非接触式高压验电器的工作原理

非接触式高压验电器的工作原理

摘要

非接触式验电器是一种新型验电器，它不直接与高压线接触，利用高压线附近的电场来检验高压线路是否带电，通过指示灯发出有电或无电信息，同时还可以给监控设备发送有电或无电的监控信息。

总体框图

技术领域

本装置由传感器、信号跟随电路、滤波电路、倍压整流电路、减法电路、放大电路、施密特触发电路、信号指示和监控信号发送电路组成，其原理图如下图所示。

背景技术

高压线和220V市电是分开的，高压线一般架设在空旷和居民较少的地方，而220V市电一般架设在城镇或有村庄的地方，只有在特殊的地方才会同时架设高压线和市电电线。为了摆脱使用场地的束缚，对用电器采用太阳能电池和蓄电池组合为验电器供电。传感器在阴雨天信号弱故对传感器的外壳进行改进，采用半球形光滑外壳，雨水可以从顶部滑落，不会再顶部形成氺膜，增强传感器的信号。

技术内容

传感器读取高压线附近的电场信号，传感器送出的交流信号经过信号跟随电路跟随并正向偏置后进行滤波，然后将交流信号倍压整流成直流信号，减法器减掉相邻线路间的干扰信号，放大器将信号进行必要的放大后送入施密特触发器，触发器根据输入信号的大小送出有电、无电两种信号，信号指示灯将有电无电信号在验电器上显示出来，同时监控信号发送电路将有电无电信号送入室内监控设备。

1.电源

采用太阳能电池组和蓄电池组合为验电器供电。将太阳能电池组与蓄电池组合起来作为整个设备电源，晴天阳光充足时太阳能电池工作，为整个电路和蓄电池提供12V直流工作电压，蓄电池充电，晚上或阳光较少时由蓄电池为整个电路供电。

2.传感器

传感器用于读取高压线附近的电场信号，是整个设备的信号源。传感器安装在距离高压线0. 8m的正下方。信号采用半球形光滑外壳，上半部分为半球形顶盖，外表光滑，易于雨水滑落。下半部分为底座，底座中间有一直径为1cm的通孔，传感器信号线从中引出。通孔两侧各有一个直径为5mm暗孔，用于固定传感器。顶盖与底座扣合后即可很好地保护传感器，同时雨水可以从顶盖滑落，不会在顶部形成水膜，从而影响传感器信号。

本装置中的传感器采用铜片电容设计，从电容两端分别引出两根导线，靠近高压线处铜片引出的导线作为信号输出的正极，另一端接地。传感器的信号线外都加有屏蔽层，屏蔽层与传感器信号线中的地线一同接地。传感器送出的信号为工频50Hz交流电压信号。

另外，从传感器中引出两条地线，一条用于信号地线，另外一条作为电路中指示灯和控制传送计算机信号的继电器的地线。此地线用来探测信号线是否完好。若信号线断开，则此线亦断开，那么指示灯无地线，不能发光，计算机传送信号线也断开，即有电和无电指示灯均熄灭，传送电脑的有电和无电信号也同时断掉，不会发出错误信号，提高了系统的可靠性，避免信号线断开时发出错误的无电信号，造成事故。

3.信号跟随电路

电容式传感器电流驱动能力较弱，这就对验电器的输入阻抗有较严格的要求。从实际使用的情况来看，输入阻抗最佳值是在1～2MΩ。另外由于传感器送出的是交流信号，并且验电器使用单电源，故在信号进入后必须进行偏置，否则在滤波处就会将信号负半周截止掉。信号跟随电路如图2所示。信号由C1—1输入，C1—3接地，电容C101 隔去直流干扰信号。电位器W101接电源，另一端与R101连接组成偏置电路，通过调节W101来为输入新提供合适的偏置电压。C102为退偶电容。

4.滤波电路

本电路中采用了一阶巴特沃思低通滤波，滤波截止频率为50Hz。信号经过滤波之后高次谐波得到明显的削弱，验电器的稳定性得到加强

5.倍压整流电路

倍压整流电路将交流信号转换为直流信号。验电器最后只需检测出高压线有电和无电两种状态，信号经过整流之后就转化为直流信号供后续电路处理。

6.减法电路

相邻线路之间存在着相互干扰信号，减法电路可以将干扰信号减掉或将过强的信号衰减到合适的值。

7.放大电路

不同现场中信号强弱不一样，有些现场的信号经过倍压之后不足以驱动后续电路工作，放大器可以将信号放大到合适的大小。

线性放大电路

8.施密特触发电路

现场中信号在电力机车通过的时候难免出现一定幅度的波动，在之前设计的验电器中曾经出

现过指示灯连续跳动的问题，跳动频率几十赫兹。施密特触发电路可以很好的解决这个问题。本电路采用NE555设计，阈值电压为4V和8V，即输入电压大于8V时输出为低电平，输入电压低于4V时输出为高电平。

9.信号处理电路

信号处理电路采用双路交叉运行。两路信号处理电路完全一致，在最后发送信号到指示灯和计算机前进行交叉校验，即只有两路信号同时发出有电（无电）时才能把有电（无电）信号发送到指示灯和计算机，若两路最后发出的信号不一致，则最终信号会被截止掉，无法发送到指示灯和计算机，此时即可判断验电器出故障，提高警惕，采取相应措施，避免事故的发生。

10.信号指示和监控信号发送电路

由计算机发送信号，验电器内部通过继电器开关来控制有电或无电线路的导通或断开，计算机接收由自己发送的经过继电器开关送来的两路信号，若有电线路送来高电平信号，则无电线路送来低电平，此时高压线有电；若无电线路送来高电平信号，则有电线路送来低电平，高压线无电，若两路线路都送来高电平信号或低电平信号则电路出错。

结束语

非接触式验电器是一种新型验电器，它突破了传统验电器的设计理论和思路的束缚，无须接触即可检测高压线是否带电，使用起来安全、方便、正确。验电器装置其信号的稳定性有了很大的提高，信号波动幅度明显减小。另外，双路交叉电路的使用是验电器系统可靠性得到较大的提高。最后，太阳能电池引入使得验电器不再需要220V市电供电，让验电器彻底摆脱了使用场地的束缚，提高了其市场价值。