一种基于低压线缆电场分布的故障检测装置

技术领域

本发明涉及线缆检测技术领域，尤其是一种基于低压线缆电场分布的故障检测装置。

背景技术

电力系统运行过程中，具有发生故障频率高、运行过程不可控等特点，容易发生电力事故，因此电力安全问题受到电气从业人员乃至全社会的关注，各电气设备的电力线缆、开关柜、插座及配电所的接线是否良好可靠对电气设备的安全稳定运行起着重要作用，线缆的质量是否达标不仅影响电气设备的正常运行，而且影响运维和检修人员的人身安全。

一般来说，当发生电气故障时，电压等级越高所造成的事故的危害性越大，因此人们对高压、特高压方面已经进行了深入的研究，而对于电压等级较低、危害性相对较小的低压电力线缆的研究还不够，一些低电压等级的电力操作人员思想上的重视程度比较淡薄，再加上普通民众对安全用电的意识也不足够，所以发生在低电压等级的安全事故越来越多。

由于低压线缆可能出现的绝缘裂缝、破损脱落等故障，触电事故屡见不鲜，直接威胁到人民的生命财产安全，所以快速准确地查找线路故障显得尤为重要，现有的故障检测仪器普遍存在造价高、维护成本高，不适合民用，且用其进行检测时操作比较复杂繁琐等缺点，在一些低压电力环境中缺少相应的便携式、价格低、可大量配置的非接触电场检测报警装置对电力线路或带电裸导体进行电场测量及报警，从而方便快捷地查找线路故障，适宜民用和普遍推广。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种基于低压线缆电场分布的故障检测装置，该装置的优点是利用平行板电容传感器采集低压线缆周围的电信号，对其进行非接触定性检测，方便快捷地查找线路故障，便于携带，造价低，可大量配置，适宜民用和普遍推广。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于低压线缆电场分布的故障检测装置包括：电容传感器、信号放大模块、主控制系统模块，数据显示模块、声光报警模块、3.7V锂电池、电源稳压模块。

该基于低压线缆电场分布的故障检测装置，使用3.7V锂电池对其供电，并设计电源稳压模块，利用圆形平行电容传感器采集低压线缆周围微弱电信号，由于其信号变化浮动较小，这里需要一个高精度的信号放大电路对微弱的电场变化进行有效的放大来实现检测。

信号放大模块分为两个部分：一是前置放大电路，又叫一级放大电路；二是二级放大电路，其中前置放大电路芯片选用仪表放大器芯片AD623，且芯片采用的是差分输入的方式，具备较高的增益、高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移、低噪声等特点；一般来说前置放大电路的增益为三倍增益，对于微弱信号的检测是远远不够的，所以需要用二级放大电路继续对前置放大电路输出的信号进行放大，以便可以实现对微弱信号的精确测量，二级放大电路采用以运算放大器芯片LM2904作为运算放大器的单电源反相输入式交流放大电路，具有高放大增益、特殊耦合电路、反馈网络等特点。

经过信号放大模块，将微弱的电场信号转换成电信号，并将该电信号输入到STM32主控制系统模块，由控制系统部分去处理该信号，价格比一般常用的DSP芯片便宜、功耗低、运算速度快，满足本装置测量电场的各种需求。

经过处理后的测量结果通过数据显示模块清晰可见，并利用声光报警模块对测量结果进行评级显示，且在绝缘裂缝、破损脱落等电场畸变故障处发出蜂鸣声警醒工作人员，方便快捷地非接触查找线路故障，避免由于操作不当带来的触电事故，其材料简单，制造容易，方便携带，适宜普通民用和普遍推广。

附图说明

图1是本发明的检测装置系统示意图。

图2是本发明的电容传感器结构图。

图3是本发明的主控制系统程序流程图。

图4是本发明声光报警模块中的声音报警结构图。

图5是本发明声光报警模块中的灯光报警结构图。

图中：1.电容传感器，2.信号放大模块，3.主控制系统模块，4.数据显示模块，5.声光报警模块，6.3.7V锂电池，7.电源稳压模块，8.蜂鸣器，9.电阻，10.发光二极管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

具体实施方式：一种基于低压线缆电场分布的故障检测装置包括：电容传感器1，信号放大模块2，主控制系统模块3，数据显示模块4，声光报警模块5，3.7V锂电池6，电源稳压模块7，其中声光报警模块5包括：蜂鸣器8，电阻9，发光二极管10。

如图1所示，该装置利用电容传感器1采集低压线缆周围微弱电信号，经过信号放大模块2，将微弱的电场信号转换成电信号，并将该电信号输入到STM32主控制系统模块3，由控制系统部分去处理该信号，经过处理后的测量结果通过数据显示模块4清晰可见，并利用声光报警模块5对测量结果进行评级显示，且在绝缘裂缝、破损脱落电场畸变处发出蜂鸣声警醒工作人员，方便快捷地非接触查找线路故障。

如图2所示，选用圆形平行电容传感器，其电容值C2大小只和上下极板间距离d、平行板的介电常数ε、平行板的面积S等因素有关，与其形状并无直接关系，测量时会涉及到上极板与线缆形成的分布电容C1，下级板与大地形成的分布电容C3；电容传感器的固有电容值大小与其两端电压在一定程度上呈负相关的关系，可以将平行板电容器的体积在一定程度上进行缩小，以便提高精度且便于携带。

如图3所示，装置主控制系统程序如下：首先系统启动后，对本系统中的主程序及各个模块进行初始化，然后将平行板电容传感器感应到的信号进行数据放大，经过A/D转换后通过预设的I/O口输入到主控芯片中，再由主控芯片对数据进行处理，并实现对电位值和场强值得显示及报警功能。

如图4、5所示，当非接触测量装置进行工作时，将每一位置上的检则数据输入到主程序中，若该数据大于我们预设的报警阈值，系统将会输出报警信号，提醒操作人员注意周围情况，该程序中设计了十级报警阈值，每超过一级，发光二极管10会多亮一个并且蜂鸣器8在响度和声调上也会产生相应的变化。

尽管已经参照附图描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，其等同物可以替代元件而不偏离本发明的范围，本发明的最大特点是在该装置中，利用电容传感器采集低压线缆周围的电信号，对其进行非接触定性检测且发出预警，避免由于操作不当带来的触电事故，方便快捷地查找线路故障，便于携带，造价低，可大量配置，适宜民用和普遍推广。