CN104569703A - 漏电检测定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种漏电检测定位装置，包括：磁场传感器，用于感应漏电流产生的磁场，以获得第一电压信号，所述第一电压信号与所述漏电流的大小对应；第一调理模块，用于处理所述第一电压信号；电场传感器，用于感应漏电压产生的电场，并获得第二电压信号，所述第二电压信号与所述漏电压的大小对应；第二调理模块，用于处理所述第二电压信号；处理器，根据处理后的所述第一电压信号和第二电压信号判断漏电状态。该漏电检测定位装置可对墙表面和墙内的漏电位置进行定位，可应用于室内漏电检测以及震后、暴雨后或矿险等救灾场所的漏电状况判断。

Description

漏电检测定位装置

技术领域

本发明属于精密测量领域,具体涉及一种漏电检测定位装置。

背景技术

当电流流经人体到达地面，即使小电流也足以对人体造成伤害。对于室内的漏电，主要是中低压漏电，而且判断漏电状态的手段主要是钳形表。即，将钳形表设置在线路的进出口（主要是配电箱内），当线路回路的电流所产生的磁通不为零时，即可判定线路中有漏电，而且根据磁通的大小即可判断出漏电流的大小。

利用钳形表虽然可判断出线路中是否存在漏电，但不能对漏电的位置进行定位。电笔或万用表虽可大致确定漏电的位置，但这种判断方式不仅费时费力，而且存在触电风险，同时还需要检测人员拥有丰富的现场经验。更重要的是，电笔或万用表不能判断建筑物内部的漏电状态。

目前，市场上出现一种非接触式漏电检测装置，其是通过测量电场强度来确定线路中是否有漏电发生。由于建筑材料对电场的衰减非常严重，因此，这种非接触式漏电检测装置仅能用于判断建筑材料表面的漏电状态，不能对发生在建筑材料内部（如墙内）的漏电状况进行判断和定位，而且电源开关也会影响这种非接触式漏电检测装置的检测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对漏电流检测中存在的上述缺陷，提供一种非接触式漏电检测定位装置，其可以对墙表面和墙内的漏电位置进行定位。

