CN2867316Y

CN2867316Y - 一种电缆安全监控装置

Info

Publication number: CN2867316Y
Application number: CN200520023018.XU
Authority: CN
Inventors: 疏学明; 袁宏永; 申世飞; 苏国锋; 梁光华; 吴健宏; 孙占辉
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2015-06-10

Abstract

一种电缆安全监控装置属于电缆安全运行监控技术领域，其特征在于，该装置依次由测温元件、数据传输线、数据采集电路组件、数据转换电路和计算机串接而成。由于电缆过热现象具有隐蔽性高、早期温升缓慢、难以检测的特点，在通常情况下，从电缆头过热到事故发生，整个过程发展缓慢、时间过长，早期温升现象不明显，现有的测量方法难以进行有效地监测，本实用新型提供一种电缆安全监控装置，实现对电缆运行的实时监控，具有测温精度高、存储快速、抗干扰能力强和支持网络通讯功能，适合于高压电缆和低压电气设备线路的安全监控，使用安全方便，确保高压电缆安全运行。

Description

一种电缆安全监控装置

技术领域：

本实用新型属于电缆安全运行监控技术领域，具体涉及电缆安全运行监控装置。

背景技术：

高压电缆在现代工业企业中使用频繁，在工农业生产中发挥了巨大作用，但随之而来的是电缆事故的发生几率逐年递增。一旦电缆发生安全事故，轻者停电、停产检修，重者将会引起严重的火灾事故，后果十分严重，修复工作也极其困难，其造成的经济损失不可低估。据有关资料统计，近20年来我国各类电厂发生电缆热安全事故140余起，其中1986-1992年7年间竟达75次，有24个电厂发生过二次以上电缆火灾事故，个别电厂达4-6次，其中70％以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，40％的火灾事故造成特大损失。开展电缆安全监测技术研究，对早期发现电缆故障隐患，避免火灾和***事故的发生，具有非常重大的意义。

电缆事故的主要内部原因是动力电缆接头制作不良、压接不紧、接触电阻过大以及长期运行造成电缆接头线芯导体过热烧穿绝缘封套，进一步引起电缆短路而导致火灾。电缆事故的外部原因是由于外部大功率热源传热导致外壁温度急剧增加而引发火灾。无论是内部原因还是外部原因，热损耗过高是导致电缆热安全事故的最基本的因素。

针对电缆表面温度异常是其热故障的外在表征这一特点，目前已经有很多测温方法运用到电缆安全监控***中。常用的温度传感元件主要有红外传感器、热电偶、热敏电阻、半导体PN结、温控晶闸管和集成电路型温度传感器等。红外传感器最大的优点是非接触测量，因而具有很好的安全性，其缺点是结构复杂、抗干扰能力差，对环境要求高；热电偶传输信号需用专用补偿线，且传输距离不宜太长，不适合于电缆温度监控；热敏电阻通常为铂电阻，一般需采用三线式传输，平衡电桥式输出，传输距离也不宜太长，且抗干扰的能力较差；半导体PN结型和温控晶闸管型传感器也都不适用于电缆温度的监控。

因此，尽管目前已有多种测温方法应用到电缆外壁温度测量上，但是由于电缆过热现象具有隐蔽性高、早期温升缓慢、难以检测的特点。在通常情况下，从电缆头过热到事故发生，整个过程发展缓慢、时间过长，早期温升现象不明显，现有的测量方法难以进行有效地监测。

本实用新型采用了先进的感温传感器和总线技术，发展了一种全数字化的电缆表面温度监测***，布设方便、维护简单、成本低廉、抗干扰能力强，较好地解决了现有技术的不足之处，采用电缆表温监控装置实时监测电缆运行状况。

