全天候工频电场测量装置制造方法
【专利摘要】全天候工频电场测量装置，包括至少一只工频电场探头单元、一个支架、一个手持机，探头单元由支架支撑，手持机与工频电场探头单元连接，其特征在于：工频电场探头单元的传感器为单极接地型电容耦合式传感器，采用物理双层结构，或采用单面环形结构,传感器输出信号处理电路采用高输入阻抗同相放大电路；物理双层结构的单极接地型电容耦合式传感器的上层输出端与高输入阻抗同相放大电路的信号输入端连接，下层输出端与大地直接连接；单面环形结构的单极接地型电容耦合式传感器的单面环形层输出端与高输入阻抗同相放大电路的信号输入端连接，对大地形成电容耦合式传感器。本实用新型能便捷、有效、准确，比现有去湿防潮方法设备简单，使用方便。
【专利说明】 全天候工频电场测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于交流输变电工程电磁环境领域，具体地讲是一种可全天候条件下使用的工频电场测量系统。
【背景技术】
[0002]工频电场是交流输电线路和变电站的主要电磁环境参数，是衡量工程是否满足环境保护要求的重要参数。随着人们环保意识的增强和我国对输变电工程环境影响评价工作的开展，对工频电场的监测已成为一项重要工作。
[0003]工频电场是由交流输电变电工程中带电导体所带电荷形成的一种50Hz交变的准静电场。目前，国内外通行的测量仪器的原理是采用双极板悬浮体电容耦合式传感器感应电场，如图1所示。这种传感器两个极板均对地悬浮，后续电路采用差分方式处理传感器输出信号，通过测量电容片件的感应电流从而计算得到相关电场强度值。由于两个极板均对地悬浮，这类仪器在校准、测量过程中，必须采用绝缘支架支撑在距离地面一定高度处。我国电磁环境影响评价、竣工环境保护验收工作中的工频电场测试，科研单位进行的科研工作中的测试，均采用的是绝缘支架支撑的悬浮型测量仪器，支撑高度一般为1.5m。该类仪器的使用具有较为严格的测试环境要求，如测试方法和测量仪器要求仪器在相对湿度小于80%以下工作。在高湿度环境下，测量仪器表面形成水膜以及电容片极板间易形成极大的泄漏电流，从而使测得的感应电流值充斥虚假成分而不可信，高湿度环境下测得的工频电场强度值大大偏高。而在实际使用中，由于现场条件的限制，很多监测者在雨后、小雨中或是相对湿度较大的情况下进行测试，导致测量结果偏离正常范围，引起不必要的误解甚至是纠纷。由于工频电场强度测量的特殊性，场源与测量仪器探头间不能有任何的屏蔽物，故现有的测量仪器无法在高湿度条件下准确测量工频电场强度。
[0004]中国授权发明专利“201110147606.4 一种适用于高湿度环境下测量工频电场强度的方法”介绍了一种适用于高湿度环境下工频电场强度的测量方法，该方法为下述步骤:(I)增设除湿装置，软管连接现有工频电场强度测量仪器；(2)提供干燥风源；(3)利用干燥风吹向上述工频电场强度测量仪器的探头将其封闭；(4)启动工频电场强度测量仪器实施高湿度环境下的工频电场强度测量。本方法所增设的除湿装置匹配多种高湿度环境下工作的其它仪器，从而可使这些仪器不受环境因素的制约而能够照常工作，保证高湿度环境下工频电场强度测量值的准确性，投资少，操作方便，效率高。
[0005]中国授权实用新型专利“201120184551.X湿度影响消除装置”介绍了一种湿度影响消除装置，由工频电场强度测试探头(I)、真空泵(2)、去湿机(3)、数显式温湿度计(4)通过软管(5)依次串联组成。其中工频电场强度测试探头(I)开有进风口(11)、出风口
(12)，通过软管(5)与真空泵(2)、去湿机(3)连接。本装置的工频电场强度测量探头湿度可控，可避免高湿度环境下探头内部电容片极板间形成泄漏电流；能消除湿度对工频电场测量探头的干扰，保证工频电场强度测量值的准确性；装置设计轻巧，携带方便，操作简单，投资少，成本低，可匹配多种高湿度环境下工作的其它仪器，使之不受环境因素的制约照常工作。
[0006]为解决温湿度对前述悬浮体测量仪器使用的影响，有必要从探头和测量电路两方面入手，采取技术措施解决相对湿度对工频电场测量结果的影响。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种全天候工频电场测量装置，消除现有双极板悬浮体电容耦合式传感器测量仪器在相对湿度较大、雨天时出现的测量数值超出正常值的现象，实现工频电场的全天候测量。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是:全天候工频电场测量装置，包括至少一只工频电场探头单元、一个支架、一个手持机，探头单元由支架支撑，手持机与工频电场探头单元连接，其特征在于:工频电场探头单元的传感器为单极接地型电容稱合式传感器，采用物理双层结构(平行板或球形结构)，或采用单面环形结构，传感器输出信号处理电路采用高输入阻抗同相放大电路；物理双层结构的单极接地型电容耦合式传感器的上层输出端与高输入阻抗同相放大电路的信号输入端连接，下层输出端与大地直接连接；单面环形结构的单极接地型电容耦合式传感器的单面环形层输出端与高输入阻抗同相放大电路的信号输入端连接，对大地形成电容耦合式传感器。
