静电防护电路及剥线器的制作方法

本发明属于电力施工设备技术领域，具体涉及一种静电防护电路及剥线器。

背景技术：

电力系统为提高架空配电线路的安全性，现多采用交联聚乙烯绝缘导线。在对配电线路进行接火作业时，经常需要剥去绝缘导线的绝缘皮后再安装线夹和引线完成接火作业。国内带电接引作业是高压带电常规作业，经历了绝缘手套、绝缘工具、绝缘斗臂车及机器人四个技术阶段。

智能剥线机器人作业解决了人工带电作业安全性无法保障的问题，操作人员只需在地面控制操作机器人就能剥去绝缘导线的绝缘皮。

申请人在先申请了申请号为201911401457.2的一种剥线器及其剥线方法，该剥线器用于在10kv架空线上动态调节刀头角度进行剥线，属于智能剥线机器人。实际作业时，将架空线夹在该剥线器的刀头和线夹模块凸块之间，线夹模块一边转动一边向前运动，刀头螺旋式前进剥线。检测部件包括触条204，两根触条204分别与导线的两点接触，如图1～3所示。两根触条204以及刀头301分别接入到检测电路中，通过电压的变化判断剥线器是否剥开绝缘皮，刀头301是否刻伤导线。若绝缘皮已剥开，刀头301也没有刻伤导线，那么刀头301固定不动，继续剥线直到剥至预设长度；若绝缘皮还没有剥开，那么刀头301下压继续剥线，再重新通过触条204检测已剥线的导线绝缘皮是否剥开；若绝缘皮已剥开，但刀头301也已刻伤导线，那么抬起刀头301调刀继续剥线，直至检测到刀头301剥开绝缘皮同时又未刻伤导线为止。

使用此剥线器在10kv架空线上进行剥线过程中，当刀头301和触条204均接触线皮时，此时刀头301与触条204间的电流回路(下文简称剥线器电流回路)为不导通状态，后级电路输出高电平；剥线过程中，当触条204先接触线芯时，如果刀头301也接触线芯，则造成剥线器电流回路形成通路，后级电路输出低电平，此时剥线器迅速抬刀，可避免对线芯造成损坏。

作为市面上首款智能剥线器，解决了市面上其他剥线器需要反复调试、不能准确指导调刀的角度和位置的问题。但同时，由于这种剥线器增加了电子装置(刀头301和触条204)，在实际工作环境中，旋转主体存在金属与铁氟龙或者金属与聚乙烯线皮间的摩擦，会产生电荷转移；随着摩擦的进行，以及金属与铁氟龙对电子束缚能力差距特性大，电荷会慢慢积累，直到触条碰到架空线线芯，此时各自携带的电荷会瞬间释放，对剥线器的单板造成电磁辐射，会干扰单板cpu运行；或者积累的电荷形成静电场，持续影响单板cpu运行稳定性。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种静电防护电路及剥线器，保证剥线器在旋转过程中产生的设备自身以及与架空线之间的静电干扰能够有效地泄放和隔离，使得整体设备安全稳定地运行。

具体地说，一方面，本发明提供了一种静电防护电路，设有第一输入端口和第二输入端口，所述第一输入端口和第二输入端口用于输入外部静电，所述静电防护电路还包括前端吸收电路、隔离电源电路和后端数字处理电路；

所述前端吸收电路，包括吸收元件、退耦元件和滤波元件；吸收元件的一端接第一输入端口，另一端接第二输入端口，用于将外部静电进行吸收并转化为共模电压；退耦元件的一端接吸收元件，另一端接滤波元件，用于阻挡静电干扰能量；滤波元件用于滤除未吸收的静电中十兆赫兹级的静电的干扰；

所述隔离电源电路，用于为前端吸收电路和后端数字处理电路供电，从而将转化后的共模电压与外部输出电路进行隔离；隔离电源电路包括隔离电源模块，与隔离电源模块并联的滤波电容和第一电阻；所述隔离电源模块能够隔离超过外部静电的静电场大小；

所述后端数字处理电路，用于将转化后的共模电压传送给外部输出电路。

进一步的，所述第一输入端口接旋转摩擦方式工作的剥线器的刀头，所述第二输入端口接该剥线器的触条，所述外部静电为所述剥线器的刀头和触条处产生的静电场，所述外部输出电路为剥线器控制器电路。