发明内容：

本实用新型提供一种电缆安全运行监控装置，实现对电缆安全运行的实时监控，确保高压电缆安全运行。

本实用新型包括测温元件1、数据传输线2、数据采集电路组件3、数据转换电路4、计算机5和电缆10。

本实用新型电缆安全监控装置，其特征在于它含有：

测温元件1，所述的测温元件是半导体感温探头，通过导热胶封装在金属外壳内，采用塑料扎带把所述的金属外壳固定在电缆10的外壁上；

数据传输线2，所述的数据传输线是三芯铠装信号线，其地线、数据线和电源线分别与所述测温元件的三个脚相连；

数据采集电路组件3，所述的数据采集电路组件含有微处理电路6、数据采集电路7、通讯电路8和电源电路9，其中：

微处理电路6含有：

微处理器由芯片AVRMEGA16-16PI构成；

REST、DATA、CLK、WP信号形成电路由芯片24C021构成，所述信号形成电路的REST、DATA、CLK、WP信号输出端分别与所述微处理器的相应输入端相连；

COMM、EEPROM、ON/OFF、ERR、POWER指示灯电路由分压电路和与其正串的相应LED构成，所述指示灯电路的COMM、EEPROM、ON/OFF、ERR、POWER信号输出端，即相应各指示灯LED的负极和所述微处理器的相应输入端相连；

数据采集电路7是总线式的，含有：

三极管控制电路，所述控制电路的采集控制信号即各三极管的栅极与所述微处理器的相应控制信号输出端相连；

采集电路，它由与一条总线相连的二极管箝位电路、电阻分压式信号采集电路构成，所述的两个电路的信号输出端都通过所述总线与所述微处理器的采集信号输入端相连；

通讯电路8含有：

TX即发送信号形成电路、RX即接收信号形成电路以及OE即允许发送信号形成电路，它们分别都由芯片6N136构成，它的TX输入端、RX输入端、OE输出端信号端口分别与所述的微处理器相应输入端相连；

TX、RX、OE各信号的形成控制电路由一块芯片MAX485构成，该MAX485芯片的各控制信号输出端分别与所述TX、RX、OE形成电路的控制信号输入端相连；

电源电路9含有：

自供电电源由电池及与该电池并联的芯片DY05S05构成，所述芯片的输出端为5V直流电源；

外接电源，所述外接电源的输入端经过自恢复保险丝后与芯片XZER05/24S05输入端相连，所述芯片的输出为5V直流电源；

数据转换电路4，所述数据转换电路把远程传输的RS485信号转换成RS232信号后与计算机5相连；所述数据转换电路中，插件板J52的各端子分别与通讯电路中输出端插件板J9的各端子一一对接；U52将RS485信号转换成TTL电平信号，经U53、U54隔离后送至U55，U55将TTL电平转换为RS232信号后通过J53送至计算机5的RS232接口。

与现有的电缆安全监控装置相比较，本实用新型具有以下主要优点：

1).感温探头灵敏度高，测温精度可达±0.5℃；

2).采集速度快，温度数据与数字信号转化时间不大于15ms；

3).抗电磁干扰能力强、防腐蚀性好，在强电磁场环境下工作正常；

4).支持网络功能，***容量大，传输距离远。每个数据采集模块可接8路数据传输线，每根数据传输线上可串接64个探头；

5).***具备自检报错能力，性能稳定；

6).通过数据传输线供电，布线简单、成本低、运行稳定、维护简单；

7).每个感温探头具有64bit唯一编码，根据感温探头位置与其数字标识码的对应关系，能够准确地确定温度异常点的位置，解决了电缆隐患定位的难题。

本实用新型适合于高压电缆和低压电气设备线路的安全监控，使用安全方便，可极大地提高电缆安全监控的自动化水平。

附图说明：

图1本实用新型***原理图；

图2微处理电路原理图；

图3数据采集电路原理图；

图4通讯电路原理图；

图5电源电路原理图；

图6(a)数据转换电路原理图；

图6(b)数据转换电路的电源电路原理图；

具体实施方式：

以下结合附图具体说明本实用新型的实施方式。

实施例1：

本实用新型电缆安全监控和运行评价方法及其装置由测温元件1、数据传输线2、数据采集电路组件3、数据转换电路4、计算机5和电缆10组成。

本实施例中测温元件1是指18B20型半导体感温探头，通过导热胶封装在金属外壳内，采用塑料扎带将金属外壳固定在电缆外壁，感温探头的三个脚分别与数据传输线2的地线、数据线和电源线连接，所述的数据传输线2由三芯电线组成，电线外壁分别包裹铝箔、铜网、内护套层、钢铠和外护套层。