[0009]由于采用了单极接地型电容耦合式传感器和高输入阻抗同相放大电路，避免了双极板悬浮体电容耦合式传感器在高湿度环境下，测量仪器表面形成水膜以及电容片极板间易形成的极大泄漏电流，从而使测得的感应电流值充斥虚假成分而不可信的问题。
[0010]如上所述的全天候工频电场测量装置，其特征在于:单极接地型电容耦合式传感器的下层输出端和高输入阻抗同相放大电路的接地通过非绝缘支架实现。
[0011]采用本实用新型的工频电场测量系统，能便捷、有效、准确地测量交流输变电工程的电场的大小，为交流输变电工程环境评价、研究输电线路电磁环境水平等提供了科学数据监测依据，比现有去湿防潮方法设备简单，使用方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是现有工频电场测量装置传感器示意图。
[0013]图2A-图2C是本实用新型的工频电场测量系统的探头示意图。
[0014]图3是本实用新型的工频电场测量系统的探头电路原理图。
[0015]图4是本实用新型的工频电场测量系统电路方框图。
[0016]图5是本实用新型的工频电场测量系统支架图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。
[0018]本实用新型实施例包括:至少一台工频电场探头单元、手持机单元和一个非绝缘支架，探头单元与手持机单元通过通讯模块相连(如图4 )。
[0019]所述的工频电场探头单元由传感器、信号处理电路、单片机、通讯模块、A/D芯片和电源模块组成。[0020]本实用新型传感器为单极接地型电容耦合式传感器，可采用物理双层结构，也可采用单面环形结构，如图2所示。传感器上层输出端vout与信号处理电路输入端相连(图3中左侧运算放大器的2脚)，传感器的下层输出端直接接地(图2A)或通过非绝缘支架接地；若是采用单面环形结构则传感器单面环形层输出端vout与信号处理电路输入端相连(图3中左侧运算放大器的2脚)，由于信号处理电路直接接地或通过非绝缘支架接地，大地与单面环形层构成单极接地型电容耦合式传感器。由于采用了单极接地型电容耦合式传感器和高输入阻抗同相放大电路，避免了双极板悬浮体电容耦合式传感器在高湿度环境下，测量仪器表面形成水膜以及电容片极板间易形成的极大泄漏电流，从而使测得的感应电流值充斥虚假成分而不可信的问题。
[0021]信号处理电路的输出端与A/D芯片相连，A/D芯片输出与单片机相连，单片机再与通讯模块相连，电源模块分别与单片机、A/D芯片、通讯模块相连。所述的手持机单元由通讯模块、单片机、显示屏、操作键盘和电源模块组成，单片机分别与通讯模块、显示屏、操作键盘和电源模块，电源模块与其他模块相连。
[0022]本实用新型的传感器输出信号处理采用由双放大器构成的高输入同相放大电路，如图3所示。
[0023]本实用新型实施例的工频电场探头单元工作原理是:将探头单元安装在非绝缘支架上，传感器的下层输出端和信号处理电路接地端通过非绝缘支架可靠接地，按照规定设置测量高度。从传感器引出的信号经高输入同相放大电路放大后。经过RC低通滤波后与整流电路相连，再经过RC滤波后与AD芯片的模拟输入端相连，AD芯片控制和输出端分别于与单片机相连。单片机与无线通信模块相连。电源模块与各功能单元相连。通过手持机读取测量数据。
[0024]本实用新型在测量时，线路、变电站的工频电场测量的测点高度为地面上方1.5m,间距可任意设定，一般为5m，顺序测至外侧相导线地面投影点外或变电站围墙外50m处止或根据实际情况测量至合理范围。
[0025]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.全天候工频电场测量装置，包括至少一只工频电场探头单元、一个支架、一个手持机，探头单元由支架支撑，手持机与工频电场探头单元连接，其特征在于:工频电场探头单元的传感器为单极接地型电容耦合式传感器，采用物理双层结构，或采用单面环形结构，传感器输出信号处理电路采用高输入阻抗同相放大电路； 物理双层结构的单极接地型电容耦合式传感器的上层输出端与高输入阻抗同相放大电路的信号输入端连接，下层输出端与大地直接连接； 单面环形结构的单极接地型电容耦合式传感器的单面环形层输出端与高输入阻抗同相放大电路的信号输入端连接，对大地形成电容耦合式传感器。
2.如权利要求1所述的全天候工频电场测量装置，其特征在于:单极接地型电容耦合式传感器的下层输出端和高输入阻抗同相放大电路的接地通过非绝缘支架实现。
【文档编号】G01R29/12GK203705561SQ201320791741
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】张广洲, 邬雄, 郭江, 张弓达 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 武汉瑞莱保能源技术有限公司