为此，本发明提供一种漏电检测定位装置，包括：

磁场传感器，用于感应漏电流产生的磁场，以获得第一电压信号，所述第一电压信号与所述漏电流的大小对应；

第一调理模块，用于处理所述第一电压信号；

电场传感器，用于感应漏电压产生的电场，并获得第二电压信号，所述第二电压信号与所述漏电压的大小对应；

第二调理模块，用于处理所述第二电压信号；

处理器，根据处理后的所述第一电压信号和第二电压信号判断漏电状态。

其中，所述处理器分别根据所述第一电压信号和第二电压信号与距离之间的关系判断所述漏电流的位置以及所述漏电流的大小。

其中，所述磁场传感器采用GMR磁场传感器或TMR磁场传感器。

其中，所述第一调理模块包括：

第一可控放大器，用于按照所需的放大倍数初步放大所述第一电压信号，获得第一工频信号；

第一滤波器，用于滤除所述第一工频信号带外的干扰信号；

第一对数放大器，用于大动态的放大所述第一工频信号，以获得第一放大工频信号。

其中，所述第一滤波器采用有源滤波器。

其中，所述第二调理模块包括：

调制器，用于将所述第二电压信号调制到中频，获得中频信号；

第二可控放大器，用于按照所需的放大倍数初步放大所述中频信号；

第二滤波器，用于滤除所述中频信号带外的干扰信号；

解调器，用于解调所述中频信号的第二电压信号，获得第二工频信号；

第二对数放大器，用于大动态的放大所述第二工频信号，以获得第二放大工频信号；

第三滤波器，用于滤除所述第二工频带外信号。

其中，所述第二滤波器和所述第三滤波器采用无源滤波器或晶体滤波器。

其中，所述第二调理模块包括：

第三可控放大器，用于按照所需的放大倍数初步放大所述第二电压信号，获得第三工频信号；

第四滤波器，用于滤除所述第三工频信号带外的干扰信号；

第三对数放大器，用于大动态的放大所述第三工频信号，以获得第三放大工频信号。

其中，还包括：

电源管理模块，用于向各模块提供电能；

人机交互和通讯模块，用于操作者与所述处理器之间的信息交互和呈现，以及所述处理器与各模块之间的通讯；

存储模块，用于数据的存储。

其中，报警模块，用于当漏电流超过预设的报警门限时提出警报。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的漏电检测定位装置，通过磁场传感器和电场传感器分别获得与漏电流大小对应的第一电压信号和与漏电压大小对应的第二电压信号，第一电压信号和第二电压信号分别经第一调理模块和第二调理模块处理后发送至处理器，处理器根据处理后第一电压信号和第二电压信号即可判断漏电状态。漏电流产生的磁场强度随距离的增加反比例衰减，而且该衰减不受建筑材料影响，因此，处理器根据第一电压信号可判断建筑材料内是否有漏电流，漏电流与操作者的相对方位，以及估算漏电流的大小。当有漏电发生但未产生漏电流时，无法根据磁场信号探知是否有漏电，此时，电场传感器可以感应漏电压产生的电场，获得第二电压信号，该电场的强弱随距离成反比例的平方衰减，而且受建筑材料的影响很大，根据这一特性，可判断漏电的位置。即本发明提供的漏电检测定位装置可以对墙体表面和墙内的漏电位置进行定位；而且具有结构简单、成本低、判断迅速、准确高、功耗低以及适合低功耗场合等优点，可应用于室内漏电检测和定位，也可应用于震后、暴雨后或矿险等救灾场所的漏电状况判断。

附图说明

图1为本发明实施例漏电检测定位装置的原理框图；

图2为本发明实施例第一调理模块的原理图；

图3为本发明实施例第二调理模块的原理框图；

图4为本发明另一实施例第二调理模块的原理框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的漏电故障检测定位装置设备进行详细描述。

如图1所示，漏电检测定位装置包括磁场传感器1、第一调理模块2、电场传感器3、第二调理模块4以及处理器5。

其中，磁场传感器1用于感应漏电流产生的磁场，以获得第一电压信号，漏电流产生的磁场的大小（磁场强度）与漏电流的大小成比例，第一电压信号与该磁场的大小成比例，即第一电压信号的强弱与漏电流的大小对应。

本实施例磁场传感器1采用GMR（巨磁阻）磁场传感器，GMR磁场传感器的灵敏度可达到4mOe（豪高斯），动态范围为±10Oe（高斯）。4mOe对应的是0.2mA（毫安）在1mm（毫米）处产生的磁场的强度，故10Oe对应0.5A在1mm处产生的磁场的强度，这完全满足我国配电箱处漏电流300-500mA的要求。同时，0.2mA也超标准的满足能使人感知的1mA漏电流的要求。因此，在实际检测时，可将测量的距离提升到5mm处，此时1mA的漏电流产生的磁场强度为4mOe。标准墙体的厚度为240mm或370mm，走线管深度一般为100mm以内，即使走线不标准，也很难超过150mm。在150mm距离处，GMR磁场传感器能测出30mA的漏电流，满足30mA的能使人致命的整定界限值，并远小于最严格的可引起火灾的100mA的漏电流值。因此，GMR磁场传感器灵敏度高、线性好、频率响应快，具有体积小，成本低、集成度高的特点，而且完全能够满足安全性要求。

当然，如果不考虑测量精度的要求，本实施例磁场传感器也可采用TMR磁场传感器、霍尔传感器等其它磁场传感器。但需要说明的是，霍尔传感器在开环测量时线性度较差，温度特性不好，且达不到测量微小漏电流所需要的灵敏度。霍尔传感器在闭环测量时线性度和温度特性优于开环测量，但对室内漏电故障检测定位并不太合适。

