多功能電纜故障檢測儀的製作方法
2023-10-09 11:45:54
專利名稱：多功能電纜故障檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型主要用於電纜故障檢測和電纜預防性實驗，尤其適合礦山修復電纜使用。
電纜故障主要分為相間短路、相線斷路、單相、多相絕緣、接地等故障，接地又分為高阻(5KΩ以上)及低阻接地，且高阻接地故障更多見。
目前已有的電纜故障檢測儀主要有1、聲測儀就是利用電纜試驗直流耐壓設備將故障線接入線路，用電容放電產生的音頻及電磁波輻射，通過壓電式或磁棒式探頭檢測信號進行放大來判斷故障點的位置，故障點處聲音大，但該方法在產生放電時，其聲音及電磁波傳播很遠，聲音大小難以判斷，故障點的位置也就難以查找。
2、音頻感應儀該儀是向電纜故障線芯迴路中輸入音頻電磁波，當電磁波沿著線芯傳播到故障點時就改變方向，藉此來判斷故障點的位置，但由於電磁波具有很強的輻射性，頻率越高輻射越遠，尤其對帶有屏蔽屏(金屬屏蔽或半導體屏蔽)或金屬統包型的電纜，其電波會沿屏蔽層傳播，以致整根電纜都能檢測到聲音信號，很難找到故障點的位置。對非屏蔽的故障點判斷，儘管在故障點處電波會發生變化，但只適用於低阻(通常小於1.5KΩ)情況，且因受電波的幅射影響，其判斷故障點的精度一般大於200mm，對高阻接地故障則無法檢測。
3、KDLZ-1型電纜故障測試儀該儀器就是利用了音頻感應法而設計的，其原理如
圖1、圖2所示。
該儀器由發射機及接收機組成，具體電路見圖3、圖4。
音頻發射機採用12.5V電池供電，最大工作電流275MA，最大輸出電壓55V(四檔)，最大輸出短路電流750MA，信號頻率850HZ。
由於該儀器依靠與電纜的阻抗匹配，將信號輸入電纜，且輸出串有電阻，輸出功率、輸出電壓都很小，難以在故障處形成迴路電流，因此，注入到電纜中的基本上是一種電磁波，因此，也就難以擺脫前述缺點，當遇有很低阻故障時，電磁波會從故障點發生洩漏，改變方向，此時能夠找到故障點位置，但因825HZ信號輻射仍稍強，其判斷故障點的精度通常大於200mm，而且僅能探測一般橡套電纜的的相間直接短路、單相直接接地(電阻小於1KΩ)故障，對上述稍高接地電阻(大於1.5KΩ)接地故障，因電磁波到達該點時，很小改變或不改變，因而也就難以判斷故障點的位置，同時對礦用半導體屏蔽，帶金屬統包層及監視層電纜、鎧裝電纜等的故障點，因電磁波會沿其屏蔽層傳播，則很難探測到，而且目前礦山井上下所用電纜幾全部都是帶屏蔽層或絕緣監視層或鎧裝等統包型電纜，因此也就極大地限制了該儀器的使用範圍，且該儀器最大檢測長度只有300米。
同類型的其它品種的儀器，其性能精度及適用性，與該儀器大同小異，不盡人意。
在常見的幾種電纜故障中，大部分為接地絕緣故障和短路故障，其他故障則較少，而在該兩種故障中高阻故障最多，佔95％以上。但目前的電纜故障探傷儀，對高阻故障的判斷基本無能為力，對低阻故障的判斷其準確性、精度也無法達到進行直接對症維修的要求，尤其是屏蔽電纜及帶金屬統包的電纜，其判斷誤差很大，甚至無法檢測，以至於延誤生產，造成浪費。
本實用新型的目的就是提供一種適用於屏蔽電纜及帶金屬統包的電纜，並能準確、快速、高精度地找到故障點的位置，對其進行及時對症維修的電纜故障檢測儀。
為了實現上述目的，本實用新型的工作原理是將連續可調高壓音頻電壓直接輸入電纜中，從而將電纜隱患點擊穿，迴路產生音頻電流，由電流產生磁場輻射，通過檢測磁場的強弱，並將磁場轉換為電一聲信號來判斷故障點的位置所在，因磁場(微弱磁場)的輻射較小，衰減很大，且方向性很強，因此，判斷故障點的位置也就很準確，精度很高。由於採用了高壓(視電纜工作電壓調定)音頻，只要電纜存在隱患點，在施加電壓不超過電纜耐壓試驗值的情況下，定能擊穿，從而在大功率信號發生器的驅動下，形成電流，產生磁場，進行檢測，其成功率幾乎達到100％，本方法只適用於接地絕緣故障和短路故障的檢測，但已可以滿足大部分故障的查找，同時，本儀器還可以兼作高壓直流耐壓試驗儀器使用，尤其適合礦山作電纜修復使用，其探測電纜長度可以達到十幾千米。
對於其它故障的檢測精度和成功率與音頻儀相同。
