山西工程技術(shù)學(xué)院 崔建國(guó) 寧永香

對(duì)于高壓電氣工作人員，為了保護(hù)他們的安全，很有必要配備一個(gè)高壓報(bào)警電路，針對(duì)市場(chǎng)上眾多的同類型設(shè)備，利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)兩套感應(yīng)式高壓報(bào)警電路，其一利用壓電陶瓷片兼做發(fā)聲和反饋元件設(shè)計(jì)一套報(bào)警電路，其二利用555時(shí)基電路設(shè)計(jì)一套報(bào)警電路，兩套方案都可以高效完成較遠(yuǎn)距離探測(cè)高壓電的人員，性價(jià)比皆比較高。

引言：現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性要求也越來(lái)越高。所以在高壓線路遍布全國(guó)的今天，為了保障維護(hù)和檢修人員的安全，針對(duì)高電壓都有一定的安全距離范圍，誤入其內(nèi)會(huì)發(fā)生傷亡事故的應(yīng)用問(wèn)題，很有必要來(lái)設(shè)計(jì)一種感應(yīng)式高壓偵測(cè)與報(bào)警裝置，根據(jù)不同高電壓等級(jí)的安全距離標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)給出報(bào)警，并能偵測(cè)出與高壓源的距離，顯示出來(lái)。這樣不僅僅是保障了線路人員的生命安全，也是對(duì)整個(gè)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定的保障（李中年.控制電器及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007）。

電氣檢修人員需要的感應(yīng)式高壓報(bào)警器能夠在不接觸的前提下，探測(cè)線路是否帶有高壓。它能檢測(cè)交流市電(220V或380V)，顯像管高壓以及高壓輸電線路的探測(cè)。由于不許接觸高壓線路，所以感應(yīng)片所探測(cè)到的信號(hào)非常微弱，由于場(chǎng)效應(yīng)管有高輸入阻抗以及電壓放大特性，故一般的感應(yīng)式高壓報(bào)警器通常皆以場(chǎng)效應(yīng)管作為輸入級(jí)，下面設(shè)計(jì)兩個(gè)方案以供探討。

1 壓電蜂鳴器兼做反饋電容的音頻振蕩器報(bào)警電路

用兩個(gè)三極管組成一個(gè)直接耦合型多級(jí)放大電路，以報(bào)警發(fā)聲元件壓電蜂鳴器兼做反饋電容，從而構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的音頻振蕩器，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的目的，如圖1所示。

在圖1所示的感應(yīng)式高壓報(bào)警線路中，T1是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，利用其高輸入阻抗的特點(diǎn)以及電壓放大特性作信號(hào)撿拾和放大，T2作開關(guān)管用，D1為穩(wěn)壓二極管，用來(lái)改善開關(guān)特性。感應(yīng)片沒(méi)有撿拾到信號(hào)時(shí)，D1、T2均截止。

當(dāng)接近高壓時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管柵極感應(yīng)到信號(hào)，放大后由漏極輸出。當(dāng)漏極電位大于D1的穩(wěn)壓值與UBE2值之和時(shí)，開關(guān)管T2導(dǎo)通，接通聲音報(bào)警和發(fā)光報(bào)警的電源，線路既有聲光報(bào)警信號(hào)。

電位器P是用來(lái)調(diào)整報(bào)警啟動(dòng)靈敏度的，通過(guò)調(diào)整P，一般可以達(dá)到以下指標(biāo)：交流220V時(shí)，感應(yīng)報(bào)警距離為5～20CM；10KV高壓輸電線路時(shí)，感應(yīng)報(bào)警距離為80～250CM；顯像管高壓為10～30CM。

LED可選用圓形紅色的或黃色的。

三極管T3、T4組成音頻振蕩器，壓電蜂鳴器HTD兼做反饋電容；T2的β值最好能大于100，其余三極管的β值在50～100間選用；電源可選用9V疊層電池，以縮小體積。

調(diào)試時(shí)先不接T1，接通電源，調(diào)電位器P使T2飽和導(dǎo)通，此時(shí)LED應(yīng)發(fā)光，壓電蜂鳴器應(yīng)發(fā)聲，如壓電蜂鳴器不發(fā)聲，可改變R2的阻值，使振蕩器T3、T4起振。

然后關(guān)上電源，接好T1，將T1柵極套上塑料套管，彎成一個(gè)開口的小圓環(huán)以拾取信號(hào)。整機(jī)裝好后，調(diào)試W使T2退出飽和區(qū)，并根據(jù)所需的靈敏度確定其阻值。

