CN203811730U - 一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，包括：中央处理单元、正弦波发生单元、正弦波驱动单元和数据采集单元，正弦波发生单元通过所述中央处理单元产生不同频率正旋波，所述正旋波经过所述正弦波驱动单元加载到被测回路中，所述数据采集单元将被测回路的电压信号转化为所述中央处理单元可识别的数字信号，输入至所述中央处理单元；所述中央处理单元将所述数字信号和所述正弦波驱动单元的电压输出信号进行比较，输出检测结果。通过本系统可以实现多电缆并联交叉断路故障的快速检测。本系统采用低电压交流检测，不会损坏变频器输出功率单元，可以直接带变频器检测。本系统采用可调频率正弦波输出，提高故障检测数据的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气故障检测装置领域，尤其涉及一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统。
背景技术
在电气工程中，大型电气设备应用越来越广泛（例如：大容量变压器、大功率电机），做为电流传输载体的电缆，经常需要多根并联来满足大型电气设备电流载体的载流量需求。当电缆敷设、接线完成后，由于电缆连接两端电气设备电气参数原因，如果想检测电缆相间或交叉短路，则必须将电缆全部拆除，与电气设备隔离后，才能正确检测，对于一个大型电气设备（例如：轧线主轧电机），电缆拆除、接线的工作量相当大，一个班组完成上述工作往往要一天或更多时间。如何快速实现电缆相间交叉短路的检测，则需要一种免拆除的电缆交叉短路检测系统，关键在于如何减小因两端连接设备对电缆电气参数测量的干扰。
实用新型内容
本实用新型提供了一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，该检测系统实现了多电缆并联交叉断路故障的快速检测，提高了系统运行的可靠性，详见下文描述：
一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，包括：中央处理单元、正弦波发生单元、正弦波驱动单元和数据采集单元，所述正弦波发生单元通过所述中央处理单元产生不同频率正旋波，所述正旋波经过所述正弦波驱动单元加载到被测回路中，所述数据采集单元将被测回路的电压信号转化为所述中央处理单元可识别的数字信号，输入至所述中央处理单元；所述中央处理单元将所述数字信号和所述正弦波驱动单元的电压输出信号进行比较，输出检测结果。
所述中央处理单元包括：单片机U1、输入电路、输出电路、复位电路及时钟发生电路；
所述输入电路由电池组RN2、按钮S2-S5组成，给单片机U1提供指令；所述输出电路由3个三极管、3个发光二极管及三个电阻组成，用于指示系统工作状态及被测回路状态；所述复位电路用于程序复位；所述时钟发生电路由电容C1、电容C2及晶振X1组成，提供所述单片机U1工作所需的时钟。
所述正弦波发生单元为：数模转换芯片U2、放大器U4及电池组RN1、电阻R3、电阻R4、电容C4组成的数模转换电路。
所述正弦波驱动单元由放大电路和测量取样电路组成，所述放大电路包括：放大器U5，所述放大器U5的输入端分别连接电阻R5、电阻R6、电阻R19以及电容C5；所述测量取样电路由电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1、二极管D2和电容C6组成。
所述数据采集单元由模数转换芯片U3及模数转换电路组成，所述模数转换电路由电阻R10、电阻R11、电阻R12和电容C7组成。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
1、通过本系统可以实现多电缆并联交叉断路故障的快速检测。
2、本系统采用低电压交流检测，不会损坏变频器输出功率单元，可以直接带变频器检测。
3、本系统采用可调频率正弦波输出，提高故障检测数据的可靠性。
4、本系统采用嵌入式系统设计，电路简洁，技术先进，提高了系统运行的可靠性。
附图说明
图1加载直流电情况下被测回路的简化等效电路图；
图2加载交流电正常情况下被测回路的简化等效电路；
图3加载交流电电缆交叉短路情况下被测回路的简化等效电路；
图4系统电路图；
图5中央处理单元电路图；
图6正弦波发生单元电路图；
图7正弦波驱动电路图；
图8数据采集单元电路图；
图9系统结构框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
由于多电缆并联所连接的两端设备大多为电机、变压器二次侧、变频器、开关等设备，在静态下变压器或电机可以看做一个大型的电抗器，变频器在没有输出的情况下也可以看做一个开关，传统的测量方法使用万用表的电阻挡进行测量（直流测量法），不考虑两端连接设备，正常情况下阻值应为无穷大，如果有交叉短路时阻值为零。但当所连接设备为电机或变压器时，即便是电缆连接方法正确，用万用表测量其阻值也仍为零，所以进行故障判断。
本实施例将实际电路在静态下进行等效电路分析，利用静态下电机或变压器的电感特性，采用交流测量法，在电缆上加载一定频率和幅值的交流电，通过回路内部分电气参数的测量与分析，判断电缆接线方法是否正确。
加载直流电情况下的简化等效电路（见图1，R1、R3为电缆线路内阻；R2为变压器或电机线圈内阻；R4为限流采样电阻），加载直流电时，由于电缆及线圈内阻较小，在测量过程中可以忽略不计，整个回路压降始终在电阻R4上，所以无法对电缆交叉短路进行判定。
