CN210894568U - 一种电缆短路故障点位置测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电气检测领域，公开了一种电缆短路故障点位置测量电路，包括电源转换模块、恒流源模块、短路线路接入端子、微电压放大模块和CPU核心模块，所述电源转换模块用于将外接直流电源转化为5V直流电压后给所述微电压放大模块、CPU核心模块和恒流源模块供电，所述恒流源模块用于通过短路线路接入端子向待测电缆输出稳定电流，所述微电压放大模块的输入端与短路线路接入端子连接，输出端与所述CPU核心模块连接。本实用新型可以快速确定电路短路故障点，其电路结构简单，操作方便，可以广泛应用于电力检测维修领域。
Description
技术领域
本实用新型属于电气检测领域，特别是涉及一种电缆短路故障点位置测量电路。
背景技术
电气系统中，电线（电缆）经常埋管或架空穿管敷设，当电线（电缆）的相邻芯线发生短路故障时，需要对电路故障进行排查，确定故障位置以便于维修，传统的短路故障排查方法为通过逐段测量方法，找寻和推测故障点位置，其检测和定位效率低，大大影响了故障排查和维修的速度。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种电缆短路故障点位置测量电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种电缆短路故障点位置测量电路，包括电源转换模块、恒流源模块、短路线路接入端子、微电压放大模块和CPU核心模块，所述电源转换模块用于将外接直流电源转化为5V直流电压后给所述微电压放大模块、CPU核心模块和恒流源模块供电，所述恒流源模块用于通过短路线路接入端子向待测电缆输出稳定电流，所述微电压放大模块的输入端与短路线路接入端子连接，输出端与所述CPU核心模块连接。
所述的一种电缆短路故障点位置测量电路，还包括显示模块，所述显示模块的输入端与所述CPU核心模块连接，用于显示微电压放大模块的输出电压值。
所述恒流源模块包括恒流源芯片LM317，所述微电压放大模块包括电压放大芯片INA212，所述电源转换模块包括电源芯片LM2596。
所述电源转换模块还包括二极管D5-1、瞬态抑制二极管TVS5-1、瞬态抑制二极管TVS5-2、发光二极管LED5-1、发光二极管LED5-2、电解电容C5-1、电解电容C5-3、电容C5-2、电容C5-4、肖特基二极管D5-2、电感L5-1、电阻R5-1和电阻R5-2，所述电源芯片LM2596的引脚IN通过熔断器PTC5-1和二极管D5-1与外接直流电压正极连接，电解电容C5-1、电容C5-2和瞬态抑制二极管TVS5-1并联连接在所述电源芯片LM2596的引脚IN与地之间，所述电阻R5-1和发光二极管LED5-1串联连接后与瞬态抑制二极管TVS5-1并联连接；所述电源芯片LM2596的引脚OUT通过电感L5-1与引脚BACK连接，肖特基二极管D5-2的负极与电源芯片LM2596的引脚OUT连接，正极接地；电感L5-1的输出端通过熔断器PCT5-2后输出5V直流电压；所述电解电容C5-3和电容C5-4并联连接后，连接在电感L5-1的输出端与地之间，所述瞬态抑制二极管TVS5-2连接在熔断器PCT5-2的输出端与地之间，所述电阻R5-2与发光二极管LED5-2串联连接后与瞬态抑制二极管TVS5-2并联连接。
所述微电压放大模块中，电压放大芯片INA212的引脚OUT与CPU核心模块的IO引脚连接，引脚IN+和引脚IN-通过短路线路接入端子与待测电缆两端连接，引脚IN-还通过电阻R31接地，引脚REF和引脚GND接地，引脚V+通过电容C31接地，引脚V+与5V直流电压正极连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种用于电缆短路故障点位置测量电路，其采用恒流源对电路提供直流电流信号，通过电流检测芯片放大电路放大微弱信号再进行采样检测短路线路的电压，可以快速确定电路短路故障点，其电路结构简单，操作方便，可以广泛应用于电力检测维修领域。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种电缆短路故障点位置测量电路的原理框图；
