非接觸式驗(yàn)電器的工作原理和結(jié)構(gòu)-

非接觸式驗(yàn)電器的工作原理和結(jié)構(gòu)-

文章介紹了非接觸式驗(yàn)電器的工作原理和ym結(jié)構(gòu)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析和解決,通過(guò)實(shí)際中的應(yīng)用驗(yàn)證了設(shè)計(jì)原理的正確性。

高壓線路停電檢修時(shí)必須遵循停電、驗(yàn)電、掛地再開始操作的規(guī)定。驗(yàn)電操作必須通過(guò)驗(yàn)電器來(lái)完成。驗(yàn)電器是用來(lái)檢測(cè)電力設(shè)備上是否存在電壓的常用電力安全工具（YDQ高壓驗(yàn)電器）之一，通過(guò)驗(yàn)電器明確驗(yàn)證停電設(shè)備是否確無(wú)電壓，再進(jìn)行其他操作，以防止出現(xiàn)帶電裝接地線（合接地刀閘）、誤碰有電設(shè)備等惡性事故的發(fā)生。因此，在電力行業(yè)中驗(yàn)電器的作用不可忽視。

傳統(tǒng)的驗(yàn)電器都是便攜式的，通常是把驗(yàn)電器安裝在操作桿上，操作時(shí)用驗(yàn)電器直接與高壓線路接觸，驗(yàn)電器中的電阻將高電壓降低到安全的電壓值（通常是幾伏），通過(guò)人體到大地形成一個(gè)回路，驗(yàn)電器中通常都帶有聲音或發(fā)光指示線路是否帶電。傳統(tǒng)的驗(yàn)電器小巧、攜帶方便，但必須與高壓線路接觸才能使用，因此仍然存在安全隱患。傳統(tǒng)驗(yàn)電器在（YDQ高壓驗(yàn)電器）使用中要用到電池，這給使用帶來(lái)不便，并且在使用中如果電池電能耗盡而沒(méi)有及時(shí)更換導(dǎo)致驗(yàn)電器不能正確發(fā)聲或發(fā)光也會(huì)帶來(lái)安全隱患。非接觸式驗(yàn)電器是一種新型驗(yàn)電器，它突破了傳統(tǒng)驗(yàn)電器設(shè)計(jì)理論和思路的束縛，無(wú)須接觸即可檢測(cè)高壓線是否帶電（YDQ高壓驗(yàn)電器），使用起來(lái)安全、方便、正確。

非接觸式高壓驗(yàn)電器簡(jiǎn)介
非接觸式高壓驗(yàn)電器功能簡(jiǎn)介
非接觸式驗(yàn)電器是一種新型驗(yàn)電器，它不直接與高壓線接觸，利用高壓線附近的電場(chǎng)來(lái)檢測(cè)高壓線路是否帶電，通過(guò)指示燈發(fā)出有電或無(wú)電信息，同時(shí)還可以給監(jiān)控設(shè)備發(fā)送有電或無(wú)電的監(jiān)控信息。本裝置固定安裝在室外某段高壓線的電線桿上，它采用（YDQ高壓驗(yàn)電器）交流或直流電源對(duì)整個(gè)設(shè)備供電，免去了更換電池的煩惱，因此它既可以用于檢測(cè)高壓線是否帶電，也可以用于長(zhǎng)期監(jiān)視高壓線工作。本裝置外部安裝了防水盒，*可以滿足室外工作的要求。

本次開發(fā)的驗(yàn)電器主要用于鐵路中高壓輸電線路的監(jiān)測(cè)工作，其設(shè)計(jì)要求是監(jiān)測(cè)鐵路中27.5kV電壓線路的運(yùn)行情況。

非接觸式高壓驗(yàn)電器使用現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)介
鐵路上一般都有兩路以上的電線，因此相互線路之間都存在電場(chǎng)干擾，從（YDQ高壓驗(yàn)電器）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的結(jié)果來(lái)看zui大相互干擾不超過(guò)0.9V，在本線路有電情況下傳感器讀出來(lái)的信號(hào)一般在3～5V，zui低為2.47V，本線路無(wú)電而其他相鄰線路有電時(shí)信號(hào)一般為0.5～0.8V，zui高為0.89V。

