警距离，控制报警距离灵敏度，近电报警装置置于强带电体附近或强电磁场当 中，待距带电体达到一定的距离以内或电磁场强到一定程度时，近电报警装置就会发出响 亮的声音报警，同时报警灯亮起。
[0030] 报警距离灵敏度的设置方法是通过近电报警距离调节按键5中的四只按键实现 的，此四只按键分别定义为"ENT"、"ESC"、"INC"、"DEC"，首先通过"ENT"键查看报警控制灵 敏度或开始调整报警灵敏度，通过"INC"和"DEC"按键分别进行增加和减小控制灵敏度，待 调整完毕后再次按下"ENT"键进行确认调整，完成报警控制灵敏度的调整。整个过程中均可 通过"ESC"键随时退出调整，退出调整后报警控制灵敏度为原设定值。
[0031] 在本实用新型近电报警装置的一个典型实施案例中，变电站检修工人持高压绝缘 试验杆进行带电作业试验。近电报警装置通过卡槽牢固地固定在高压绝缘试验杆的一端， 打开电源，设定好合适的感应灵敏度，由工人持高压绝缘试验杆的另一端进行高压带电作 业，正常作业时高压绝缘试验杆不接触高压带电物体，此时近电报警装置离高压带电体距 离较远，装置不报警，一旦操作工人持高压绝缘试验杆不小心靠近高压带电物体时，近电报 警装置周围的电磁场强度加大，电磁场感应金属片感应到增大的感生电流，由信号处理电 路2的放大等处理后使装置报警声响起，同时报警灯发光，警告操作工人危险的接近。通过 对绝缘试验杆加装近电报警装置，实现在其使用过程中保持对高压带电物体的安全距离。 采用声光报警，根据试验杆移动过程中进行多点感应检测，实现有效、准确报警，以防止事 故发生。
[0032] 本实用新型的近电感应方法，是根据强电附近电场特征呈现的近场区特性，通过 一薄金属铜片在不接触带电体靠近带电体时，借助带电体周围产生的工频电磁场在金属片 中感生出非常微弱的电流，此电流变化频率与电磁场变化频率相同，对此电流利用高输入 阻抗的运算放大电路进行捡拾和初步放大，再进一步通过高倍仪用放大电路进一步的放大 3000倍以上后，进行检波和滤波，得出可供测量、检测以及报警的反应周围交变电场强弱的 信号，做简单信号调理输入到单片机处理器进行采样处理。以下分两个方面进一步详细说 明近电感应方法：
[0033] 1)工频电场的特征及计算模型
[0034] 输电线路中电压与电流的频率为工频50Hz，对应的波长A为6000km，根据天线理 论，发射天线的物理尺寸只有达到或接近
才能使得电磁波空间发射能力最强，而实际 上一条高压输电线路均远小于此尺寸，因此电力线路向周围的电磁波发射能力是极弱的， 稍远距离的电磁场强度几乎检测不到。对于距电力线路数米或数百米的距离r处而言，r< <入，故输电线路附近的电场和磁场呈现典型的"近场区"特征。近场区内的电场典型特点 为：（1)似稳场，即区内电磁场与场源（导线处）的相位差异小到可以忽略的程度，基本没有 空间移动特征，不呈现向空间传送电磁波的现象。（2)准静态场，即区内电场与磁场的特征 与静态场几乎完全相同，可用静态场来求解，电场与磁场基本相互独立。（3)感应场，即区内 磁场随距离呈1/r 2规律、电场以1/r3规律迅速衰减，电磁辐射能量极小。
[0035]线路附近工频电场强度的计算属于电磁场正问题的数值计算与分析，即在相对固 定的电磁场的计算区域，及激励源的特性，求其场域中场量随时间、空间分布的规律(场分 布），从而得出与电源的距离。宏观的电磁现象的基本规律可以非常简洁地用一个方程组， 即麦克斯韦方程组来表示。通过求解麦克斯韦方程组来解决电场和磁场的计算问题。
[0036]对于水平架空线路来说，产生交变电磁场的源为线路中的电流，属工频正弦激励， 此时在线性媒质、正弦激励且稳态条件下，一般形式的麦克斯韦方程组可归结为不显含时 间的复相量表示形式，即任何一个电、磁场量都可以用一个复相量表示，因此正弦稳态情况 下的时变电场也简称为时谐电磁场，工频环境下麦克斯韦方程组可以写成相量形式：
[0038]式中，以相量形式表征的各场量和源量均仅为空间坐标的函数，其模值为相应正 弦量的有效值。例如，实际的时变电场E (t)可由电场复相量左在时域表不为：
[0040] 通过解此方程组，可得电力线路附近电场强度水平和垂直分量的近似计算公式：
[0043]式中，y为电力线对地投影到观测点的距离，I为电力线中的交变电流，h为电力线 平均架设高度，z为观测点高度，《 = ，为大地的视在电导率，y〇 = 43iX l(T7H/m，《为 角频率，Y i为大地传播常数，u为特征参数，JQ〇为第1类0阶贝塞尔函数。
[0044] 2)工频电场的感应检测原理及检测方法
[0045] 线路近场区电场具有准静态场的特征，其电场的特征与静电场的特征基本完全相 同，唯一的不同就是工频电场强度按照工频频率缓慢变化而已，因此可借助静电场来完成 近场区工频电场的分析。静电场中的导体有个重要特征就是要达到静电平衡，导体中的电 荷受静电场的影响产生静电感应而重新分布，达到平衡，导体内任何一点都要达到电场强 度为零。基于此，处于工频电场中的导体内部的电荷也将受到工频电场的影响达到所谓的 静电平衡，在导体表面沿电场线方向进行正负电荷的重新分布而达到内部电场为零，由于 工频电场强度随时间变化，电场强度值按C 〇S( cot)的三角函数规律变化，造成了导体表面 分布的正负电荷也按此三角函数随时间的变换而缓慢变化。产生了导体中电荷左右的移 动，产生感生的交变电流。此电流的变化频率反应了电场强度的变化频率，电流的大小反应 了电场强度的大小，通过检测工频电场中导体的感生电流可以计算出该导体与场源的位置 关系，近而测定出测量点与带电体的距离。
