CN202183174U - 一种电缆故障模拟测试箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电缆故障模拟测试箱，包括箱体，箱体内设置有与三相四线制交流电对应的四条相导线，箱体前面板上安装有与每条相导线两端对应电连接的首端子和尾端子，每条相导线中依次电连接有安装在箱体背面板上的使所连接相导线与大地电连接的接地开关、使所连接相导线断路的断线开关和使所连接相导线与其他相导线短路的短路开关。箱体内还安装有控制电路，控制电路的信号输入端与接地开关、断线开关和短路开关的状态触点对应电连接，箱体上还安装有与控制电路输出端对应电连接的显示屏。采用本结构的电缆故障模拟测试箱，结构合理，能够模拟电缆现场故障，方便维护人员训练，且有助于提高维护效率，特别适合电力维护人员使用。

Description

一种电缆故障模拟测试箱

技术领域

本实用新型涉及一种电缆故障模拟测试箱。

背景技术

在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中，三相分别代表A、B、C三相，或称U、V、W三相，不分裂，另一条是中性线N。中性线N是区别于零线的一条相线。在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。在三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的，故称三相四线制。在380V低压配电网中为了从380V线间电压中获得220V相间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。

在三相四线制的低压配电网运行中，经常发生的各种故障主要有：U相接地、U相高阻接地、V相接地、V相高阻接地、W相接地、W相高阻接地、N相接地、N相高阻接地、UV相间短路、UV相间高阻短路、UW相间短路、UW相间高阻短路、UN相间短路、UN相间高阻短路、VW相间短路、VW相间高阻短路、VN相间短路、VN相间高阻短路、WN相间短路、WN相间高阻短路、U相断线、V相断线、W相断线和N相断线，一共24种常见故障。

    在现场检测维护时，要求能够准确、快速地判断故障原因，以便做出相应维护。但在实际工作中，由于没有专用的电缆故障训练设备，导致维护人员不能及时、准确地做出故障判断，现场故障维护效率偏低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足提供一种结构合理，能够模拟电缆现场故障，方便维护人员训练，且有助于提高维护效率的电缆故障模拟测试箱。

为解决上述技术问题，本电缆故障模拟测试箱的结构特点是：包括箱体，箱体内设置有与三相四线制交流电对应的四条相导线，箱体前面板上安装有与每条相导线两端对应电连接的首端子和尾端子，每条相导线中依次电连接有安装在箱体背面板上的使所连接相导线与大地电连接的接地开关、使所连接相导线断路的断线开关和使所连接相导线与其他相导线短路的短路开关。

本结构的电缆故障模拟测试箱是通过开关控制结构来实现能够模拟电缆现场故障，方便维护人员训练，且有助于提高维护效率的。

开关控制结构主要包括设置在箱体内的四条相导线和设置在箱体上的接地开关、断线开关和短路开关，以及首端子和尾端子。其中，接地开关、断线开关和短路开关与相导线中部依次对应电连接，首端子和尾端子与相导线的端部对应电连接。接地开关的主要作用，是将接地开关所连接的相导线与大地直接电连接在一起，或通过高电阻电连接在一起，这样就模拟了相导线的接地或高阻接地状态。断线开关串接在所连接相导线中，断线开关的主要作用是控制所连接相导线的连通和断开，这样就模拟了相导线的断线状态。短路开关的主要作用，是将所连接的相导线分别与其他三根相导线直接电连接或通过高电阻电连接，这样就模拟了相间短路和相间高阻短路状态。这样，通过设置上述接地开关、断线开关和短路开关的工作状态，即可设置对应相导线的各种故障状态，也就模拟了三相四线制供电线路中的各种故障状态。并可以通过检测相导线端部电连接的首端子和尾端子，来判断相导线本身或相导线之间的各种电路故障，起到了训练维护人员的作用，有助于提高现场维护效率。

作为改进，箱体内还安装有控制电路，控制电路的信号输入端与接地开关、断线开关和短路开关的状态触点对应电连接，箱体上还安装有与控制电路输出端对应电连接的显示屏。 

在箱体内设置控制电路，可以采集接地开关、断线开关和短路开关状态触点的触点状态，这样，接地开关、断线开关和短路开关所设置的电缆故障便都存储到控制电路内。训练完毕时，控制电路将各个电缆故障输送到显示屏上显示出来，然后对比训练人员的检测结果，即可得出训练成绩，有助于帮助训练人员提升技术水平。

