一种高压试验仪器虚接地报警装置的制作方法

1.本发明涉及高压试验装置领域，尤其涉及一种高压试验仪器虚接地报警装置。


背景技术：

2.目前，在变电站检修过程中，经常用到试验仪器对一次设备进行高压试验，检验设备性能参数。变电站内一次设备数量多，各间隔设备相距较远，一台设备试验完成后，需变换试验场地，到下一台设备安装处。试验仪器接地多次拆装，可能导致接地线折断，当折断点比较隐蔽时，不容易发现，再次使用可导致仪器虚接地。高压试验工作量大，时间紧迫，试验人员责任心不强或疏忽大意，仪器接地接触不良，导致仪器虚接地。变电站内接地网由于土壤腐蚀发生断裂，试验仪器接于断裂的接地网上会产生虚接地。试验仪器虚接地会使仪器外壳电位升高，存在触电的安全隐患，威胁试验人员人身安全。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种高压试验仪器虚接地报警装置，以实现在高压试验仪器虚接地时实现报警为目的。为此，本发明采取以下技术方案。
4.一种高压试验仪器虚接地报警装置，包括基准电压模块、声音报警模块、光报警模块、分压模块、与分压模块连接的一级电压钳制、与一级电压钳制连接的二级电压钳制、与二级电压钳制连接的滤波模块、与滤波模块连接的电压跟随模块、与电压跟随模块连接的电压比较模块和与电压比较模块连接的驱动模块，所述的驱动模块连接到所述的声音报警模块和光报警模块，所述的基准电压模块分压后连接到电压比较模块。本装置可以在试验仪器发生虚接地时，发出声、光报警，提醒试验人员仪器接地不良，须停止试验，检查仪器接地，避免不必要的人身伤害。
5.作为优选技术手段：所述的分压模块采用电容c5和高阻值电阻r12，r13并联，与整流桥d1串联分压，整流桥输出接分压电阻r15，分压模块通过接地钢钎接地。采用电容、电阻并联后作为分压电路高压部分，经过分压模块分压采样，可以获得较低的直流电压，可检测36v～10kv宽范围危险电压，可检测直流和交流两种类型危险电压，实用性和适应性强。
6.作为优选技术手段：所述的一级电压钳制采用齐纳二极管d3，直接接于整流输出端，钳制至36v，所述的二级电压钳制采用分压电阻r17和齐纳二极管d4串联，齐纳二极管d4进行二级电压钳制至3.3v。当接地不良时，可能产生高达数千伏的危险电压，经过分压后获得的电压仍然过高，当整流输出电压高于36v时，二极管d3将导通，整流输出电流增大，c5，r12和r13分压升高，整流侧输出电压钳制在36v以内，当一级电压钳制输出电压高于3.3v时，齐纳二极管d4导通，电阻r17分压增加，输出电压钳制在3.3v以内，有效实现输出电压钳制。
7.作为优选技术手段：所述的滤波模块采用电阻、电容串联组成rc滤波电路，包括电阻r18和与之串联的电容c7，电阻r18接于分压电阻r17和齐纳二极管d4之间，电容c7另一端
接gnd。降低干扰电压对后级电路的影响，减少误判。
8.作为优选技术手段：所述的电压跟随模块包括采用比较器芯片u3a和电阻r19组成负反馈电压跟随电路，芯片u3a的输出端直接反馈接入芯片u3a的输入负端，电阻r19的一端接于芯片u3a的输出端，另一端接gnd，芯片u3a的输入正端接于电阻r18和电容c7之间，电容c7另一端接gnd，芯片u3a的供电端接电源b1正极。滤波后信号输入到正端，输出端电压将跟随正端输入电压，增加采样电压的带载能力，输出电流能力增强。
9.作为优选技术手段：所述的基准电压模块包括电阻r4、r6、r7、r8和稳压芯片u2，电阻r4接于电源b1正极，r7和r8串联后与稳压芯片u2并联连接，再串接于电阻r4后面，r6连接于稳压芯片u2的参考端和阳极之间，稳压芯片u2的阴极连接于电阻r4后面，所述的r8为可调电阻，电阻r7和r8之间连接基准电压v_ref，电源b1正负极之间并联有极性电容c2和无极性电容c3，有极性电容c2负端接gnd。当r4后端电压高于2.5v时，经芯片反馈引脚反馈后，流过r4电流将增加，r4分压增加，使r4后端电压稳定在2.5v，稳定的2.5v电压经过电阻r7和电阻r8串联分压后，输出基准电压v_ref，其中r8为可调电阻，可微调基准电压v_ref大小，基准电压可调，从而调整报警装置的灵敏性。
