销轴47穿过导向槽48，其末端焊接在导向滑块44上，销轴47可沿导向槽48上下活动。机械解锁钥匙推动导向滑块44，销轴47在导向槽48中定向运动完成解闭锁过程，同时销轴47可在复位弹簧46作用下自动复位。
如图10和图11所示，电磁铁模块34包括电磁铁伸缩轴51、圆形挡片53、电磁铁安装板54、电磁铁55。电磁铁安装板54一侧装配有电磁铁伸缩轴51，其另一侧固设电磁铁55；整个电磁铁模块34通过电磁铁安装板54用螺栓固定在地线桩本体11内部。电磁铁伸缩轴51上垂直安装有圆形挡片53，圆形挡片53与电磁铁安装板54相平行；电磁铁安装板54安装有电磁铁伸缩轴51的一侧设有光电传感器52，圆形挡片53位于光电传感器52前方。光电传感器52检测其前方电磁铁伸缩轴51处圆形挡片53的位置变化，通过圆形挡片53的位置变化可以反映电磁铁伸缩轴51的位置变化，光电传感器52将检测结果上传至外部的控制系统，外部的控制系统根据电磁铁伸缩轴51的位置变化来判断弹子锁的位置状态，从而检测地线头14拔插是否到位。
如图4和图7所示、机械解锁时，机械解锁钥匙插入机械解锁孔12，转动滑块45在导向滑块44中顺时针转动90°后向下推入(拨杆42沿a→b→f运动)，(带动转动滑块45向下运动)挤压复位弹簧46发生弹性变形，通过拨杆42向下推动圆形挡片53，带动电磁铁伸缩轴51退出锁死位置，此时地线头14可以从地线桩本体11中取出。
机械闭锁时，转动滑块45向下运动，挤压复位弹簧46发生弹性变形后，在导向滑块44中顺时针转动90°后向上抬起(拨杆42沿a→c→d→e运动)；拨杆42向上推动圆形挡片53，带动电磁铁伸缩轴51进入锁死位置，此时地线头14被锁死。
本发明的工作过程如下：地线头14与地线桩本体11配套使用，当地线头14从地线桩本体11上方垂直插入时，环形弹子锁槽24下端的锥形斜口挤压弹子锁珠31，弹子锁珠31后退挤压弹子锁弹簧32，当地线头14到位后弹子锁弹簧32复位，将弹子锁珠31推入环形弹子锁槽24中。此时，标签腔体26中的RFID标签进入阅读器窗口35，控制系统检测到地线头14插拔到位时，控制系统给电磁铁模块34通电，接收信号后电磁铁伸缩轴51弹出，同时带动圆形挡片53弹出，此时，光电传感器52检测电磁铁模块34中圆形挡片53的位置变化并上传至外部的控制系统，电磁铁模块34完成弹子锁的锁止动作。控制系统通过无线通讯LoRa模块将数据上传给后台系统。
Claims (9)
1.一种无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：包括地线桩本体(11)、地线头(14)、光电传感器(52)以及运动单元，其中运动单元包括弹子锁、电磁铁模块(34)和机械解锁装置；所述弹子锁包括弹子锁珠(31)和弹子锁弹簧(32)；
所述地线桩本体(11)自顶面中心向下开设通孔，通孔两侧壁开设对称的弹子锁孔，用于装配弹子锁珠(31)；所述弹子锁珠(31)后方的轴上套设弹子锁弹簧(32)；所述地线头(14)外壁开设一圈环形弹子锁槽(24)，当地线头(14)垂直插入地线桩本体(11)的通孔时，弹子锁珠(31)通过弹子锁弹簧(32)弹入环形弹子锁槽(24)；
所述电磁铁模块(34)安装于地线桩本体(11)内部，用以对弹子锁进行锁止；
所述光电传感器(52)安装于电磁铁模块(34)，用以检测电磁铁模块(34)的位置变化并上传至外部的控制系统；
所述控制系统根据光电传感器(52)传送的信息判断地线桩本体(11)上弹子锁的位置状态，从而检测地线头(14)是否插拔到位；当检测到地线头(14)插拔到位时，控制系统给电磁铁模块(34)通电，电磁铁模块(34)完成锁止动作。
2.根据权利要求1所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：还包括非接触式地线检测模块，用于识别地线头(14)的安装状态，并根据地线头(14)的安装状态将控制系统由待机状态触发至工作状态。
3.根据权利要求2所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：所述非接触式地线检测模块采用射频识别技术进行数据通信，包括RFID标签和阅读器；所述RFID标签胶装于地线头(14)内，阅读器固定于地线桩本体(11)上阅读器窗口(35)后的控制板上，通过阅读器窗口(35)读取RFID标签上的数据。
4.根据权利要求1所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：所述地线桩本体(11)上的通孔为倒置圆锥台式通孔，地线头(14)中间部分设置相应的倒置圆锥台结构；
所述地线头(14)的倒置圆锥台结构中部开设一圈内凹的标签腔体(26)，并利用标签封装环(23)将标签腔体(26)封装成密闭的腔体；
所述地线头(14)的倒置圆锥台结构外壁位于标签腔体(26)下方的位置开设一圈环形弹子锁槽(24)。
5.根据权利要求1所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：所述电磁铁模块(34)包括电磁铁安装板(54)，电磁铁安装板(54)一侧装配电磁铁伸缩轴(51)，其另一侧固设电磁铁(55)；所述电磁铁伸缩轴(51)上垂直安装有圆形挡片(53)，电磁铁伸缩轴(51)可在电磁铁(55)内腔中伸缩运动；所述电磁铁安装板(54)安装有电磁铁伸缩轴(51)的一侧设有光电传感器(52)，圆形挡片(53)位于光电传感器(52)前方。
6.根据权利要求5所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：所述地线桩本体(11)内部设置电磁铁轴支撑柱(33)，电磁铁轴支撑柱(33)间隔设置在弹子锁后方；当所述电磁铁伸缩轴(51)弹出时，电磁铁轴支撑柱(33)从侧面对其支撑。
7.根据权利要求1所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：所述机械解锁装置安装在地线桩本体(11)内部且位于机械解锁孔(12)后方，包括锁芯外壳(41)，锁芯外壳(41)为空心圆柱形，锁芯外壳(41)底部放置复位弹簧(46)，复位弹簧(46)上方安装有转动滑块(45)，转动滑块(45)外套设导向滑块(44)；
所述转动滑块(45)侧面固设有拨杆(42)，拨杆(42)从锁芯外壳(41)侧面部分插入转动滑块(45)，用以推动电磁铁模块(34)运动。
8.根据权利要求6所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：所述锁芯外壳(41)侧面开设回字型槽口，拨杆(42)通过锁芯外壳(41)的回字型槽口插入转动滑块(45)，且拨杆(42)沿回字型槽口运动。
9.根据权利要求6所述无线智能地线管理防误闭锁装置，其特征在于：还包括无线通讯LoRa模块，无线通讯LoRa模块的天线(17)安装在地线桩本体(11)外部，用以实现装置与后台的数据传输。
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