本實用新型多功能電纜故障檢測儀，包括主機、探頭和接收機，其特徵在於主機部分包括電源電路，它為主機提供工作電壓；大功率音頻信號發生器產生300HZ左右的音頻信號，該音頻信號輸入自耦調壓器原邊，付邊接至交直流兩用高壓升壓變壓器，輸出0～50KV高壓。檢測電纜絕緣、接地或短路故障時，交直流兩用高壓升壓變壓器輸出端接至電纜故障相，交直流兩用高壓升壓變壓器地接電纜地線，其餘懸空；檢測電纜斷路故障時，交直流兩用高壓升壓變壓器輸出端接至電纜故障相，其餘相及地線接變壓器地，電纜另一端全部接地；探頭與接收機連接，探頭沿電纜移動檢測，探頭檢測出的信號輸入到接收機的輸入端，經帶通濾波器濾波後送給集成運放IC11/2進行電壓放大，再經二階帶通濾波器進行濾波後送給集成運放IC11/2進行電壓放大，再送給集成運放IC2進行功率放大，推動耳機或揚聲器發聲。
本實用新型可以準確地檢測10KV以下各種橡套電力電纜，帶屏蔽層的電纜，金屬統包型電纜相間、對地、高阻、低阻絕緣故障。對非鐵材料外包型電纜，各種橡套電纜、聚乙烯電纜等檢測誤差不大於±2cm，對鐵皮或鋼絲外包型電纜，其精度不大於±5cm。對斷線故障的檢測僅適應於非屏蔽型電纜。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的內容圖1為已有的KILZ-1型電纜故障測試儀的發射機方框圖。
圖2為已有的KDLZ-1型電纜故障測試儀的接收機方框圖。
圖3為已有的IDLZ-1型電纜故障測試儀的發射機電原理圖。
圖4為已有的KDLZ-1型電纜故障測試儀的接收機電原理圖。
圖5為本實用新型方框圖。
圖6為本實用新型的主機電原理圖。
圖7為本實用新型的接收機電原理圖。
圖8為本實用新型的主機的另一種實施例電原理圖。
圖9為本實用新型的使用接線圖。
圖10為本實用新型一體化的結構示意圖。
本實用新型的技術方案如圖5、圖6、圖7、圖9所示。包括主機1、探頭12和接收機13。主機部分包括電源電路，它為主機提供工作電壓。大功率音頻信號發生器產生約300HZ左右的音頻信號(波形不限，功率不小於300W)，將該信號輸入到自耦調壓器原邊(調壓器輸出電流不小於6A，容量不小於1.5KVA)，付邊接至交直流兩用高壓升壓變壓器19(升壓變壓器功率不小於0.5KVA，輸入電壓0～220V，輸出高壓0～50KV(根據需要，輸出電壓可稍低些)。當用作電纜絕緣、接地或短路故障檢測時，將升壓器的高壓輸出端(直流狀態)接至電纜故障相8、升壓器地接電纜地線9，其餘懸空，然後調節輸出電壓，觀察毫安表7，待毫安表輸出電流達到20mA～40mA時停止，用探頭12及接收機13沿電纜檢測，會聽到300HZ的音頻聲，聲音突然消失或明顯減弱的位置即為故障點的準確位置。作電纜絕緣、接地或短路故障檢測時，探頭用電感式探頭。
當用作斷路故障檢測時，將高壓輸出端(直流態)接至故障相，其餘相及地線接變壓器地，電纜另一端全部接地，調整輸出電壓不超過200V，然後用探頭沿電纜檢測，聲音發生明顯變化的地方即為故障點。用作斷路故障檢測時，探頭用電容式探頭。
當用作電纜耐壓試驗時，接入電容器16進行試驗。
本實用新型主機電原理圖如圖6所示。
①BG1、BG2、VT1、J1等構成220V、127V電壓自動摶換電路，以適應不同的電源電壓。
②由BG3、BG4、R1、R2、R3、R4、C7、C8、C9、C10、B5～BG25、C9、C10、B5等組成大功率方波信號發生器，頻率300HZ。
③B3為自耦調壓器。
④B4為交直流兩用高壓升壓變壓器。在交直流兩用高壓升壓變壓器上設計有輸出電壓表。
⑤LH為電流互感器，用於為保護迴路及電流表提供信號。
⑥VT5為高壓矽堆；mA為毫安表，串接在交直流兩用高壓升壓變壓器輸出端，經毫安表輸出。
⑦K1、K2、K3、K4為功能轉換開關，用以切換電纜探傷及耐壓試驗。當K3、K4切換到A端時為耐壓試驗；切換到B端時為電纜探傷。
⑧BG26、BG27、VT4、VR1、C13、VT3、T2、C、TA、QA、KW構成保護和啟動停止電路，當輸出電流(調壓器付邊)超過8A時自動斷電，KW為調壓器回零復位開關，V1、V2、V3分別構成停止、啟動、電纜探傷指示燈電路。