第一调理模块2，用于处理第一电压信号。如图2所示，第一调理模块2包括第一可控放大器21、第一滤波器22以及第一对数放大器23。

其中，第一可控放大器21用于按照所需的放大倍数初步放大第一电压信号，获得第一工频信号。第一可控放大器21的放大倍数在100倍以下，本实施例优选6-20倍。第一可控放大器21可根据需要手动或自动调整放大倍数。手动设置时，放大倍数可根据需要自由设置，一般可提供4种放大倍数供选择。自动设置时，可以通过处理器5来自动设置放大倍数，处理器5按照先大后小的顺序设置放大倍数，直到信号大小在合适的采样区间之内。第一可控放大器21将第一工频信号发送至第一滤波器22。

第一滤波器22接收来自第一可控放大器21放大的第一工频信号，并滤除第一工频信号带外的干扰信号，并将滤波后的第一工频信号发送至第一对数放大器23。本实施例第一滤波器22采用设有6阶以上的有源滤波器。

第一对数放大器23接收来自第一滤波器22的第一工频信号，将第一工频信号大动态的放大，以获得第一放大工频信号，并将第一放大工频信号发送至处理器5。因为可观测漏电流本身变化范围在40dB以上，且随距离变化衰减幅度也在40dB以上，故采用对数放大器用来压缩信号动态，将80dB以上的动态范围压缩到60dB以内，以减少处理成本和缩短处理时间。第一对数放大器23后一般加抗混叠滤波器，然后将信号送至处理器5。

处理器5接收来自第一对数放大器23输出的第一放大工频信号，并根据第一放大工频信号判断漏电状态。漏电流（工频漏电流）产生的磁场的强度随距离的增加反比例衰减，根据该特性可判别漏电流的位置。对于混凝土等建筑材料，漏电流产生的磁场的强度基本不受影响，即磁场强度不会因建筑材料而额外衰减。因此，处理器根据第一放大工频信号可判断建筑材料内是否有漏电流，漏电流与操作者的相对方位，以及估算漏电流的大小。根据该第一放大工频信号所做的漏电流判断，排除工作电流或附近变压器的影响外，可确定是否有漏电流，以及漏电流的对于操作者的相对方位，并可估算出漏电流大小。

但在实际应用中还存在这样的情况，即有漏电发生但未产生漏电流，因此无法根据磁场信号探知是否有漏电情况。但此时电场信号稳定，为此，本实施例漏电检测定位装置还设有电场传感器3和第二调理模块4。

其中，电场传感器3用于感应漏电压产生的电场，并获得第二电压信号，漏电压产生的电场的大小（电场强度）与漏电压的大小成比例，第二电压信号与该电场的大小成比例，即第二电压信号与漏电压的大小对应。电场传感器3将第二电压信号发送至第二调理模块4。

第二调理模块4接收来自电场传感器3的第二电压信号，并处理所述第二电压信号。如图3所示，第二调理模块4包括调制器41、第二可控放大器42、第二滤波器43、解调器44、第二对数放大器45以及第三滤波器46。

其中，调制器41用于将第二电压信号调制到中频，获得中频信号。第二电压信号被调制到中频，形成调幅波，可以减少处理过程中的干扰。调制器41将中频信号发送至第二可控放大器42。

第二可控放大器42接收来自调制器41的中频信号，并按照所需的放大倍数初步放大所述中频信号。第二可控放大器42的结构和原理与第一可控放大器21相同，在此不再赘述。第二可控放大器42将放大的中频信号发送至第二滤波器43。

第二滤波器43接收来自第二可控放大器42输出的经放大后的中频信号，并滤除中频信号带外的干扰信号。第二滤波器43将滤波后的中频信号发送至解调器44。本实施例第二滤波器43采用无源滤波器或晶体滤波器。