10.作为优选技术手段：所述的电压比较模块比较器芯片u3b，基准电压模块的基准电压v_ref连接到芯片u3b的输入负端，芯片u3a输出端连接到芯片u3b的输入正端，芯片u3b的供电端接电源b1正极。电压比较模块采用负反馈，输出电压直接反馈给负输入端，电压比较模块比较基准电压和跟随模块输出电压，高于基准电压时，将输出高电平，表明发生仪器虚接地。
11.作为优选技术手段：所述的驱动模块包括npn三极管q1和电阻r20，所述的芯片u3b的输出端连接到三极管q1的基极，所述的电阻r20连接于芯片u3b的输出端和三极管q1的发射极之间，发射极作为vo输出端连接到声音报警模块和光报警模块。当发生虚接地时，电压比较模块输出高电平，三极管q1导通，驱动报警电路发出声光报警信号有效传递给声音报警模块和光报警模块，确保后级报警模块供电。
12.作为优选技术手段：所述的声音报警模块包括比较器芯片u1a、负反馈电阻电容网络、正反馈电阻网络、电感l1和蜂鸣器beep1，所述的负反馈电阻电容网络包括电阻r3和电容c1，电阻r3连接于芯片u1a的输出端与输入负端之间，所述的电容c1一端接gnd，另一端接芯片u1a的输入负端，芯片u1a的供电端连接到三极管q1的发射极，所述的正反馈电阻网络包括电阻r1、r2和r5，所述的电阻r5连接于芯片u1a的输出端和输入正端之间，所述的电阻r1一端接于芯片u1a的输入正端，另一端接接于电源b1正极，所述的电阻r2一端接芯片u1a的输入正端，另一端接gnd，芯片u1a的输出端连接到电感l1的中间抽头，电感l1和蜂鸣器beep1连接，电感l1接gnd。芯片u1a通过正反馈电阻网络分压得到正端比较电压，通过负反馈电阻、电容网络分压得到负端比较电压，初始状态下，电容c1电压为0，比较器输出高电平，输出电平通过负反馈电阻、电容网络分压反馈给比较器负端，此时电容器充电，比较器负端电压不断升高，当升高到2/3电源电压时，比较器输出电压翻转，正反馈电阻网络反馈到比较器正端电压降低为1/3电源电压，同时，电容器c1开始放电，当放电至1/3电源电压时，比较器输出电压再次翻转，以上过程不断重复，比较器输出3khz方波信号，方波信号通过带中间抽头的电感l1，滤波升压后输出给蜂鸣器，发出报警声。
13.作为优选技术手段：所述的光报警模块包括比较器芯片u1b、负反馈电阻电容网
络、正反馈电阻网络和发光二极管d2，所述的负反馈电阻电容网络包括电阻r11和电容c4，电阻r11连接于芯片u1b的输出端与输入负端之间，所述的电容c4一端接gnd，另一端接芯片u1b的输入负端，芯片u1b的供电端连接到三极管q1的发射极，所述的正反馈电阻网络包括电阻r9、r10和r14，所述的电阻r14连接于芯片u1b的输出端和输入正端之间，所述的电阻r9一端接于芯片u1b的输入正端，另一端接接于电源b1正极，所述的电阻r10一端接芯片u1b的输入正端，另一端接gnd，芯片u1b的输出端连接到发光二极管d2，发光二极管d2串联电阻r16，电阻r16的另一端接gnd。芯片u1b通过正反馈电阻网络分压得到正端比较电压，通过负反馈电阻、电容网络分压得到负端比较电压，初始状态下，电容c1电压为0，比较器输出高电平，输出电平通过负反馈电阻、电容网络分压反馈给比较器负端，此时电容器充电，比较器负端电压不断升高，当升高到2/3电源电压时，比较器输出电压翻转，正反馈电阻网络反馈到比较器正端电压降低为1/3电源电压，同时，电容器c1开始放电，当放电至1/3电源电压时，比较器输出电压再次翻转，以上过程不断重复，比较器输出10hz方波信号，方波信号驱动发光二极管发出光报警。
14.作为优选技术手段：各模块电路均设于装置壳体内的电路板上，壳体设有2个接线端，一个作为分压模块接地端，连接到接地钢钎，另一个连接试验仪器，发光二极管d2采用2根led报警灯带和蜂鸣器一起设于壳体表面同一侧。方便连接和虚接地时的声光观测。
15.有益效果：本装置可以在试验仪器发生虚接地时，发出声、光报警，提醒试验人员仪器接地不良，须停止试验，检查仪器接地，避免不必要的人身伤害，有效提升试验安全性。
附图说明
16.图1是本发明中各电路模块连接示意图
17.图2是本发明中分压输出后各模块连接示意图。
18.图3是本发明基准电压模块电路示意图。