接收機電原理如圖7所示。探頭檢測的信號接至輸入端，由R1、C1、C2、R2組成的帶通濾波器濾波後送給IC11/2放大，之後再由R5、C3、C4、R6、C5、R7組成的二階帶通濾波器進行濾波後送給IC11/2放大，再送給IC2功率放大，推動耳機(或揚聲器)發聲。
本實用新型的主機的另一種實施例電原理如圖8所示。與圖6所示的主機實施例不同之處在於音頻信號發生器的發生方式及所用元件不同，圖6所示的主機是運用多諧振蕩器推動三極體，圖8所示實施例則是運用單結晶管觸發可控矽。
另外，主機中保護電路、電壓自動轉換電路也可以使用運算放大器實現該功能。
接收機的集成電路也可以使用三極體或其它運放製作，但必須設置帶通濾波器以濾除雜散幹擾。
本實用新型的使用接線圖如圖9所示，圖9中附圖標記分別為1、主機；2、電流表；3、電壓表；4、輸出；5、儀表輸入；6、短路杆；7、毫安(微安)表；8、故障相；9、地線；10、支架；11、電纜；12、探頭；13、接收機；14、耳機；15、音量鈕；16、放電棒；17、電容器；18、地；19、交直流兩用高壓升壓變壓器；20、高壓尾；21、電壓調節；22信號指示燈；23、功能選擇；24、停止；25啟動。
電容17在做電纜耐壓試驗時才用。本實用新型也可做成一本化結構形式，如圖10所示。圖10中的附圖標記為1、主機；2、電流表；3、電壓表；7、毫安表；8、故障相；10支架；11、電纜；12、探頭；13、接收機；14、耳機；16、放電棒；19、交直流兩用高壓升壓變壓器；22、信號指示燈；23功能選擇；26、電容器連線(耐壓試驗用)；27、電容器接線柱；28、插頭；29、控制盒；30、啟動、停止、升降鈕；31、電源線。
權利要求1.一種多功能電纜故障檢測儀，包括主機(1)、探頭(12)和接收機(13)，其特徵在於主機(1)部分包括電源電路，它為主機提供工作電壓；大功率音頻信號發生器產生300HZ的音頻信號，該音頻信號輸入到自耦調壓器原邊，付邊接至交直流兩用高壓升壓變壓器(19)，輸出0～50KV高壓；檢測電纜絕緣、接地或短路故障時，交直流兩用高壓升壓變壓器(19)輸出端接至電纜(11)故障相(8)，交直流兩用高壓升壓變壓器地(18)接電纜地線(9)，其餘懸空；檢測電纜斷路故障時，交直流兩用高壓升壓變壓器輸出端接至電纜故障相，其餘相及地線接變壓器地，電纜另一端全部接地；探頭(12)與接收機(13)連接，探頭(12)沿電纜(11)移動檢測，探頭檢測出的信號輸入到接收機(13)的輸入端，經帶通濾波器濾波後送給集成運放IC11/2進行電壓放大，再經二階帶通濾波器進行濾波後送給集成運放1C11/2進行電壓放大，再送給集成運放IC2進行功率放大，推動耳機(14)或揚聲器發聲。
2.根據權利要求1所述的多功能電纜故障檢測儀，其特徵在於所述大功率音頻信號發生器採用多諧振蕩器推動三極體或單結晶管觸發可控矽式音頻信號發生器。
3.根據權利要求1所述的多功能電纜故障檢測儀，其特徵在於在電源部分設計有220V、127V電壓自動轉換電路。
4.根據權利要求1所述的多功能電纜故障檢測儀，其特徵在於在電源部分設計有保護和啟動停止電路，當自耦調壓器付邊輸出電流超過8A時自動斷電。
5.根據權利要求1所述的多功能電纜檢測儀，其特徵在於在主機上設計有功能轉換開關K1、K2、K3、K4，用以切換電纜探傷和耐壓試驗。
6.根據權利要求1所述的多功能電纜檢測儀，其特徵在於在交直流兩用高壓升壓變壓器上設計有輸出電壓表。
7.根據權利要求1所述的多功能電纜檢測儀，其特徵在於在交直流兩用高壓升壓變壓器輸出端串接有毫安表(7)，經毫安表(7)輸出。
專利摘要本檢測儀用作電纜探傷和耐壓試驗。包括主機、探頭和接收機,大功率音頻信號發生器產生300Hz音頻信號輸入到自耦調壓器原邊,付邊接至交直流兩用高壓升壓變壓器,輸出高壓,接至電纜故障相。用探頭及接收機沿電纜檢測。該儀器可以判斷6KV以下橡套電纜、帶屏蔽層的電纜、鎧裝電纜、帶金屬統包層的電纜等絕緣故障、高阻(<10MΩ)、低阻接地故障的檢測,其精度可以達到2cm。尤其適合礦山修復電纜使用,亦可檢測普通橡套電纜的斷線故障。
文檔編號G01R31/02GK2466669SQ01216430
公開日2001年12月19日 申請日期2001年2月19日 優先權日2001年2月19日
發明者劉世春, 劉芒果 申請人:劉世春