CN212111576U - 一种交、直流一体的组合式验电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高压验电器技术领域，涉及一种交、直流一体的组合式验电器，具体包括金属探头、振动式电容传感器、信号处理单元、验电器外壳、可伸缩绝缘棒、绝缘手柄和声光报警单元。金属探头通过通孔固定于验电器的顶端，声光报警单元位于验电器的底端，方便操作人员获取报警信息；振动式电场传感器和信号处理单元安装在验电器外壳内部；可伸缩绝缘棒和绝缘手柄位于验电器外壳外部底端。本实用新型采用接触式和非接触式的方法对交流线路测量，大大提高了验电结果的可靠性，减少了误报警率；采用非接触式的方法对直流线路测量，实现了交、直流验电器的交互使用，方便、快捷。

Description

一种交、直流一体的组合式验电器

技术领域

本实用新型属于高压验电器技术领域，涉及一种交、直流一体的组合式验电器。

背景技术

高压验电器是检测高压线路和电力设备是否带电的专用安全工具，以确保在停电检修时工作人员的人身安全。目前，电力行业普遍使用的是接触式电容型高压验电器，其工作原理是将流经设备中对地杂散电容的电流大小作为判断带电体是否带电的依据，通过声光报警的形式提醒操作人员。但当接触式探头处于近似于等电位的电场中，其轴向电位梯度较小，工作回路无法启动，即存在验电盲区，产生拒报警现象。非接触式验电器由于避免与带电设备的直接接触，检测距离增长，安全性提高，方法主要有紫外线检测法、线性电光效应法和电场检测法。紫外线检测法只适用于超高压或特高压输电线路；线性电光效应法温度稳定性低，且传感器价格昂贵，成本高。非接触式验电器由于采集的电场强度容易受到周围带电设备的干扰，因此易产出误报警现象。

因此现有技术中的验电器具有成本较高、易产生误报警和拒报警现象、安全性和可靠性不高的缺点。

此外，伴随多端输电与柔性输电技术迅速发展，直流输电系统复杂程度增加，对验电器应用范围的要求也逐渐扩大。目前市面上验电器只能对一种线路判断，检测交流线路或直流线路是否带电。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述背景技术的不足，提供交、直流一体的组合式验电器，能够在直流高压环境下通过非接触式方法判断物体是否带电，在交流高压环境下通过接触式和非接触式方法判断物体是否带电。本实用新型可降低拒报警率和误报警率，可靠、安全、方便、快捷。

本实用新型的技术方案：

一种交、直流一体的组合式验电器，包括金属探头、振动式电容传感器、信号处理单元9、验电器外壳10、可伸缩绝缘棒11、绝缘手柄12和声光报警单元。

所述的验电器外壳10为筒状结构，振动式电容传感器、信号处理单元9和声光报警单元位于验电器外壳10内；验电器外壳10，其顶部中心开有与金属接触电极1底部相匹配的通孔，其底部中心开有与可伸缩绝缘棒11相匹配的通孔。

所述的振动式电容传感器，安装在验电器外壳10的顶部，主要由振子8、定极板2、动极板3和传感器封装外壳15组成；传感器封装外壳15为上下开口的筒状结构，安装在验电器外壳10内的上部，定极板2固定在传感器封装外壳15内的顶部，动极板3固定在传感器封装外壳15内的底部，定极板2和动极板3的侧壁与传感器封装外壳15的内壁固定连接；定极板2与动极板3平行布置，二者均与电场传感器信号输出导线6相连；定极板2上开有与金属接触电极1底部相匹配的通孔；振子8固定在动极板3的下表面，振子8连接振子激励信号线5。

所述的金属探头，主要由金属接触电极1和固定螺丝4组成，通过接触带电体验证其是否存在高压；所述的金属接触电极1为带有圆头的柱形结构，金属接触电极1的下端穿过验电器外壳10顶部和定极板2上的通孔并连接接触式探头信号输出导线7，金属接触电极1的上部位于验电器外壳10外，金属接触电极1与定极板2垂直布置，并通过固定螺丝4将金属接触电极1的底端固定在定极板2上。

所述的信号处理单元9，主要由振子驱动电路、非接触式信号调理电路、接触式信号调理电路和单片机组成，三个电路均与单片机相连；所述的振子驱动电路主要由运算放大器和RC自激振荡电路组成，产生的激励信号通过振子激励信号线5与振子8连接，从而使动极板3产生激励运动；所述的非接触式信号调理电路主要由降压电路、滤波电路和整流电路组成，非接触式信号与电场传感器信号输出导线6相连，用于调理电场传感器输出的感应电压；所述的接触式信号调理电路，主要由限流电路、电流缩放电路和滤波电路组成，接触式信号调理电路与接触式探头信号输出导线7相连。