图2为本实用新型实施例中电源转换模块的电路原理图；
图3为本实用新型实施例中微电压放大模块的电路原理图；
图4为本实用新型实施例中恒流源模块的电路原理图；
图5为本实用新型实施例中CPU核心模块的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种电缆短路故障点位置测量电路，包括电源转换模块、恒流源模块、短路线路接入端子P2、微电压放大模块和CPU核心模块，所述电源转换模块用于将外接直流电源转化为5V直流电压后给所述微电压放大模块、CPU核心模块和恒流源模块供电，所述恒流源模块用于通过短路线路接入端子P2向待测电缆输出稳定电流，所述微电压放大模块的输入端与短路线路接入端子P2连接，输出端与所述CPU核心模块连接，用于采集短路线路接入端子P2两端的电压值，并进行放大后输出给CPU核心模块。
进一步地，本实施例提供的一种用于电缆短路故障点位置测量电路，还包括显示模块，所述显示模块的输入端与所述CPU核心模块连接，用于显示微电压放大模块的输出电压值。
进一步地，本实施例中，所述恒流源模块包括恒流源芯片LM317，所述微电压放大模块包括电压放大芯片INA212，所述电源转换模块包括电源芯片LM2596，CPU核心模块采用型号为F407的主芯片。
进一步地，如图2所示，所述电源转换模块还包括二极管D5-1、瞬态抑制二极管TVS5-1、瞬态抑制二极管TVS5-2、发光二极管LED5-1、发光二极管LED5-2、电解电容C5-1、电解电容C5-3、电容C5-2、电容C5-4、肖特基二极管D5-2、电感L5-1、电阻R5-1和电阻R5-2，所述电源芯片LM2596的引脚IN通过熔断器PTC5-1和二极管D5-1与外接直流电压正极连接，电解电容C5-1、电容C5-2和瞬态抑制二极管TVS5-1并联连接在所述电源芯片LM2596的引脚IN与地之间，所述电阻R5-1和发光二极管LED5-1串联连接后与瞬态抑制二极管TVS5-1并联连接；所述电源芯片LM2596的引脚OUT通过电感L5-1与引脚BACK连接，肖特基二极管D5-2的负极与电源芯片LM2596的引脚OUT连接，正极接地；电感L5-1的输出端通过熔断器PCT5-2后输出5V直流电压；所述电解电容C5-3和电容C5-4并联连接后，连接在电感L5-1的输出端与地之间，所述瞬态抑制二极管TVS5-2连接在熔断器PCT5-2的输出端与地之间，所述电阻R5-2与发光二极管LED5-2串联连接后与瞬态抑制二极管TVS5-2并联连接。
如图3所示，为微电压放大模块的电路原理图，所述微电压放大模块中，电压放大芯片INA212的引脚OUT与CPU核心模块的IO引脚连接，引脚IN+和引脚IN-通过短路线路接入端子P2与待测电缆两端连接，引脚IN-还通过电阻R31接地，引脚REF和引脚GND接地，引脚V+通过电容C31接地，引脚V+与5V直流电压正极连接。
如图4所示，为恒流源模块的电路原理图。其中，恒流源芯片LM317的引脚Vin与电源转换模块输出的5V直流电压正极连接，引脚Vout通过电阻R32与引脚ADJ连接，待测电缆通过短路线路接入端子P2与恒流源芯片LM317的引脚Vout连接，进而获取0.1A的恒定短路电流。
本实用新型的工作原理和使用方法如下：首先，通过与待测线路的电阻率相同的校准导线对电路进行校准，测量与短路线路同规格的标准长度线路的短路微电压。例如：短路电流（I0）0.1A，标准线路长度（L0）0.5m（往返1m），电阻率（R0）0.01欧/米，其短路线路接入端子P2间的微电压U0=I0*L0*R0=0.001V，微电压放大模块将其其放大1000倍后，输出1V。
再测量接入真实待测短路电缆线路后，微电压放大模块放大后的输出电压U，则短路线路接入端子P2间的微电压为U0=U/1000。由于恒流源模块向校准导线和待测导线的输出电流恒定，则根据U1/U0=L1/L0 的线性关系，可以计算出短路线路的长度L1，由于电缆是两根线缆，则短路位置位于长度L1的一半处。