作为一种实现方式，所述控制电路包括输出端与显示屏对应电连接的显示处理器，显示处理器的输入端通过数据选择器分别与接地开关、断线开关和短路开关的状态触点对应电连接。

显示处理器是本控制电路的核心，其主要作用是采集接地开关、断线开关和短路开关的开关状态，也就是前述触点状态，并将采集的状态信息输送到显示屏显示出来。其中，显示处理器的输入端是通过数据选择器进行采集接地开关、断线开关和短路开关的开关状态的。数据选择器可以采集多路数据而占用显示处理器较少的输入端口，特别适合采集大量开关状态信息。

作为改进，箱体的前面板上安装有与控制电路输入端对应电连接的开始按钮、停止按钮和复位按钮，相导线中串接有由控制电路控制的停止开关。

在设置好模拟电缆故障后，可以通过按下开始按钮开始进行计时检测，通过按下停止按钮停止计时检测，通过按下复位按钮查看计时检测时间，这样检测人员在训练时，就可以掌握自己检测的时间，有助于提高检测水平。在检测人员按下停止按钮时，控制电路还会控制停止开关切断相导线，这样，检测人员就无法准确检测电缆故障。这个功能适合在检测人员的检测比赛时使用，避免了停止计时后检测人员继续进行检测的现象，有助于保证比赛公平性。

作为进一步改进，箱体上还安装有与控制电路输入端对应电连接的时间开关。

通过操作时间开关，检测人员可以进行计时检测时间的设置，如果提前检测完毕，通过按下停止按钮可以停止计时，并切断相导线。如果检测人员没有提前完成检测，则计时检测时间结束时，控制电路将自动控制切断相导线，计时检测结束。

作为改进，箱体前面板上还安装有与控制电路输出端对应电连接的喇叭。

在箱体上安装喇叭，控制电路可以根据检测人员按下的不同按钮发出不同声音，比如：“检测开始”、“检测结束”等。控制电路还可以自动根据检测进程，控制喇叭发出“倒计时提示”等声音提示，有助于检测人员及时掌握检测进程，更加人性化。

作为一种实现方式，所述控制电路还包括输入端与开始按钮、停止按钮和复位按钮对应电连接的比赛处理器，比赛处理器的输入端与时间开关对应电连接，比赛处理器的输出端控制喇叭和停止开关工作。

在控制电路中设置比赛处理器和显示处理器，可以将故障信息的采集及显示、检测或比赛的语音提示分别由不同的处理器来处理，这样，有助于提高本电缆故障模拟测试箱的工作可靠性。

作为改进，箱体上还安装有与比赛处理器输出端对应电连接的数码管。

在进行检测或比赛时，比赛处理器可以将倒计时信息通过数码管显示出来，非常方便。

综上所述，采用本结构的电缆故障模拟测试箱，结构合理，能够模拟电缆现场故障，方便维护人员训练，且有助于提高维护效率，特别适合电力维护人员使用。

附图说明

结合附图对本实用新型做进一步详细说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型故障设置、采集及显示部分的电气原理图；

图3为本实用新型检测或比赛部分的电气原理图。

图中：1为箱体，2为相导线，3为首端子，4为尾端子，5为接地开关，6为断线开关，7为短路开关，8为控制电路，9为显示屏，10为开始按钮，11为停止按钮，12为复位按钮，13为停止开关，14为喇叭，15为显示处理器，16为数据选择器，17为时间开关，18为比赛处理器，19为数码管，U1为U相首端子，U0为U相尾端子，V1为V相首端子，V0为V相尾端子，W1为W相首端子，W0为W相尾端子，N1为N相首端子，N 0为N相尾端子，R1-R15为电阻，C为电容，GD为光电耦合器，T1-T2为三极管，KM1-KM3为继电器，YY为语音芯片。

具体实施方式

如图1所示，该电缆故障模拟测试箱包括箱体1，箱体1为长方体，箱体1内设置有与三相四线制交流电对应的四条相导线2，图中只画出了U相相导线。箱体1前面板上安装有与每条相导线2对应的首端子3和尾端子4，首端子3和尾端子4与对应相导线2两端对应电连接在一起。如图2所示，首端子3和尾端子4包括，U相首端子U1，U相尾端子U0，V相首端子V1，V相尾端子V0，W相首端子W1，W相尾端子W0，N相首端子N1和N相尾端子N0。箱体1背面板上安装有与每条相导线2对应的接地开关5、断线开关6和短路开关7。接地开关5、断线开关6和短路开关7依次电连接在对应的相导线2上。接地开关5的主要作用，是将接地开关5所连接的相导线2与大地直接电连接在一起，或通过高电阻电连接在一起，这样就模拟了相导线2的接地或高阻接地状态。断线开关6串接在所连接相导线2中，断线开关6的主要作用是控制所连接相导线2的连通和断开，这样就模拟了相导线2的断线状态。短路开关7的主要作用，是将所连接的相导线2分别与其他三根相导线2直接电连接或通过高电阻电连接，这样就模拟了相间短路和相间高阻短路状态。这样，通过设置上述接地开关5、断线开关6和短路开关7的工作状态，即可设置对应相导线2的各种故障状态，也就模拟了三相四线制供电线路中的各种故障状态。并可以通过检测相导线2端部电连接的首端子3和尾端子4，来判断相导线2本身或相导线2之间的各种电路故障，起到了训练维护人员的作用，有助于提高现场维护效率。