本实施例中的数据采集电路组件3由微处理电路6、数据采集电路7、通讯电路8、电源电路9组成。

所述微处理电路6用于数据采集、***状态显示，由集成电路U1～U2、排阻PR1～PR2、二极管L1～L5、电容C1～C3、电阻R1～R22、晶体振荡器Y1组成。其中，U1的1脚、2脚、3脚、9脚分别和U2的6脚、5脚、3脚、7脚一一对应相接，U1的4脚、5脚、6脚、7脚、8脚分别和L1、L2、L3、L4和L5的阴极一一对应相接，U1的10脚、11脚分别和电源的VCC、GND一一对应相接，C1的一端、Y1的一端和U1的12脚相接，C2的一端、Y1的另一端和U1的13脚相接，C1的另一端、C2的另一端和GND相接，U1的14脚、15脚、16脚分别和通讯电路8中R32、R33、R31的一端一一对应相接，U1的30脚、31脚分别和电源的VCC、GND一一对应相接，U1的32脚和C3的一端相接，C3的另一端和GND相接，U1的22脚、23脚、24脚、25脚、26脚、27脚、28脚、29脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、40脚分别和R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17、R19、R18、R16、R14、R12、R10、R8、R6、R4的一端一一对应相接，R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17、R19的另一端分别和PR2的9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚一一对应相接，PR2的1脚和GND相接，R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18的另一端分别和数据采集电路7中J1的1脚、J2的1脚、J3的1脚、J4的1脚、J5的1脚、J6的1脚、J7的1脚、J8的1脚一一对应相接，U2的2脚和R21的一端相接，R21的另一端和GND相接，U2的4脚和GND相接，U2的8脚和VCC相接，R1、R2、R3的一端分别和U2的5脚、6脚、7脚一一对应相接，R1、R2、R3的另一端和VCC相接，L2、L3、L4、L5的阳极分别和PR1的2脚、3脚、4脚、5脚一一对应相接，PR1的1脚和VCC相接，L1的阳极和R22的一端相接，R22的另一端和VCC相接。

所述数据采集电路7由接线端子J1～J8、排阻PR3、二极管D1～D16、三极管Q1～Q8、电容C5～C12、电阻R23～R30组成。其中，D1的阳极、D2的阴极、J1的1脚、PR3的9脚、R23的一端相接。D3的阳极、D4的阴极、J2的1脚、PR3的8脚、R24的一端相接。D5的阳极、D6的阴极、J3的1脚、PR3的7脚、R25的一端相接。D7的阳极、D8的阴极、J4的1脚、PR3的6脚、R26的一端相接。D9的阳极、D10的阴极、J5的1脚、PR3的5脚、R27的一端相接。D11的阳极、D12的阴极、J6的1脚、PR3的4脚、R28的一端相接。D13的阳极、D14的阴极、J7的1脚、PR3的3脚、R29的一端相接。D15的阳极、D16的阴极、J8的1脚、PR3的2脚、R30的一端相接。PR3的1脚和VCC相接，D1、D3、D5、D7、D9、D11、D13、D15的阴极和VCC相接。D2、D4、D6、D8、D10、D12、D14、D16的阳极和GND相接，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8的2脚和GND相接，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8的3脚和VCC相接，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8的4脚和大地E相接，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的栅极分别和C5、C6、C7、C8、C9、10、C11、C12的一端一一对应相接后再分别和微处理电路6中PR2的9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚一一对应相接，C5、C6、C7、C8、C9、10、C11、C12的另一端分别和R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30的另一端一一对应相接后再分别和Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的漏极一一对应相接，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的源极和GND相接。

所述通讯电路8由接线端子J9、集成电路U3～U6、三极管Q9、电阻R31～R38、自恢复保险丝F1～F2组成。其中，U3、U4、U5的3脚分别和R31、R35、R33的一端一一对应相接，U3的2脚、U4的8脚、U5的2脚、R32的另一端和VCC相接，U3的8脚、U4的2脚、U5的8脚、R34的一端、R36的一端、Q9的射极、U6的8脚和5V相接，U3、U4的6脚分别和R37、R32的另一端一一对应相接，U5的6脚、R34的另一端、U6的4脚相接，U3的5脚、U5的5脚、R38的一端、U6的5脚、J9的5脚和0V相接，U4的5脚和GND相接，R36的另一端、R37的另一端与Q9的基极相接，R38的另一端、Q9的集电极、U6的2脚、U6的3脚相接，R35的另一端、U6的1脚相接，U6的6脚、7脚分别和F1的一端、F2的一端一一对应相接，F2的另一端、J9的1脚、J9的3脚相接，F1的另一端、J9的2脚、J9的4脚相接。