所述的声光报警单元包括LED灯13和蜂鸣器14，固定在验电器外壳10的底部，LED灯13和蜂鸣器14均与信号处理单元9中单片机的相连，通过单片机控制报警。

所述的可伸缩绝缘棒11安装在验电器外壳10底部的通孔中，所述的绝缘手柄12安装在可伸缩绝缘棒11上，便于操作。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型采用接触式及非接触式方法对交流线路验电，通过对两路电压信号进行逻辑判断，得到待测设备的带电情况，大大提高了验电结果的可靠性与安全系数，解决了电容型验电器误报警的缺点。

(2)本实用新型采用非接触式方法对直流输电线路验电，实现交、直流验电器的交互使用，提高了便携性。

附图说明

图1是本实用新型的验电器结构示意图；

图2是本实用新型的传感器结构示意图；

图3是本实用新型的工作原理图；

图4是本实用新型的振动电容传感器原理图；

图5是本实用新型的交流信号处理流程图；

图6是本实用新型的直流信号处理流程图；

图7是本实用新型的交流验电方法流程图。

图中：1金属探头，2定极板，3动极板，4固定螺丝，5振子激励信号线，6电场传感器信号输出导线，7接触式探头信号输出导线，8振子，9信号处理单元，10验电器外壳，11可伸缩绝缘棒，12绝缘手柄，13LED灯，14蜂鸣器，15传感器封装外壳。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型为一种交、直流一体的组合式验电器，包括金属探头1、振动式电容传感器的定极板2和动极板3、声光报警单元的LED灯13和蜂鸣器14、信号处理单元9、验电器外壳10、可伸缩绝缘棒11和绝缘手柄12。金属探头1位于验电器外壳10的顶端，其下连接振动式电容传感器的定极板2，定极板2和动极板3通过电场传感器信号输出导线6与信号处理单元9连接。声光报警单元位于验电器外壳10底部，组合式验电器的下端为可伸缩绝缘棒11，绝缘手柄12与可伸缩绝缘棒11连接。

如图2所示，金属接触电极1的下端穿过定极板2的通孔并连接接触式探头信号输出导线7，并通过固定螺丝4将金属接触电极1的下端固定在定极板2上。定极板2固定在传感器封装外壳15内的顶部，动极板3固定在传感器封装外壳15内的底部；定极板2和动极板3均与电场传感器信号输出导线6相连；振子8固定在动极板3的下表面，振子8上连接有振子激励信号线5。

如图3所示，为验电器的工作原理图，测交流线路时接触式探头输出信号依次经过限流电路、电流缩放电路和滤波电路后输出至单片机，电场传感器输出信号经过降压电路、滤波电路和全波精密整流电路后输出至单片机。测直流线路时电场传感器感应直流电压信号，振子驱动电路驱动极板3运动，经过降压电路、滤波电路和整流电路后输出至单片机。

如图4所示，为振动电容传感器原理图，振动电容传感器由定极板和动极板构成，动极板3未振动前，处于平衡位置时与定极板2的距离为d₀，工作状态下动极板在位置A和B之间作往复运动，振幅为Δd，当两个电极的间距变化时，极板间的电容也会改变，感应电荷也随之变化，测量传感器电极的电信号即可得高压带电体的电压，从而达到检测带电状态的目的。

信号处理单元9中：振子驱动电路依靠电压信号形成RC自激振荡电路产生正弦波信号，输入到振子提供振动激励，振子带动动极板2在正弦信号的作用下做周期往复振动。非接触式信号调理电路是通过分压电路将输入感应电压降至单片机可接受范围内，经过保护电路后，信号输入至电压跟随器，电压跟随器具有高输入阻抗，低输出阻抗的特性，提高电路的带载能力，再经二阶有源低通滤波，滤除高频杂波的信号经全波精密整流电路整流后输入至单片机中，二阶有源低通滤波可以提高输入阻抗，降低输出阻抗。接触式验电调理电路，限流电阻保护后置电路，当接触式探头接触到带电设备时，电流缩放模块的三极管导通，经过稳压滤波电路输入至单片机。

声光报警单元采用红色LED灯和蓝色LED灯进行光报警，采用蜂鸣器14进行声报警，均位于验电器外壳10底端。报警电路中LED灯13与蜂鸣器14均采用三极管进行驱动。

如图5所示，为本实用新型的交流信号处理流程图，电路通电后，单片机首先对单片机引脚ADC1、ADC2和程序中的定时器TIM1进行初始化，100us中断一次，每次中断读取一次ADC1和ADC2，每一百个数据计算一次有效值，再根据电场传感器输出电压至ADC1的转换系数k1和接触式信号调理电路输出电压至ADC2的转换系数k2，得到电场传感器输出电压U1＝ADC1*k1和接触式信号调理电路输出电压U2＝ADC2*k2，对转换得到的电压U1和U2进行逻辑判断：当U2大于接触式验电阈值电压U_阈时，验电器持续报警15ms，表示接触带电。当U2小于等于接触式验电阈值电压U_阈时，此时判断U1的大小，与实验结果得到的各个距离的报警阈值电压U_0.7、U_0.5、U_0.3、U_0.1进行比较，U_0.7、U_0.5、U_0.3和U_0.1分别表示验电器距待测物体距离为0.7m、0.5m、0.3m和0.1m处验电器的报警阈值电压。如果U1<U_0.7，则不报警，否则根据所处的电压区间产生此相应频率的声光报警信号，U1电压越高，声光报警频率越高。