箱体1内还安装有控制电路8，控制电路8的信号输入端与接地开关5、断线开关6和短路开关7的状态触点对应电连接，箱体1上还安装有与控制电路8输出端对应电连接的显示屏9。 

如图2所示，所述控制电路8包括输出端与显示屏9对应电连接的显示处理器15，显示处理器15的输入端通过数据选择器16分别与接地开关5、断线开关6和短路开关7的状态触点对应电连接。

在箱体1内设置控制电路8，可以采集接地开关5、断线开关6和短路开关7状态触点的触点状态，这样，接地开关5、断线开关6和短路开关7所设置的电缆故障便都存储到控制电路8内。训练完毕时，控制电路8将各个电缆故障输送到显示屏9上显示出来，然后对比训练人员的检测结果，即可得出训练成绩，有助于帮助训练人员提升技术水平。显示处理器15是本控制电路的核心，其主要作用是通过数据选择器16采集接地开关5、断线开关6和短路开关7的开关状态，也就是前述触点状态，并将采集的状态信息输送到显示屏9显示出来。在本实施例中，显示处理器15采用STC89C58芯片，数量为一片，数据选择器16采用74HC151芯片，数量为三片，74HC151芯片是8选1数据选择器，这样，三片74HC151芯片总共就可以采集电缆故障中常出现的24个故障信号。在本实施例中，接地开关5、断线开关6和短路开关7采用三档位船型开关，分别为上档位、空档位和下档位。船型开关上设置有两个触点，分别为设置在上方的动作触点和位于下方的状态触点。动作触点是实现相导线间或相导线与地实现电连接的触点，状态触点是跟随动作触点同步动作而实现数据选择器16的输入端与信号地之间电连接的触点，也就是说，通过设置动作触点的状态来设置24个电缆故障，同时通过状态触点的状态来向数据选择器16反馈触点状态。在图2中，第一片数据选择器16输入端电连接的四个船型开关，也就是图2左上方的四个船型开关为接地开关5。这四个接地开关5分别用来控制U相、V相、W相和N相的直接接地或通过电阻R1-R4接地的高阻接地。图2中所示的四个接地开关5的触点状态分别为，U相高阻接地且第一片数据选择器16的第4引脚被置0、V相不接地且第一片数据选择器16的第1、2引脚被悬空、W相直接接地且第一片数据选择器16的第14引脚被置0、N相不接地且第一片数据选择器16的第12、13引脚被悬空。同样道理，第二片数据选择器16电连接的四个船型开关，也就是图2左下角的四个船型开关，和第三片数据选择器16的1-4引脚电连接的两个船型开关，也就是图2右侧的两个船型开关为短路开关7。图2中所示的六个短路开关7的触点状态分别为，UV相高阻短路、UW相不短路、UN相直接短路、WV相不短路、VN相高阻短路、WN相不短路。第三片数据选择器16的12-15引脚所电连接的四个船型开关，也就是图2右下角的四个船型开关为断线开关6。图2中所示的四个断线开关6的触点状态分别为，U相不断线、V相断线、W相不断线、N相断线。

工作时，STC89C58芯片通过向74HC151芯片的A、B、C地址端也就是74HC151芯片的9、10、11引脚顺序送入地址，以确定选择了那一片74HC151芯片，然后74HC151芯片将其I0~I7端口也就是74HC151芯片的1-4、12-15引脚所采集来的数据通过第5引脚顺序送给STC89C58芯片。STC89C58芯片接收到信号后，将所设置电缆故障的图形、汉字等信息输送给显示屏9显示出来。

如图1所示，箱体1的前面板上设有开始按钮10、停止按钮11、复位按钮12和时间开关17，相导线2中串接有由控制电路8控制的停止开关13，箱体1前面板上还安装有通过语音芯片YY及三极管T1与控制电路8输出端对应电连接的喇叭14。如图3所示，在本实施例中，所述控制电路8包括输入端与开始按钮10、停止按钮11、复位按钮12和时间开关17对应电连接的比赛处理器18，比赛处理器18采用8051芯片，比赛处理器18的输出端控制停止开关13和喇叭14的工作。这样，在控制电路8中就包括有比赛处理器18和显示处理器15两个处理器，分别用来处理设置电缆故障信息后的信息采集及显示、故障检测或比赛中的语音提示等，有助于提高该电缆故障模拟测试箱的工作可靠性。