[0046] 采用10mm* 10mm*0 ? 2mm的薄铜片作为检测元件，将铜片沿电力线经线方向放置在 缓慢变化的工频电场中。铜片将分别在近电力线和远电力线的两侧l〇mm*0.2mm的面积上受 电场影响分别分布变化的正负电荷，电荷数量随时间进行工频变化，电荷密度分别为〇(t) 和_〇(t)，其中 〇(t)可按下式进行计算：
[0047] o(t) = eE(t)
[0048]因此产生的感生电流为：
[0049] i(t)=2〇(t)=2eE(t)
[0050] 将此感生电流通过特定的信号处理电路进行拾取和处理，可计算出检测元件位置 处的电场强度，进一步根据线路周围电场强度的计算与比对，得出检测点与线路的距离。 [0051 ] 3)抗干扰处理方法
[0052]采用LC调谐法解决感应信号源头的干扰问题。在本振回路中使用LC调谐回路，通 过改变L或C的值来改变本振频率，调谐简单，尺寸小，价格便宜，应用电路简单，性能可靠。 使用者可以根据收听效果进行精细调节，利用LC回路易于实现，可以很好地避免环境温度 及周围电磁干扰，产品的性价比更高。
[0053]采用运算放大器实现信号的调理，运算放大器输入阻抗高，输出阻抗低，失调及零 漂很小，放大倍数精确可调，具有差动输入，单端输出，共模抑制比很高。同时较低的失调电 压，失调电流，噪声以及漂移等。用运算放大器和电容、电阻组成带通滤波器。滤波效果好， 电路简单，增益稳定，并且可以根据带通滤波器的输出电压与频段范围的对应关系进行直 接调整。接收工频范围内的有效信号，可以有效的消除线路板内部及外部的高频段和低频 段的干扰和噪声。
[0054] 4)报警信息的无线传输实现预警装置的扩展应用
[0055] 考虑到近电报警装置的诸多典型应用，如高压试验绝缘杆进行高压试验装置装设 于绝缘杆顶端、大型机械臂作业装置装设于臂顶部等，作业人员并非靠近近电预警装置，为 使报警效果得以明显发挥，可以考虑报警装置设计成发送模块(发射端)及接收模块(接收 端），二者之间通过2.4G无线方式传输数据，此种无线传送方式与工频测量信号远不在同一 频段，互不干扰，同时该无线传送方式在无障碍情况下数据通讯传输距离可达200米以上， 正好可满足作业现场距离的需求。
[0056] 以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人 员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领 域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实 验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种近电报警装置，其特征在于：包括电磁场传感器、信号处理电路、处理器以及电 源;所述信号处理电路包括与电磁场传感器输出端相连接的感生电流拾取模块、与感生电 流拾取模块输出端相连接的高倍仪用放大模块、与高倍仪用放大模块输出端相连接的工频 检波滤波模块、与工频检波滤波模块输出端相连接的信号调理模块;所述信号调理模块的 输出端与处理器的输入端相连接。2. 根据权利要求1所述的近电报警装置，其特征在于:还包括下列模块的一种或几种： 与处理器输出端相连接的显不模块、与处理器输出端相连接的声光报警模块、与处理器输 入端相连接的按键模块。3. 根据权利要求1或2所述的近电报警装置，其特征在于:所述高倍仪用放大模块包括 由J4端子与47uF电容组成的LC调谐电路、由运放U4A及运放U4B组成的前级放大级和由运放 U5B构成的差分放大级。
【专利摘要】本实用新型公开了一种近电报警装置，包括电磁场传感器、信号处理电路、处理器以及电源；所述信号处理电路包括与电磁场传感器输出端相连接的感生电流拾取模块、与感生电流拾取模块输出端相连接的高倍仪用放大模块、与高倍仪用放大模块输出端相连接的工频检波滤波模块、与工频检波滤波模块输出端相连接的信号调理模块；所述信号调理模块的输出端与处理器的输入端相连接。本实用新型能够在高压和强电磁环境中检测电磁感应，并能够通过声音告警信号告知附近是否存在高压带电物体或存在强电磁场，迅速、安全、可靠的提醒当事人注意警戒或迅速撤离危险境况，有效保障人身和设备安全问题。
【IPC分类】G01R29/08, G08B21/02
【公开号】CN205353218
【申请号】CN201620032220
【发明人】陈昊, 凌健, 徐懂理, 韩笑, 杭峰, 戴德嵩
【申请人】江苏省电力公司检修分公司, 江苏省电力公司, 国家电网公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月13日