傳感器輸出信號(hào)跟天氣有一定關(guān)系，晴天信號(hào)較強(qiáng)，一般在4～5V，雨天特別是大雨天信號(hào)相對(duì)較弱，一般在3～4V。本文認(rèn)為下雨天特別是大雨天，傳感器外殼被雨淋濕，而傳感器外殼與大地連接，使得傳感器外殼上的水膜形成了一個(gè)與大地連接的屏蔽罩，zui終導(dǎo)致傳感器讀取的信號(hào)較弱。

現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾信號(hào)，主要是來(lái)自于電力機(jī)車，從示波器中測(cè)得的波形來(lái)看都是高次諧波，表現(xiàn)為波峰（谷）處或附近出現(xiàn)毛刺波形。因此濾波*。

非接觸式高壓驗(yàn)電器的工作原理
本裝置由傳感器、信號(hào)跟隨電路、濾波電路、倍壓整流電路、減法電路、放大電路、施密特觸發(fā)電路、信號(hào)指示和監(jiān)控信號(hào)發(fā)送電路組成，其原理圖如圖1所示。（YDQ高壓驗(yàn)電器）傳感器讀取高壓線附近的電場(chǎng)信號(hào)，傳感器送出的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)跟隨電路跟隨并正向偏置后進(jìn)行濾波，然后將交流信號(hào)倍壓整流成直流信號(hào)，減法器減掉相鄰線路間的干擾信號(hào)，放大器將信號(hào)進(jìn)行必要的放大后送入施密特觸發(fā)器，觸發(fā)器根據(jù)輸入信號(hào)的大小送出有電、無(wú)電兩種信號(hào)，信號(hào)指示燈將有電無(wú)電信號(hào)在驗(yàn)電器上顯示出來(lái)，同時(shí)監(jiān)控信號(hào)發(fā)送電路將有電無(wú)電信號(hào)送入室內(nèi)監(jiān)控設(shè)備。

圖1 非接觸式驗(yàn)電器原理圖

非接觸式高壓驗(yàn)電器的結(jié)構(gòu)
電源
電源對(duì)整個(gè)設(shè)備提供12V的直流工作電壓。本裝置一般安裝在鐵路配電所附近，各個(gè)配電所能提供的電源不同，有交流220V也有直流110V，因此本裝置中選用了北京新興博思達(dá)科技有限公司的HQE 15W 交流/直流隔離變換器作為電源，該電源輸入可以是交、直流，輸出電壓為直流12V。

傳感器
傳感器安裝在距離高壓線0.8m的正下方，用于讀取高壓線附近的電場(chǎng)信號(hào)。本裝置中的傳感器采用銅片電容設(shè)計(jì)，從電容兩端分別引出兩根導(dǎo)線，靠近高壓線處銅片引出的導(dǎo)線作為信號(hào)輸出的正極，另一端接地。傳感器的信號(hào)線外都加有屏蔽層，屏蔽層與傳感器信號(hào)線中的地線一同接地。傳感器送出的信號(hào)為工頻50Hz交流電壓信號(hào)。

圖2 信號(hào)跟隨電路

信號(hào)跟隨電路
電容式傳感器電流驅(qū)動(dòng)能力較弱，這就對(duì)驗(yàn)電器的輸入阻抗有較嚴(yán)格的要求。從實(shí)際使用的情況來(lái)看，輸入阻抗*值是在1～2MΩ。另外由于傳感器送出的是交流信號(hào)，并且驗(yàn)電器使 用單電源，故在信號(hào)進(jìn)入后必須進(jìn)行偏置，否則在濾波處就會(huì)將信號(hào)負(fù)半周截止掉。（YDQ高壓驗(yàn)電器）信號(hào)跟隨電路如圖2所示。信號(hào)由C1—1輸入，C1—3接地，電容C101隔去直流干擾信號(hào)。電位器W101接電源，另一端與R101連接組成偏置電路，通過(guò)調(diào)節(jié)W101來(lái)為輸入新提供合適的偏置電壓。C102為退偶電容。