具体而言，在设置好模拟电缆故障后，可以通过按下开始按钮10向比赛处理器18发送一个开始测试的信号，然后比赛处理器18便开始比赛计时，并驱动喇叭14发出“比赛计时开始”的语音提示。当比赛选手在规定时间内提前完成故障检测项目时，可以通过按下停止按钮11来向比赛处理器18发送停止计时信号，此时，比赛计时停止，检测时间被保存。当按下复位按钮12时，比赛处理器18驱动喇叭14发出“检测时间为…”的语音提示，以便了解比赛时间。这样检测人员在训练时，也可以通过语音提示掌握自己检测的时间，有助于提高检测水平。在检测人员按下停止按钮11时，比赛处理器18还会控制停止开关13切断相导线2，这样，检测人员就无法继续检测电缆故障。这个功能主要是通过与比赛处理器18的34引脚电连接的光电耦合器GD和三极管T2通过驱动继电器KM1-KM3来实现的。KM2和KM3的的八个常闭触点KM2-1、KM2-2、 KM2-3和KM2-4，以及KM3-1、KM3-2、 KM3-3和KM3-4分别串接在四根相导线2的两端，这样就保证了首端子3和尾端子4与相导线2、接地开关5、断线开关6和短路开关7的隔离，检测人员也就不能准确测得电缆故障设置状态。这个功能适合在检测人员的检测比赛时使用，避免了停止计时后检测人员继续进行检测的现象，有助于保证比赛公平性。

在本实施例中，箱体1上还安装有与比赛处理器输入端对应电连接的时间开关17，箱体1上还安装有与比赛处理器18输出端对应电连接的数码管19。通过操作时间开关17，检测人员可以进行计时检测时间的设置，如果提前检测完毕，通过按下停止按钮11可以停止计时，并切断相导线2。如果检测人员没有提前完成检测，当设定的计时检测时间到来时，比赛处理器18也会将自动控制切断相导线2，计时检测结束。计时检测中的剩余时间，会由比赛处理器18通过数码管驱动芯片SM驱动数码管19显示出来，这样，检测人员就能更方便地掌握时间，有助于培养检测人员的检测时间观念，提高相关技术水平。在本实施例中，数码管驱动芯片SM采用74HC164芯片。

Claims (8)

1.一种电缆故障模拟测试箱，其特征是：包括箱体（1），箱体（1）内设置有与三相四线制交流电对应的四条相导线（2），箱体（1）前面板上安装有与每条相导线（2）两端对应电连接的首端子（3）和尾端子（4），每条相导线（2）中依次电连接有安装在箱体（1）背面板上的使所连接相导线（2）与大地电连接的接地开关（5）、使所连接相导线（2）断路的断线开关（6）和使所连接相导线（2）与其他相导线短路的短路开关（7）。

2.如权利要求1所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：箱体（1）内还安装有控制电路（8），控制电路（8）的信号输入端与接地开关（5）、断线开关（6）和短路开关（7）的状态触点对应电连接，箱体（1）上还安装有与控制电路（8）输出端对应电连接的显示屏（9）。

3.如权利要求2所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：所述控制电路（8）包括输出端与显示屏（9）对应电连接的显示处理器（15），显示处理器（15）的输入端通过数据选择器（16）分别与接地开关（5）、断线开关（6）和短路开关（7）的状态触点对应电连接。

4.如权利要求3所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：箱体（1）的前面板上安装有与控制电路（8）输入端对应电连接的开始按钮（10）、停止按钮（11）和复位按钮（12），相导线（2）中串接有由控制电路（8）控制的停止开关（13）。

5.如权利要求4所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：箱体（1）上还安装有与控制电路（8）输入端对应电连接的时间开关（17）。

6.如权利要求5所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：箱体（1）前面板上还安装有与控制电路（8）输出端对应电连接的喇叭（14）。

7.如权利要求4-6任一权利要求所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：所述控制电路（8）还包括输入端与开始按钮（10）、停止按钮（11）和复位按钮（12）对应电连接的比赛处理器（18），比赛处理器（18）的输入端与时间开关（17）对应电连接，比赛处理器（18）的输出端控制喇叭（14）和停止开关（13）工作。

8.如权利要求7所述的电缆故障模拟测试箱，其特征是：箱体（1）上还安装有与比赛处理器（18）输出端对应电连接的数码管（19）。

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