进一步的，所述吸收元件采用tvs，退耦元件采用磁珠，滤波元件采用电容，所述前端吸收电路包括吸收元件、第一退耦元件、第二退耦元件、第一滤波元件和第二滤波元件；吸收元件的一端接第一输入端口，另一端接第二输入端口；第一退耦元件的一端接第一输入端口，另一端接第一滤波元件和第二电阻后接隔离电源电路输出电压；第二退耦元件的一端接第二输入端口，另一端接隔离电源电路输出地；第二滤波元件两端接隔离电源电路输出电压和隔离电源电路输出地。

进一步的，所述隔离电源模块为推挽输出隔离电源模块或反激隔离模块。

进一步的，所述后端数字处理电路包括比较器和光耦，比较器用于比较标准电压和外部静电电流回路的电压值，输出给光耦；光耦进行信号隔离后输出高、低电平给所述外部输出电路。

进一步的，所述第一输入端口接旋转摩擦方式工作的剥线器的刀头，所述第二输入端口接该剥线器的触条，所述外部静电为剥线器在剥线过程中刀头和触条处产生的静电场，所述外部输出电路为剥线器控制器电路，所述剥线器用于剥开架空线的线皮，所述比较器的标准电压为架空线的线皮与线芯之间电阻检测电路的分压电阻的电压最小值，所述分压电阻的阻值等于架空线的线皮和线芯之间的最小电阻。

另一方面，本发明还提供一种剥线器，包括上述静电防护电路。

本发明的静电防护电路的有益效果如下：

本发明的静电防护电路，在剥线过程中产生的静电从触条进入到本发明的静电防护电路，通过tvs导通，将电磁场能量迅速扩展到整个单板，形成共模干扰，减小差模干扰；同时增加退耦磁珠，使吸收更加靠近触条和刀头，减小静电对剥线器单板的干扰能量；通过比未吸收的静电场频率更高的滤波电容滤除静电场中高频信号的干扰。

本发明的静电防护电路，对共模后的信号通过电源隔离模块进行隔离，进一步减少剥线器电流回路端口处的静电场造成的噪声对剥线器主控器的干扰，通过选择推挽输出的电源隔离模块，使得本发明的体积较小。

本发明的静电防护电路，针对架空线内层有屏蔽层的阻值不固定、无国标的问题，使用电阻分压最小值计算相应的比较器标准电压，通过比较器和光耦输出高低电平给剥线器主控器，进行状态判断。如果测出刀头和触条都接触到线芯，比较器输出低电平，光耦进行信号隔离，输出低电平，控制刀头抬起，避免伤到线芯，从而实现安全闭环。

附图说明

图1是本发明实施例的剥线器的结构示意图。

图2是本发明实施例的剥线器的结构内部示意图。

图3是本发明实施例的剥线器的结构刀头局部示意图。

图4是本发明实施例的静电防护电路与剥线器的其他部分的关联关系示意图。

图5是本发明实施例的静电防护电路原理图。

图6是本发明实施例的前端吸收电路原理图。

图7是本发明实施例的隔离电源电路原理图。

图8是本发明实施例的后端数字处理电路原理图。

图中标识：100-驱动模块，200-线夹模块，2031-上夹块，2032-下夹块，2034-凸块，204-触条，剥线模块-300，301-刀头，vcc5v-剥线器的单板供电电压，gnd-剥线器的单板接地，vcc5v_p-隔离电源电路输出电压，gnd_p隔离电源电路输出地，vcc3v3-光耦输出电压转换成3.3v的电压，e_a-刀头与触条是否接触状态输出电平。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，为一种静电防护电路及剥线器，用于保证剥线器在旋转过程中产生的设备自身以及与架空线之间的静电干扰能够有效地泄放和隔离。

如图1～3所示，采用本实施例的静电防护电路的剥线器用于在10kv架空线上动态调节刀头角度进行剥线，包括：

线夹模块200，包括用于夹持导线的上夹块2031和下夹块2032，上夹块2031和下夹块2032夹持面设有向导线，进线方向倾斜设置的若干个相互平行的凸块2034；