如图6所示，为本实用新型的直流信号处理流程图，单片机对ADC1和定时器TIM1进行初始化，100us中断一次，每次中断读取一次ADC1，每一百个数据计算一次有效值，根据传感器输出电压至ADC1的转换系数k1，得到电场传感器输出电压U1＝ADC1*k1，对转换得到的电压U1与实验结果得到的各个距离的报警阈值电压U_0.7、U_0.5、U_0.3、U_0.1进行比较，如果U1<U_0.7，则不报警，否则根据所处的电压区间产生此相应频率的声光报警信号，U1电压越高，声光报警频率越高。

如图7所示，为本实用新型的交流验电方法流程图，当本实施例的组合式验电器检测出不同的电压时，发出不同频率的报警，具体警戒值可在系统内设置。测量交流线路时，当本实用新型的组合式验电器距离物体0.1-0.7m时，验电器发出不低于5Hz频率的声光报警，说明物体可能带电，再使用接触式金属探头接触物体，若报警频率降低至2Hz，则说明物体确实带电。否则如果接触物体后验电器仍发出高频的报警声，则被测物体可能不带电，需要检测附近其他物体进行验电以确认待测设备是否不带电。如果验电器距离物体0.1-0.7m的时候，没有发出报警，则物体可能不带电，进一步用接触式金属探头接触物体，如果仍然没有发出报警，则表明物体确实不带电，否则表示物体带电。

测量直流线路时，采用非接触式的方法，当本实用新型的组合式验电器距离物体0.1-0.7m时，验电器发出不低于5Hz频率的声光报警，说明物体可能带电。

本实用新型结构简单，体积小巧便携，同时具备两种验电方式，实现交、直流验电器的交互使用，增强了验电的准确率、安全性与可靠性，进一步保障了操作人员的人身安全。

Claims (1)

1.一种交、直流一体的组合式验电器，其特征在于，所述的交、直流一体的组合式验电器包括金属探头、振动式电容传感器、信号处理单元(9)、验电器外壳(10)、可伸缩绝缘棒(11)、绝缘手柄(12)和声光报警单元；

所述的验电器外壳(10)为筒状结构，振动式电容传感器、信号处理单元(9)和声光报警单元位于验电器外壳(10)内；验电器外壳(10)，其顶部中心开有与金属接触电极(1)底部相匹配的通孔，其底部中心开有与可伸缩绝缘棒(11)相匹配的通孔；

所述的振动式电容传感器，安装在验电器外壳(10)的顶部，主要由振子(8)、定极板(2)、动极板(3)和传感器封装外壳(15)组成；传感器封装外壳(15)为上下开口的筒状结构，安装在验电器外壳(10)内的上部，定极板(2)固定在传感器封装外壳(15)内的顶部，动极板(3)固定在传感器封装外壳(15)内的底部，定极板(2)和动极板(3)的侧壁与传感器封装外壳(15)的内壁固定连接；定极板(2)与动极板(3)平行布置，二者均与电场传感器信号输出导线(6)相连；定极板(2)上开有与金属接触电极(1)底部相匹配的通孔；振子(8)固定在动极板(3)的下表面，振子(8)连接振子激励信号线(5)；

所述的金属探头，主要由金属接触电极(1)和固定螺丝(4)组成，通过接触带电体验证其是否存在高压；所述的金属接触电极(1)为带有圆头的柱形结构，金属接触电极(1)的下端穿过验电器外壳(10)顶部和定极板(2)上的通孔并连接接触式探头信号输出导线(7)，金属接触电极(1)的上部位于验电器外壳(10)外，金属接触电极(1)与定极板(2)垂直布置，并通过固定螺丝(4)将金属接触电极(1)的底端固定在定极板(2)上；

所述的信号处理单元(9)，主要由振子驱动电路、非接触式信号调理电路、接触式信号调理电路和单片机组成，三个电路均与单片机相连；所述的振子驱动电路主要由运算放大器和RC自激振荡电路组成，产生的激励信号通过振子激励信号线(5)与振子(8)连接，从而使动极板(3)产生激励运动；所述的非接触式信号调理电路主要由降压电路、滤波电路和整流电路组成，非接触式信号与电场传感器信号输出导线(6)相连，用于调理电场传感器输出的感应电压；所述的接触式信号调理电路，主要由限流电路、电流缩放电路和滤波电路组成，接触式信号调理电路与接触式探头信号输出导线(7)相连；

所述的声光报警单元包括LED灯(13)和蜂鸣器(14)，固定在验电器外壳(10)的底部，LED灯(13)和蜂鸣器(14)均与信号处理单元(9)中单片机的相连，通过单片机控制报警；

所述的可伸缩绝缘棒(11)安装在验电器外壳(10)底部的通孔中，所述的绝缘手柄(12)安装在可伸缩绝缘棒(11)上，便于操作。

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