19.图4是本发明中声音报警模块电路示意图。
20.图5是本发明中光报警模块电路示意图。
21.图6是本发明中壳体结构示意图。
22.图中：1、基准电压模块；2、分压模块；3、一级电压钳制；4、二级电压钳制；5、滤波模块；6、电压跟随模块；7、电压比较模块；8、驱动模块；9、声音报警模块；10、光报警模块；11、壳体；12、接线端；13、报警灯带；901、蜂鸣器。
具体实施方式
23.以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
24.如图1、2所示，一种高压试验仪器虚接地报警装置，包括基准电压模块1、声音报警模块9、光报警模块10、分压模块2、与分压模块2连接的一级电压钳制3、与一级电压钳制3连接的二级电压钳制4、与二级电压钳制4连接的滤波模块5、与滤波模块5连接的电压跟随模块6、与电压跟随模块6连接的电压比较模块7和与电压比较模块7连接的驱动模块8，驱动模块8连接到声音报警模块9和光报警模块10，基准电压模块1分压后连接到电压比较模块7。
25.为了实现分压电路，分压模块2采用一只电容量小，额定电压高的电容c5和高阻值电阻r12，r13并联，与整流桥d1串联分压，整流桥输出接分压电阻r15。采用电容、电阻并联
后作为分压电路高压部分，经过分压模块2分压采样，可以获得较低的直流电压，可检测36v～10kv宽范围危险电压，可检测直流和交流两种类型危险电压，实用性和适应性强。
26.为了实现钳制电压输出，一级电压钳制3采用5w大功率齐纳二极管d3，齐纳二极管型号为1n5365b，直接接于整流输出端，钳制至36v，二级电压钳制4采用分压电阻r17和齐纳二极管d4串联，齐纳二极管d4进行二级电压钳制4至3.3v。当接地不良时，可能产生高达数千伏的危险电压，经过分压后获得的电压仍然过高，当整流输出电压高于36v时，二极管d3将导通，整流输出电流增大，c5，r12和r13分压升高，整流侧输出电压钳制在36v以内，当一级电压钳制3输出电压高于3.3v时，齐纳二极管d4导通，电阻r17分压增加，输出电压钳制在3.3v以内，有效实现输出电压钳制。
27.为了降低干扰电压对后级电路的影响，滤波模块5采用电阻、电容串联组成rc滤波电路，包括电阻r18和与之串联的电容c7，电阻r18接于分压电阻r17和齐纳二极管d4之间，电容c7另一端接gnd。降低干扰电压对后级电路的影响，减少误判。
28.为了实现电压跟随电路，电压跟随模块6包括采用lm358的芯片u3a和电阻r19，芯片u3a作为输出端的端脚1直接反馈接入芯片u3a作为输入负端的端脚2，电阻r19的一端接于芯片u3a的端脚1，另一端接gnd，芯片u3a作为输入正端的端脚3接于电阻r18和电容c7之间，电容c7另一端和接芯片u3a的端脚4接gnd，芯片u3a的端脚8接电源b1正极。滤波后信号输入到正端，输出端电压将跟随正端输入电压，增加采样电压的带载能力，输出电流能力增强，有效实现电压跟随电路。
29.为了实现基准电压，如图3所示，基准电压模块1包括电阻r4、r6、r7、r8和采用tl431的稳压芯片u2，电阻r4接于电源b1正极，r7和r8串联后与稳压芯片u2并联连接，再串接于电阻r4后面，r6连接于稳压芯片u2的参考端和阳极之间，稳压芯片u2的阴极连接于电阻r4后面，r8为可调电阻，电阻r7和r8之间连接基准电压v_ref，电源b1正负极之间并联有极性电容c2和无极性电容c3，有极性电容c2负端接gnd。当r4后端电压高于2.5v时，经芯片反馈引脚反馈后，流过r4电流将增加，r4分压增加，使r4后端电压稳定在2.5v，稳定的2.5v电压经过电阻r7和电阻r8串联分压后，输出基准电压v_ref，其中r8为可调电阻，可微调基准电压v_ref大小，基准电压可调，从而调整报警装置的灵敏性。
30.为了实现仪器虚接地的电压比较判断，电压比较模块7采用lm358的芯片u3b，基准电压模块1的基准电压v_ref连接到芯片u3b的作为输入负端的端脚6，芯片u3a输出端连接到芯片u3b的作为输入正端的端脚5。电压比较模块7采用负反馈，输出电压直接反馈给负输入端，电压比较模块7比较基准电压和跟随模块输出电压，高于基准电压时，将输出高电平，表明发生仪器虚接地。