加载交流电正常情况下的简化等效电路（见图2，R1、R3为电缆线路内阻；R2为变压器或电机线圈内阻；XL为变压器或电机线圈感抗；R4为限流采样电阻），加载交流电电缆交叉短路情况下的简化等效电路（见图3，R1、R3为电缆线路内阻；R2为变压器或电机线圈内阻；XL为变压器或电机线圈感抗；R4为限流采样电阻）。加载交流电时，由于变压器或电机感抗的存在，正常情况下电压降在XL和电阻R4上，当发生交叉短路的情况下，电压降在电阻R4上，通过加载在整个回路的电压与R4两端电压的分析与比较，即可实现对电缆并联的交叉短路的判定。
参见图4和图9，该免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统包括：中央处理单元、正弦波发生单元、正弦波驱动单元和数据采集单元，正弦波发生单元通过中央处理单元产生不同频率正旋波，正旋波经过正弦波驱动单元加载到被测回路中，数据采集单元将被测回路的电压信号转化为中央处理单元可识别的数字信号，输入至中央处理单元；中央处理单元将数字信号和正弦波驱动单元的电压输出信号进行比较，输出检测结果。
参见图5，该中央处理单元包括：单片机U1、输入电路、输出电路、复位电路及时钟发生电路。输入电路由电池组RN2、按钮S2-S5组成，给单片机U1提供指令。输出电路由3个三极管（D3、D4和D5）、3个发光二极管（D6、D7和D8）及电阻（R15、R16和R17）组成，用于指示系统工作状态及被测回路状态。复位电路由按钮S1、电阻R1、电阻R2、电容C2组成，用于系统程序复位。时钟发生电路有电容C1、电容C2及晶振X1组成，提供单片机工作所必须的时钟。单片机U1为整个系统的核心，系统上电后，读取正弦波发生频率设置按钮S4、S5、S6的状态，根据状态值按照时序给P0端口赋值，同时给P3.5赋值，发光二极管D8亮，允许测试；按下测试按钮S2，读取P2端口值，与预设置（正弦波驱动单元的电压输出信号）比较，当读取值大于预设置时，给P3.6赋值，发光二极管D7亮，表示电缆交叉短路，当读取值小于预设置（正弦波驱动单元的电压输出信号）时，给P3.7赋值，发光二极管D6亮，表示电缆接线正确；按下停止按钮S3，检测结束。
参见图6，正弦波发生单元由数模转换芯片U2、放大器U4及电池组RN1、电阻R3、电阻R4、电容C4组成的数模转换电路，电池组RN1与数模转换芯片U2连接，数模转换芯片U2读取P0端口数值，将P0端口数字量转换成模拟量，由于P0端口数值是按正弦波时序变化的，所以数模转换电路的输出为正弦波。数模转换芯片U2的输出分别连接电阻R3和放大器U4的输入端，放大器U4的输出端接电阻R4和电容C4。
参见图7，正弦波驱动单元由放大电路和测量取样电路组成，放大电路包括：放大器U5，放大器U5的输入端分别连接电阻R5、电阻R6、电阻R19以及电容C5；测量取样电路由电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1、二极管D2和电容C6组成。其中，R7为限流取样电阻，二极管D1、电容C6组成整流滤波电路，二极管D2为限压保护二极管，防止出现过高电压，损坏下一级芯片。被测电缆通过放大器U5的输出端（A）、电阻R7和电阻R8的一端（B）接入故障检测系统。
参见图8，数据采集单元由模数转换芯片U3及模数转换电路组成，模数转换电路由电阻R10、电阻R11、电阻R12和电容C7组成。该数据采集单元将采集到的电压由模拟信号转化为单片机U1可识别的数字信号，输入至单片机U1。
具体实现时，将被测电缆通过A端、B端接入故障检测系统，按下频率设定按钮选择测试用正弦波信号频率，工作指示灯D8亮，按下测试按钮S2，观察测试结果状态指示灯D6、D7，按下停止按钮S3。实际应用时，为了保证数据的正确性，可以选择不同频率正弦波测试信号。
本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，包括：中央处理单元、正弦波发生单元、正弦波驱动单元和数据采集单元，其特征在于，所述正弦波发生单元通过所述中央处理单元产生不同频率正旋波，所述正旋波经过所述正弦波驱动单元加载到被测回路中，所述数据采集单元将被测回路的电压信号转化为所述中央处理单元可识别的数字信号，输入至所述中央处理单元；所述中央处理单元将所述数字信号和所述正弦波驱动单元的电压输出信号进行比较，输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，其特征在于，所述中央处理单元包括：单片机U1、输入电路、输出电路、复位电路及时钟发生电路；
所述输入电路由电池组RN2、按钮S2-S5组成，给单片机U1提供指令；所述输出电路由3个三极管、3个发光二极管及三个电阻组成，用于指示系统工作状态及被测回路状态；所述复位电路用于程序复位；所述时钟发生电路由电容C1、电容C2及晶振X1组成，提供所述单片机U1工作所需的时钟。
3.根据权利要求1所述的一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，其特征在于，所述正弦波发生单元为：数模转换芯片U2、放大器U4及电池组RN1、电阻R3、电阻R4、电容C4组成的数模转换电路。
4.根据权利要求1所述的一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，其特征在于，所述正弦波驱动单元由放大电路和测量取样电路组成，所述放大电路包括：放大器U5，所述放大器U5的输入端分别连接电阻R5、电阻R6、电阻R19以及电容C5；所述测量取样电路由电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1、二极管D2和电容C6组成。
5.根据权利要求1所述的一种免拆除多电缆并联交叉短路故障检测系统，其特征在于，所述数据采集单元由模数转换芯片U3及模数转换电路组成，所述模数转换电路由电阻R10、电阻R11、电阻R12和电容C7组成。
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