解调器44接收来自第二滤波器43的经滤波后的中频信号，并解调中频信号的第二电压信号（包络信号），获得第二工频信号。解调器44将获得的第二工频信号发送至第二对数放大器45。本实施例解调器44采用中频解调器。

第二对数放大器45内置于解调器44，其接收来自解调器44的第二工频信号，并大动态的放大所述第二工频信号，以获得合适范围的第二放大工频信号。第二对数放大器45的动态范围在90dB以上，可有效处理调制后的第二工频信号，第二工频信号是包含工频电场频带的信号。第二对数放大器45将获得的第二工频信号发送至第三滤波器46。

第三滤波器46接收来自第二对数放大器45获得的第二工频信号，并滤出第二工频信号，滤除第二工频带外信号。第三滤波器46将获得的第二工频信号发送至处理器5。处理器5接收来自第三滤波器46输出的第二工频信号，并根据第二工频信号判断漏电状态。

第二工频信号（工频电场信号）相对稳定。第二工频信号的强度随与距离成反比例的平方衰减，而且，第二工频信号受建筑材料影响很大，建筑材料可加速第二工频信号的衰减。如无漏电发生而工频电压（不是漏电引起的电压）到达或接近墙面，则电场传感器基本无法测到电场信号。根据电场的这些特性，在排除正常的电场泄露点外，根据电场传感器测到的第二电压信号，可快速判别漏电位置。

在本实施例中，处理器5根据处理后的第一电压信号和第二电压信号，以及第一电压信号和第二电压信号随距离的变化情况，可综合判别漏电是否发生、发生的位置、以及是否产生了漏电流及其大小。漏电检测定位装置不仅可以用于判断室外漏电流的检测定位，而且可以用于室内漏电流的检测定位。

如图4所示，第二调理模块4包括第三可控放大器91、第四滤波器92以及第三对数放大器93。

其中，第三可控放大器91，用于按照所需的放大倍数初步放大所述第二电压信号，获得第三工频信号。第三可控放大器91将第三工频信号发送至第四滤波器92。

第四滤波器92接收来自第三可控放大器91放大的第三工频信号，并滤除第三工频信号带外的干扰信号，并将滤波后的第三工频信号发送至第三对数放大器93。本实施例第四滤波器92采用设有6阶以上的有源滤波器。

第三对数放大器93接收来自第四滤波器92的第三工频信号，将第三工频信号大动态的放大，以获得第三放大工频信号，并将第三放大工频信号发送至处理器5。

处理器5接收来自第三对数放大器93输出的第三放大工频信号，并根据第三放大工频信号判断漏电状态。

第二调理模块4的具体参数以及工作原理与图2所示的第一调理模块2类似，在此不再赘述。

本实施例漏电检测定位装置还包括电源管理模块6、存储模块7、人机交互和通讯模块8以及报警模块（图中未示出）。

其中，电源管理模块6用于向各模块提供电能。

存储模块7将处理器5输出的重要数据以及第一调理模块21、第二调理模块22所需的放大倍数等设置信息进行存储。重要数据包括第一电压信号和第二电压信号的波形数据。存储模块7可采用FLASH存储器，而且可掉电保存。

人机交互和通讯模块8，用于操作者与所述处理器之间的信息交互和呈现，以及所述处理器与各模块之间的通讯。具体地，人机交互和通讯模块8为操作者和处理器5之间的媒介，并为处理器5和***设备之间提供通讯通道。人机交互显示界面采用液晶显示器，用于显示第一电压信号和第二电压信号的波形，和/或显示第一电压信号和第二电压信号的幅值或有效值随距离变化的波形，也可单独显示幅值或有效值。通过按键输入，通讯采用USB端口。