所述电源电路9由接线端子J10、集成电路U7～U8、自恢复保险丝F3、电容E1～E4、电容C16～C22组成。其中，J10的1脚和F3的一端相接，J10的2脚、C19的一端、C20的一端、E3的负极、U8的2脚相接，J10的3脚、C19的另一端、C18的一端和C22的一端与大地E相接，F3的另一端、C20的另一端、E3的正极、U8的1脚相接，C21的一端、E4的正极、U8的3脚、E1的正极、C16的一端、U7的14脚和VCC相接，C21的另一端、E4的负极、U8的5脚、C22的另一端、E1的负极、C16的另一端、U7的1脚和GND相接，C17的一端、E2的正极、U7的8脚和5V相接，C17的另一端、E2的负极、U7的9脚、C18的另一端和0V相接。

所述数据转换电路4由接线端子J51～J53、集成电路U51～U56、电阻R51～R54、自恢复保险丝F51～F52、电容E51～E52、电容C51～C58组成。其中，J51的1脚、E51的正极、C51的一端、U51的14脚和VCC相接，J51的2脚、E51的负极、C51的另一端、U51的1脚和GND相接，U51的8脚、C52的一端、E52的正极和5V相接，U51的9脚、C52的另一端、E52的负极和0V相接，J52的1脚、3脚和F52的一端相接，J52的2脚、3脚和F51的一端相接，U52的6脚和F1的另一端相接，U52的7脚和F52的另一端相接，U52的5脚、J52的5脚和GND相接，U52的8脚和VCC相接，U52的1脚和R53的一端相接，U52的2脚、3脚和U56的3脚相接，U52的4脚、U56的1脚、U54的6脚和R52的一端相接，R53的另一端和U53的3脚相接，U54的7脚、U54的8脚、U53的2脚、C53的一端、R52的另一端和VCC相接，C53的另一端和GND相接，U54的2脚、U53的7脚、U53的8脚、C54的一端、R54的一端和5V相接，U53的5脚、C54的另一端和0V相接，U53的6脚、R54的另一端和U55的11脚相接，U54的3脚和R51的一端相接，R51的另一端和U55的12脚相接，U55的1脚、3脚分别和C58的两端相接，U55的4脚、5脚分别和C57的两端相接，U55的2脚、6脚分别和C55的一端、C56的一端一一对应相接，C55的另一端、C56的另一端、J53的5脚和0V相接，U55的13脚、14脚分别和J53的2脚、3脚一一对应相接。

Claims

1.一种电缆安全监控装置，其特征在于，它含有：

测温元件(1)，所述的测温元件是半导体感温探头，通过导热胶封装在金属外壳内，采用塑料扎带把所述的金属外壳固定在电缆(10)的外壁上；

数据传输线(2)，所述的数据传输线是三芯铠装信号线，其地线、数据线和电源线分别与所述测温元件的三个脚相连；

数据采集电路组件(3)，所述的数据采集电路组件含有微处理电路(6)、数据采集电路(7)、通讯电路(8)和电源电路(9)，其中：

微处理电路(6)含有：

微处理器由芯片AVRMEGA16-16PI构成；

数据采集电路(7)是总线式的，含有：

通讯电路(8)含有：

电源电路(9)含有：

数据转换电路(4)，所述数据转换电路把远程传输的RS485信号转换成RS232信号后与计算机(5)相连，所述数据转换电路中，插件板J52的各端子分别与通讯电路中输出端插件板J9的各端子一一对接，U52将RS485信号转换成TTL电平信号，经U53、U54隔离后送至U55，U55将TTL电平转换为RS232信号后通过J53送至计算机5的RS232接口。