实施过程中，还可以采用CPU内部温度传感器，测量出电路系统的内部温度，等效代替测量电路系统的温度 ，对测量系统模型，进行温度补偿。假定当前测量值为L1，温度为T，微电压放大模块的电压放大芯片INA212的温漂为10ppm。
补偿值系数k为：
k=10ppm*△T； （1）
其中，△T = T-20℃，标准参考温度是20℃。
约定真值（约定实际长度），即校准后的短路线路位置为：
L=L1*（1—k）。 （2）
电压放大芯片INA212的典型线性精度为0.02% ，通过温度补偿后，线性精度提高至0.01% 。
基于上述线性精度，本系统在INA212，1000倍放大情况下，满量程是100mV，探测线性精度为：100mV *0.01%=10uV。
短路激励电流（LM317）0.1A，对应探测电阻精度为：
10uV÷0.1A=100uΩ=0.1mΩ。
因不同的缆线，材料与截面积不同，故而对应长度精度不一致。
以1mm2纯铜电线为例：国标电阻率17mΩ/m，探测长度精度为：
0.1÷17≈0.0059m=0.59cm 。
以无氧铜网线为例：国标电阻率10mΩ/m，探测长度精度为：
0.1÷10=0.01m=1cm 。
也就是说，在电缆电阻均匀的前提条件下，本实用新型的电路具有较好的定位精度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种电缆短路故障点位置测量电路，其特征在于，包括电源转换模块、恒流源模块、短路线路接入端子、微电压放大模块和CPU核心模块，所述电源转换模块用于将外接直流电源转化为5V直流电压后给所述微电压放大模块、CPU核心模块和恒流源模块供电，所述恒流源模块用于通过短路线路接入端子向待测电缆输出稳定电流，所述微电压放大模块的输入端与短路线路接入端子连接，输出端与所述CPU核心模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种电缆短路故障点位置测量电路，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块的输入端与所述CPU核心模块连接，用于显示微电压放大模块的输出电压值。
3.根据权利要求1所述的一种电缆短路故障点位置测量电路，其特征在于，所述恒流源模块包括恒流源芯片LM317，所述微电压放大模块包括电压放大芯片INA212，所述电源转换模块包括电源芯片LM2596。
4.根据权利要求3所述的一种电缆短路故障点位置测量电路，其特征在于，所述电源转换模块还包括二极管D5-1、瞬态抑制二极管TVS5-1、瞬态抑制二极管TVS5-2、发光二极管LED5-1、发光二极管LED5-2、电解电容C5-1、电解电容C5-3、电容C5-2、电容C5-4、肖特基二极管D5-2、电感L5-1、电阻R5-1和电阻R5-2，所述电源芯片LM2596的引脚IN通过熔断器PTC5-1和二极管D5-1与外接直流电压正极连接，电解电容C5-1、电容C5-2和瞬态抑制二极管TVS5-1并联连接在所述电源芯片LM2596的引脚IN与地之间，所述电阻R5-1和发光二极管LED5-1串联连接后与瞬态抑制二极管TVS5-1并联连接；所述电源芯片LM2596的引脚OUT通过电感L5-1与引脚BACK连接，肖特基二极管D5-2的负极与电源芯片LM2596的引脚OUT连接，正极接地；电感L5-1的输出端通过熔断器PCT5-2后输出5V直流电压；所述电解电容C5-3和电容C5-4并联连接后，连接在电感L5-1的输出端与地之间，所述瞬态抑制二极管TVS5-2连接在熔断器PCT5-2的输出端与地之间，所述电阻R5-2与发光二极管LED5-2串联连接后与瞬态抑制二极管TVS5-2并联连接。
5.根据权利要求3所述的一种电缆短路故障点位置测量电路，其特征在于，所述微电压放大模块中，电压放大芯片INA212的引脚OUT与CPU核心模块的IO引脚连接，引脚IN+和引脚IN-通过短路线路接入端子与待测电缆两端连接，引脚IN-还通过电阻R31接地，引脚REF和引脚GND接地，引脚V+通过电容C31接地，引脚V+与5V直流电压正极连接。
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