具有帶電報(bào)警功能的專(zhuān)用放電棒的研制

摘要：變電所電容器在日常維修、搶修、預(yù)試等工作前，必須對(duì)每個(gè)電容器短接并接地，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間多次放電，但目前普通的放電棒不能滿足以上條件，同時(shí)，對(duì)電纜及電容器放電是否完成并沒(méi)有明確的指示。本文研制一個(gè)電容器專(zhuān)用放電棒，在對(duì)電容器進(jìn)行放電的同時(shí)，能夠即時(shí)反映電纜及電容器帶電情況。

引言

　　在變電所內(nèi)電容器的日常維修、搶修、預(yù)試等工作中，工作前必須對(duì)電容器組及單個(gè)電容器進(jìn)行放電，因?yàn)椤栋惨?guī)》上有明確規(guī)定：電纜及電容器接地前應(yīng)逐相充分放電，星形接線電容器的中性點(diǎn)應(yīng)接地、串聯(lián)電容器及與整組電容器脫離的電容器應(yīng)逐個(gè)多次放電，裝在絕緣支架上的電容器外殼也應(yīng)放電;同時(shí)電力電纜等設(shè)備在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電力電纜的日常維修、搶修、預(yù)試等工作中，工作前必須對(duì)其進(jìn)行充分放電。但是放電的過(guò)程中，殘余電荷產(chǎn)生的電壓是否在安全電壓之下、是否已經(jīng)充分放電，卻沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的驗(yàn)電裝置，對(duì)電纜及電容器放電是否完成沒(méi)有明確的指示。

1 整體概述

　　電容器帶電報(bào)警放電棒的實(shí)際應(yīng)用示意圖，如圖1所示。對(duì)電容器的放電，必須同時(shí)由兩根放電棒完成，高壓電容器兩端的電壓經(jīng)地線回路和兩個(gè)限流電阻短接，電容上的剩余電荷逐步泄放為“0”，放電過(guò)程中，放電棒高壓端的2kΩ取樣電阻上流過(guò)電流，產(chǎn)生電壓信號(hào)，由驗(yàn)電盒對(duì)電壓進(jìn)行采樣、判斷和處理。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　驗(yàn)電盒是具有帶電報(bào)警功能的電容器專(zhuān)用放電棒的核心部件，直接用于對(duì)電容器或電纜殘余電荷的檢測(cè)。

2.1 驗(yàn)電盒原理框圖

　　驗(yàn)電盒原理框圖如圖2所示，高壓端信號(hào)經(jīng)過(guò)直流偏置，進(jìn)入主控制器，內(nèi)部電池用于直流偏置盒主控制器供電，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度和控制的靈活性，設(shè)計(jì)并沒(méi)有采取常規(guī)的“分立元件+邏輯芯片”的電路方式，而是選用小規(guī)?？刂破?，控制器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行精確的測(cè)量，同時(shí)引腳直接驅(qū)動(dòng)指示燈和蜂鳴器提示工作人員，裝置且具有自檢功能。

2.2 驗(yàn)電盒電路設(shè)計(jì)

　　驗(yàn)電盒中控制器是ATMEL公司生產(chǎn)的ATMEGA16L，具有8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC，用于將電容器或電纜兩端的高壓端信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

　　輸入的交直流電壓信號(hào)，既有正電壓，又有負(fù)電壓，控制器的ADC輸入只能允許正電壓。因此，電路通過(guò)電阻R8給輸入信號(hào)提供直流偏置，同時(shí)，二極管D1鉗位輸入信號(hào)的幅值，避免超范圍的輸入信號(hào)損壞單片機(jī)的ADC通道。這樣，輸入的交直流信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以計(jì)算獲得實(shí)際高壓端的電壓值，從而根據(jù)電壓的大小，給予不同程序的告警。其電路圖如圖3所示。

　　由于驗(yàn)電盒的體積較小，只能放入很小的電池，因此，電路的低功耗要求也很高。常規(guī)的分立元件電路耦電很小，只有μA級(jí)別，所以可以長(zhǎng)期無(wú)開(kāi)關(guān)工作。這里控制器的功耗正常時(shí)，可達(dá)mA級(jí)別，本文為了能提高驗(yàn)電器的電池續(xù)航能力，設(shè)計(jì)中采取了兩個(gè)措施，一個(gè)是增加電源開(kāi)關(guān)，不用時(shí)，主動(dòng)切斷電源節(jié)約電池能耗;另一個(gè)是使控制器ATMEGA16L在外接無(wú)電壓時(shí)，進(jìn)入低功耗模式，這時(shí)的電源電流也可以減小至μA級(jí)別。內(nèi)部的供電電池為4.5V，而控制器ATMEGA16L的工作電壓范圍是2.7V-5.5V，電池電壓很低仍能正常工作，還可以通過(guò)控制器ATMEGA16L的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，測(cè)量電池的電壓值，并給予電量提示。

2.3 驗(yàn)電盒面板設(shè)計(jì)

　　驗(yàn)電盒面板由指示燈、按鍵、蜂鳴孔和開(kāi)關(guān)組成，如圖4所示。指示燈分為高壓指示和電量指示，當(dāng)采樣到有高壓時(shí)，高壓指示燈閃爍，電壓越高，閃爍越快，達(dá)到額定測(cè)量的10kV時(shí)，指示燈常亮;電量指示分為3檔，當(dāng)按下自檢鍵時(shí)，電量大于80%全亮;電量大于50%兩個(gè)亮;電量大于20%一個(gè)亮;如果一個(gè)燈都不亮，表示電量太低，不能進(jìn)行驗(yàn)電操作。電源開(kāi)關(guān)的作用是斷開(kāi)驗(yàn)電盒的供電，起到節(jié)約電量的功能。