非接触式高压验电器的改进
中心议题：
- 非接触式高压验电器的工作原理
- 非接触式高压验电器的改进方法
- 电源的改进
- 传感器的改进
- 电路结构的改进
- 送往计算机信号的改进
工程背景
非接触式验电器不直接与高压线接触，利用高压线附近的电场来检测高压线路是否带电，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。本装置固定安装在室外某段高压线的电线杆上，它采用交流或直流电源对整个设备供电，免去了更换电池的烦恼，因此它既可以用于检测高压线是否带电，也可以用于长期监视高压线工作。本装置外部安装了防水盒，完全可以满足室外工作的要求。
本次开发的验电器主要用于铁路中高压输电线路的监测工作，其设计要求是监测铁路中27.5kV电压线路的运行情况。
非接触式高压验电器存在的不足
前文中所指验电器已经投入市场，虽其运行情况一直良好，但因验电器自身原因，其性能和功能方面还不完善。根据客户返回意见和实地调查研究，发现验电器主要存在以下不足。
●传感器信号的读取不稳定，下雨天信号弱，晴天信号强，不利于验电器正常工作；
●验电器无自带电源，使其只能安装在有市电电源附近；
●验电器可靠性和稳定性有待提高；
●验电器往计算机送信号时信号不稳定。
为了提高系统的稳定性，摆脱使用场地的束缚，有必要对验电器的电源、传感器和电路等结构进行改进，完善其性能。
非接触式高压验电器的改进
1电源的改进
高压线和220V市电是分开架设的，高压线一般架设在空旷或居民较少的地方，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，而前文中验电器电源采用市电220V交流或110V直流供电，使得验电器的使用场地受到限制，大大降低了其市场价值。为了摆脱使用场地的束缚，本文对验电器电源进行了改进，采用太阳能电池组和蓄电池组合为验电器供电。
太阳能电池为上海交大泰阳绿色能源有限公司生产的TSM-10M电池组，蓄电池为南京海格科技有限公司生产的GHB-6FMO.8蓄电池，该电池能提供12V直流工作电压。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。改进后的验电器不需要220V市电电源供电，可以要安装在任意高压线处。
2传感器的改进
传感器用于读取电场信号，是整个设备的信号源。前文中传感器在雨天信号弱，其原因在于雨水，本文将传感器外壳进行改进，采用半球形光滑外壳，其剖面图如图1所示。图中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。
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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。
图1传感器外壳
3电路结构的改进
电路结构的改进也是为了提高系统的可靠性，避免发错错误信号。前文中采用了一路信号处理电路工作，倘若该电路长时间工作因为元件老化等原因出现故障，发出错误信号，尤其是把有电信号错误地发送为无电信号则会酿成不可估量的后果。因此，本文将信号处理电路改为双路交叉运行。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。
图2信号传送
4送往计算机信号的改进
前文中信号是通过验电器装置发送到计算机，此时就遇到一个共地线问题，要让计算机正确地识别验电器传送过来的信号就必须使计算机和验电器共一个地线，否则，会因传送线路过长不共地线而导致计算机识别信号出错。本文改变信号传送方式，如图2所示，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。
改进后的验电器装置其信号的稳定性较之改进之前有了很大的提高，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。
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