31.为了声光报警信号的有效传递，确保后级报警模块供电，驱动模块8包括npn三极管q1和电阻r20，三极管q1采用8050，芯片u3b的输出端连接到三极管q1的基极，电阻r20连接于芯片u3b的输出端和三极管q1的发射极之间，发射极作为vo输出端连接到声音报警模块9和光报警模块10。当发生虚接地时，电压比较模块7输出高电平，三极管q1导通，驱动报警电路发出声光报警信号有效传递给声音报警模块9和光报警模块10，确保后级报警模块供电。
32.为了实现声音报警电路，如图4所示，声音报警模块9包括采用lm358的芯片u1a、负反馈电阻电容网络、正反馈电阻网络、电感l1和蜂鸣器901beep1，负反馈电阻电容网络包括
电阻r3和电容c1，电阻r3连接于芯片u1a的端脚1与端脚2之间，电容c1一端连gnd，另一端接芯片u1a的端脚2，芯片u1a的端脚8连接到三极管q1的发射极，正反馈电阻网络包括电阻r1、r2和r5，电阻r5连接于芯片u1a的端脚1和端脚3之间，电阻r1一端接于芯片u1a的端脚3，另一端接接于电源b1正极，电阻r2一端接芯片u1a的端脚3，另一端接gnd，芯片u1a的端脚1连接到电感l1的中间抽头，电感l1和蜂鸣器901beep1连接，电感l1和芯片u1a的端脚4接gnd。芯片u1a通过正反馈电阻网络分压得到正端比较电压，通过负反馈电阻、电容网络分压得到负端比较电压，初始状态下，电容c1电压为0，比较器输出高电平，输出电平通过负反馈电阻、电容网络分压反馈给比较器负端，此时电容器充电，比较器负端电压不断升高，当升高到2/3电源电压时，比较器输出电压翻转，正反馈电阻网络反馈到比较器正端电压降低为1/3电源电压，同时，电容器c1开始放电，当放电至1/3电源电压时，比较器输出电压再次翻转，以上过程不断重复，比较器输出3khz方波信号，方波信号通过带中间抽头的电感l1，滤波升压后输出给蜂鸣器901，发出报警声，有效实现声音报警电路。
33.为了实现光报警电路，如图5所示，光报警模块10包括采用lm358的芯片u1b、负反馈电阻电容网络、正反馈电阻网络和发光二极管d2，负反馈电阻电容网络包括电阻r11和电容c4，电阻r11连接于芯片u1b的端脚7与端脚6之间，电容c4一端连gnd，另一端接芯片u1b的端脚6，芯片u1b的端脚8连接到三极管q1的发射极，正反馈电阻网络包括电阻r9、r10和r14，电阻r14连接于芯片u1b的端脚7和端脚5之间，电阻r9一端接于芯片u1b的端脚5，另一端接接于电源b1正极，电阻r10一端接芯片u1b的端脚5，另一端接gnd，芯片u1b的端脚7连接到发光二极管d2的端脚1，发光二极管d2的端脚2串联电阻r16后接gnd。芯片u1b通过正反馈电阻网络分压得到正端比较电压，通过负反馈电阻、电容网络分压得到负端比较电压，初始状态下，电容c1电压为0，比较器输出高电平，输出电平通过负反馈电阻、电容网络分压反馈给比较器负端，此时电容器充电，比较器负端电压不断升高，当升高到2/3电源电压时，比较器输出电压翻转，正反馈电阻网络反馈到比较器正端电压降低为1/3电源电压，同时，电容器c1开始放电，当放电至1/3电源电压时，比较器输出电压再次翻转，以上过程不断重复，比较器输出10hz方波信号，方波信号驱动发光二极管发出光报警，有效实现光报警电路。
34.如图6所示，各模块电路均设于装置的壳体11内的电路板上，壳体11设有2个接线端12，一个作为分压模块2接地端，通过接地电缆连接到接地钢钎，另一个连接试验仪器，发光二极管d2采用2根led报警灯带13和蜂鸣器901一起设于壳体11表面同一侧。方便连接和虚接地时的声光观测。
35.本装置可以在试验仪器发生虚接地时，发出声、光报警，提醒试验人员仪器接地不良，须停止试验，检查仪器接地，避免不必要的人身伤害。
36.本实例中，电源b1正极供电为+3.7v，蜂鸣器901采用压电陶瓷蜂鸣器901，接地钢钎为t字型，采用φ10圆钢，长350mm。壳体11的长150mm，宽100mm，高60mm，壳体11由上下两部分组成。
37.以上图1-6所示的一种高压试验仪器虚接地报警装置是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。