报警模块用于向操作者提出警报，当漏电流超过预设的报警门限时提出警报。报警模块可与液晶显示器、按键结合，如设定报警门限、在液晶显示器上显示报警标示等。

本实施例提供的漏电检测定位装置，通过磁场传感器和电场传感器分别获得与漏电流大小对应的第一电压信号和与漏电压大小对应的第二电压信号，第一电压信号和第二电压信号分别经第一调理模块和第二调理模块处理后发送至处理器，处理器根据处理后第一电压信号和第二电压信号即可判断漏电状态。漏电流产生的磁场强度随距离的增加反比例衰减，而且该衰减不受建筑材料影响，因此，处理器根据第一电压信号可判断建筑材料内是否有漏电流，漏电流与操作者的相对方位，以及估算漏电流的大小。当有漏电发生但未产生漏电流时，无法根据磁场信号探知是否有漏电，此时，电场传感器可以感应漏电压产生的电场，获得第二电压信号，该电场的强弱随距离成反比例的平方衰减，而且受建筑材料的影响很大，根据这一特性，可判断漏电的位置。即本发明提供的漏电检测定位装置可以对建筑物表面和墙内的漏电流位置进行定位；而且具有结构简单、成本低、判断迅速、准确高、功耗低以及适合低功耗场合等优点，可应用于室内漏电检测和定位，也可应用于震后、暴雨后或矿险等救灾场所的漏电状况判断。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种漏电检测定位装置，其特征在于，包括：

磁场传感器，用于感应漏电流产生的磁场，以获得第一电压信号，所述第一电压信号与所述漏电流的大小对应；

第一调理模块，用于处理所述第一电压信号；

电场传感器，用于感应漏电压产生的电场，并获得第二电压信号，所述第二电压信号与所述漏电压的大小对应；

第二调理模块，用于处理所述第二电压信号；

处理器，根据处理后的所述第一电压信号和第二电压信号判断漏电状态。

2.根据权利要求1所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述处理器分别根据所述第一电压信号和第二电压信号与距离之间的关系判断所述漏电流的位置以及所述漏电流的大小。

3.根据权利要求1所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述磁场传感器采用GMR磁场传感器或TMR磁场传感器。

4.根据权利要求1所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述第一调理模块包括：

第一可控放大器，用于按照所需的放大倍数初步放大所述第一电压信号，获得第一工频信号；

第一滤波器，用于滤除所述第一工频信号带外的干扰信号；

第一对数放大器，用于大动态的放大所述第一工频信号，以获得第一放大工频信号。

5.根据权利要求4所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述第一滤波器采用有源滤波器。

6.根据权利要求1所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述第二调理模块包括：

调制器，用于将所述第二电压信号调制到中频，获得中频信号；

第二可控放大器，用于按照所需的放大倍数初步放大所述中频信号；

第二滤波器，用于滤除所述中频信号带外的干扰信号；

解调器，用于解调所述中频信号的第二电压信号，获得第二工频信号；

第二对数放大器，用于大动态的放大所述第二工频信号，以获得第二放大工频信号；

第三滤波器，用于滤除所述第二工频带外信号。

7.根据权利要求6所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述第二滤波器和所述第三滤波器采用无源滤波器或晶体滤波器。

8.根据权利要求1所述的漏电检测定位装置，其特征在于，所述第二调理模块包括：

第三可控放大器，用于按照所需的放大倍数初步放大所述第二电压信号，获得第三工频信号；

第四滤波器，用于滤除所述第三工频信号带外的干扰信号；

第三对数放大器，用于大动态的放大所述第三工频信号，以获得第三放大工频信号。

9.根据权利要求1所述的漏电检测定位装置，其特征在于，还包括：

电源管理模块，用于向各模块提供电能；

人机交互和通讯模块，用于操作者与所述处理器之间的信息交互和呈现，以及所述处理器与各模块之间的通讯；

存储模块，用于数据的存储。

10.根据权利要求9所述的漏电检测定位装置，其特征在于，还包括：

报警模块，用于当漏电流超过预设的报警门限时提出警报。