剥线模块300，包括用于剥线的刀头301，刀头301与凸块2034在水平面上平行；刀头301的刀尖位置位于上夹块2031和下夹块2032的夹口边缘位置；

驱动模块100，用于驱动线夹模块200和剥线模块300一并绕导线转动。实际作业时，将架空线夹在该剥线器的刀头和线夹模块200的凸块2034之间，线夹模块200一边转动一边向前运动，刀头301螺旋式前进剥线。剥线器还包括用于检测剥线器是否剥开绝缘皮的检测部件。检测部件包括触条204，两根触条204分别与导线的两点接触。两根触条204以及刀头301分别接入到检测电路中，通过电压的变化判断剥线器是否剥开绝缘皮，刀头301是否刻伤导线。若绝缘皮已剥开，刀头301也没有刻伤导线，那么刀头301固定不动，继续剥线直到剥至预设长度；若绝缘皮还没有剥开，那么刀头301下压继续剥线，再重新通过触条204检测已剥线的导线绝缘皮是否剥开；若绝缘皮已剥开，但刀头301也已刻伤导线，那么抬起刀头301调刀继续剥线，直至检测到刀头301剥开绝缘皮同时又未刻伤导线为止。

使用此剥线器在10kv架空线上进行剥线过程中，当刀头301和触条204均接触线皮时，此为不导通状态，后级电路输出高电平；剥线过程中，当触条204先接触线芯时，如果刀头301也接触线芯，则造成通路，后级电路输出低电平，此时剥线器迅速抬刀，可避免对线芯造成损坏。

为了解决此剥线器在10kv架空线上进行剥线过程中存在的金属与线皮(采用铁氟龙或者聚乙烯材料制成)间摩擦积累的电荷在触条204碰到架空线线芯时瞬间释放的问题，在刀头301与触条204形成的电流回路(即剥线器电流回路)输入后，检测部件之前设置静电防护电路，防止对剥线器的主控器造成电磁辐射、干扰剥线器主控器的运行，并且防止积累的电荷形成的静电场持续影响剥线器主控器运行稳定性。

如图4所示，采用剥线器单板供电电源为静电防护电路中的隔离电源供电；剥线器电流回路的端口(触条和刀头)信号接入静电防护电路，经静电防护电路对静电场的高频高能量静电进行吸收和隔离后，输出到剥线器主控器进行状态判断，据此判断是否刀头301和触条204均已触碰到线芯。

如图5所示，本实施例的静电防护电路包括前端吸收电路、隔离电源电路，后端数字处理电路。

前端吸收电路包括吸收元件+退耦元件+滤波元件，能够将高频高能量静电吸收并转化为共模电压，优选地，吸收元件采用tvs(transientvoltagesuppressor，瞬态电压抑制器)，退耦元件采用磁珠，滤波元件采用大容量(例如1000pf)电容。如图6所示，钳位二极管vd3作为tvs，钳位二极管vd3的负极接剥线器的触条(即剥线器电流回路端口x3的端口1，下文简称x3.1)，正极接刀头(即剥线器电流回路端口x3的端口2，下文称x3.2)；磁珠l7的一端接x3.1，另一端接大容量电容(例如1000pf)c55和电阻r40、r17后接隔离电源电路输出电压vcc5v_p；磁珠l13的一端接x3.2，另一端接隔离电源电路输出地gnd_p；大容量电容(例如1000pf)c61两端接隔离电源电路输出电压vcc5v_p和隔离电源电路输出地gnd_p。进一步的，可以设置稳压元件(例如钳位二极管vd5或其他稳压器件)与电容c61并联，为隔离电源电路输出电压vcc5v_p进行稳压。剥线过程中产生的静电从触条进入到本发明的静电防护电路，tvs对于静电进行吸收。具体来说，静电从触条(x3.1)进入到剥线器的静电防护电路，vd3和vd5导通，从而能够吸收剥线器电流回路端口处的高频高能量静电能量，且将能量迅速扩展到整个静电防护电路，转化成共模电压，从而将差模干扰信号转换成共模干扰信号，减小了差模干扰的影响。退耦元件采用磁珠l7和l13，磁珠l7和l13的一端接吸收元件vd3，另一端接滤波元件c55，用于阻挡静电干扰能量，使静电场的吸收靠近第一输入端口和第二输入端口，减少对剥线器主控器的静电干扰能量；滤波元件c55和c61用于滤除未吸收的静电中十兆赫兹级的高频静电的干扰，以减小静电场对剥线器主控器的干扰能量，用于对抗静电的ns级时间干扰。静电的ns级时间干扰对应频率达十兆赫兹级，使用磁珠能够更好实现退耦功能。同时电容c55、c61和磁珠l7、l13能够削弱静电干扰能量，使端口x3(触条和刀头)处的干扰对剥线器单板的影响减弱。