濾波電路
本電路中采用了一階巴特沃思低通濾波，濾波截止頻率為50Hz。信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波之后高次諧波得到明顯的削弱，驗(yàn)電器的穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。

倍壓整流電路
倍壓整流電路將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。驗(yàn)電器zui后只需檢測(cè)出高壓線有電和無(wú)電兩種狀態(tài)，信號(hào)經(jīng)過(guò)整流之后就轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)供后續(xù)電路處理。

減法電路
相鄰線路之間存在著相互干擾信號(hào)，減法電路可以將干擾信號(hào)減掉或?qū)⑦^(guò)強(qiáng)的信號(hào)衰減到合適的值。

放大電路
不同現(xiàn)場(chǎng)中信號(hào)強(qiáng)弱不一樣，有些現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)經(jīng)過(guò)倍壓之后不足以驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路工作，放大器可以將信號(hào)放大到合適的大小。

施密特觸發(fā)電路
現(xiàn)場(chǎng)中信號(hào)在電力機(jī)車通過(guò)的時(shí)候難免出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)，在之前設(shè)計(jì)的驗(yàn)電器中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)指示燈連續(xù)跳動(dòng)的問(wèn)題，跳動(dòng)頻率幾十赫茲。施密特觸發(fā)電路可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。（YDQ高壓驗(yàn)電器）本電路采用NE555設(shè)計(jì)，閾值電壓為4V和8V，即輸入電壓大于8V時(shí)輸出為低電平，輸入電壓低于4V時(shí)輸出為高電平。

信號(hào)指示和監(jiān)控信號(hào)發(fā)送電路
指示燈將高壓線有電或無(wú)電信號(hào)在驗(yàn)電器上顯示出來(lái)，監(jiān)控信號(hào)發(fā)送電路將有電或無(wú)電信號(hào)送入監(jiān)控室。施密特觸發(fā)電路輸出的信號(hào)控制兩路并聯(lián)繼電器，（YDQ高壓驗(yàn)電器）一路控制信號(hào)燈，另一路繼電器根據(jù)輸入端的信號(hào)發(fā)出斷開、閉兩個(gè)狀態(tài)將有電無(wú)電信號(hào)送如室內(nèi)監(jiān)控設(shè)備。

結(jié)束語(yǔ)
本裝置不需要與高壓線直接接觸，使用起來(lái)安全、方便、正確。本項(xiàng)目從2007年元月開始使用，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行至今沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，能正確發(fā)出有電、無(wú)電指示信號(hào)和監(jiān)控信號(hào)，電力機(jī)車通過(guò)時(shí)的干擾信號(hào)得到有效的衰減，整個(gè)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，*可以滿足實(shí)際應(yīng)用。因此本裝置設(shè)計(jì)原理和思路的正確性得到驗(yàn)證。非接觸式驗(yàn)電器的出現(xiàn)將會(huì)對(duì)新型驗(yàn)電器的發(fā)展起到一點(diǎn)推動(dòng)作用。

本裝置也存在不足：從有電狀態(tài)向無(wú)電狀態(tài)跳變時(shí)有幾秒的延遲，現(xiàn)場(chǎng)中表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象為指示燈、繼電器和監(jiān)控信號(hào)的發(fā)出同時(shí)都有幾秒的延遲。此處（YDQ高壓驗(yàn)電器）原因在于觸發(fā)器輸入端加了較大容量的電容，并且NE555耗電較小，在從有電向無(wú)電狀態(tài)跳變時(shí)電容有較長(zhǎng)時(shí)間的放電過(guò)程，因此出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的延遲。由于延遲時(shí)間較短，不影響驗(yàn)電器運(yùn)行和使用，并且觸發(fā)器輸入端電容起穩(wěn)定電路和濾波作用而不能去掉，故此處電路沒(méi)做改動(dòng)。