经过共模后的信号静电场强大，会通过单板的地平面对其他模块(包括后端数字处理电路之后的剥线器控制器)进行干扰，故需要使用隔离电源对共模后的信号静电进行隔离，使得共模后的信号静电不对剥线器控制器产生干扰。如图7所示，本实施例的静电防护电路增加了隔离电源模块m1，能够进一步减少剥线器电流回路端口处的静电场造成的噪声对剥线器控制器的干扰。采用剥线器的单板供电电源给隔离电源模块供电，经隔离电源隔离后输出到前端吸收电路和后端数字处理电路，使得隔离电源模块输出的供电完全与剥线器单板的供电隔离，即从剥线过程中产生的静电场与剥线器控制器完全隔离。考虑尽量减少剥线器的结构尺寸，本实施例使用推挽隔离电源模块，推挽输出模块可以满足功能要求且体积小。可以理解，此隔离电源模块也可以使用反激隔离模块，只要反激隔离模块达到与剥线器电流回路端口处的静电场大小匹配的隔离能力即可。共模后的信号经过隔离电源模块m1输出后，与滤波电容c21、c56、电阻r70并联，并输出到后端数字处理电路，进行刀头与触条是否接触状态判断。

隔离电源模块m1根据静电场大小实际情况进行选择。可以使用外购的静电测试仪，对架空线线皮以及相互摩擦的金属表面进行电荷测量，从量级上能够得出静电场大小。例如经过测量，本实施例相关的智能剥线器工作时产生的静电荷基本在5kv左右，则可以选择推挽输出的隔离6kv的电源模块，因为实际耦合到剥线器单板的静电能量会因剥线器单板上元器件容性和感性进行衰减。隔离6kv的隔离电源模块输出的供电完全与剥线器单板隔离，即此时从剥线过程中产生的静电场与剥线器控制器完全隔离。

如图8所示，后端数字处理电路包括比较器d3、光耦d4、上拉电阻r69、分压电阻r64、r65、r67、r31、r18等。比较器d3用于比较经前端吸收电路吸收高频高能量静电及隔离电源电路隔离静电场后刀头301处与触条204处电压的高低，输出相应的高、低电平，光耦d4用于对比较器d3输出的高低电平信号进行信号隔离后输出给剥线器控制器，进而根据接收的高低电平对剥线器刀头与触条的状态进行判断。针对架空线的线皮和线芯之间有屏蔽层，但其电阻值不固定(一般在40ω到3kω)、无国标的问题，架空线的线皮与线芯之间屏蔽层电阻检测电路(图6的r17、r40、l7、x3和l13)采用分压电阻r64、r65、r31、r18进行分压，分压电阻r31、r18的阻值等于屏蔽层的最小电阻(例如40ω)，将分压电阻的电压最小值(例如0.8v)作为后端数字电路的比较器d3的标准电压，利用比较器d3比较0.8v标准电压和剥线器电流回路的电压值。如果测出刀头和触条都接触到线芯，则比较器输出低电平，光耦d4进行信号隔离，输出低电平(e_a信号为低电平)，剥线器控制器根据接收的e_a信号的低电平，判断刀头和触条都接触到线芯，控制刀头抬起，避免伤到线芯；如果测到触条未接触到线芯，则比较器d3输出高电平，光耦d4输出高电平，剥线器控制器根据接收的e_a信号的低电平，判断刀头和触条没有都接触到线芯，控制刀头继续切割架空线。由此做到安全闭环。

本发明的静电防护电路及采用本发明的静电防护电路的剥线器，在剥线过程中产生的静电从触条进入到本发明的静电防护电路，通过tvs导通，将电磁场能量迅速扩展到整个静电防护电路，形成共模干扰，减小差模干扰；同时增加退耦磁珠，使吸收更加靠近触条和刀头，减小静电对剥线器控制器的干扰能量。

本发明的静电防护电路及采用本发明的静电防护电路的剥线器，通过采用隔离电源电路为前端吸收电路和后端数字处理电路供电，将转化为共模电压后的静电与剥线器控制器电路进行隔离，进一步减少剥线器电流回路端口处的静电场造成的噪声对剥线器控制器的干扰，通过选择推挽输出的电源隔离模块，使得本发明的体积较小。

本发明的静电防护电路及采用本发明的静电防护电路的剥线器，针对架空线内层有屏蔽层的阻值不固定、无国标的问题，使用电阻分压最小值计算相应的比较器标准电压，通过比较器和光耦输出高低电平给剥线器控制器，进行状态判断。如果测出刀头和触条都接触到线芯，比较器输出低电平，光耦进行信号隔离，输出低电平，控制刀头抬起，避免伤到线芯，从而实现安全闭环。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。