調(diào)好后的整機(jī)靜態(tài)待機(jī)時(shí)耗電約0.3mA，報(bào)警時(shí)耗電約15mA。

2 以555時(shí)基電路接成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的報(bào)警電路

該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在報(bào)警器接近高壓帶電體時(shí)，會(huì)發(fā)出響亮的報(bào)警聲，它是電氣工作人員檢修高壓線路的一種適用保安工具。

圖2 以555時(shí)基電路接成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的報(bào)警電路

2.1 報(bào)警器電氣原理

電路如圖2所示，圖中的555時(shí)基電路接成一個(gè)無(wú)穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器。感應(yīng)片所連接的感應(yīng)電路BG選擇場(chǎng)效應(yīng)管，充分利用其高輸入阻抗的特點(diǎn)，可以使非常微若的感應(yīng)信號(hào)順利進(jìn)入報(bào)警電路，作為555多諧振蕩電路的觸發(fā)信號(hào)（李仁.電器控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013）。

而且場(chǎng)效應(yīng)管BG必須選擇耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，可以是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管或絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中的耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管,本設(shè)計(jì)采用3DJ4系列結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(N道溝)。這類耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管在柵極未加電壓時(shí)D（漏）S（源）間存在有導(dǎo)電溝道，加了柵極反向電壓后可以將原有的導(dǎo)電溝道夾斷，使電流進(jìn)入飽和區(qū)，通過(guò)所加?xùn)艠O的高低來(lái)控制其導(dǎo)電溝道的大小，起到電壓控制電流的作用。正因?yàn)槲醇訓(xùn)艠O電壓時(shí)DS間有導(dǎo)電溝道，所以用歐姆表測(cè)量DS間就有了固定電阻值（韓廣興.電子元器件與實(shí)用電路基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社(修訂版),2005）。

平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管BG處于零偏狀態(tài)，由于漏、源極之間的電阻較小，與漏極相連的的IC（555時(shí)基電路）的第4腳處于低電位（＜0.7V）,時(shí)基電路不工作，壓電陶瓷片HTD不發(fā)聲，一旦報(bào)警器接近高壓帶電體，與BG柵極相連的感應(yīng)片就會(huì)感應(yīng)到電場(chǎng)信號(hào)，使BG漏源之間的電阻增大，IC第4腳獲得高電位，振蕩器起振，IC第8腳輸出一系列音頻振蕩信號(hào)，經(jīng)輸出電容C2耦合、音頻變壓器B升壓后，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片HTD發(fā)出響亮的報(bào)警聲（劉暢生.傳感器簡(jiǎn)明手冊(cè)及應(yīng)用電路[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2006）。

整機(jī)可焊裝在體積僅55*50*20mm2的非金屬絕緣材料小盒內(nèi)。IC可選用NE555、5G1555等型時(shí)基電路，BG選用3DJ6型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，要求飽和漏極電流小于1mA。變壓器B采用晶體管收音機(jī)里常用的小型輸出音頻變壓器來(lái)代替，C1用滌綸或瓷介電容器皆可，電源E用4F20型6V疊層干電池。

感應(yīng)片用面積約15*15mm2的小金屬片制作，HTD用普通壓電陶瓷片蜂鳴片，這兩者安裝時(shí)均應(yīng)用環(huán)氧樹脂粘貼在機(jī)盒內(nèi)壁上。

2.2 使用注意事項(xiàng)

使用時(shí)，將報(bào)警器安放在電氣工作人員的安全帽或上衣袋內(nèi)，即可起到防誤登帶高壓電桿（塔）或誤入帶電高壓禁區(qū)的報(bào)警。

本機(jī)報(bào)警靈敏度與感應(yīng)片面積大小、和R1阻值大小有關(guān)，改變R1阻值可改變報(bào)警靈敏度。

實(shí)測(cè)報(bào)警距離為：110～220kV高壓輸電線路為5～10米；35kV高壓輸電線路為2～6米；10kV高壓輸電線路為0.8～2.5米；交流220V市電線路為5～20厘米。

使用者在取得一定經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，還可根據(jù)報(bào)警距離估計(jì)高壓高低，此外，該裝置在靠近工頻時(shí)，其音頻信號(hào)受50hZ周波的調(diào)制，發(fā)聲為蟋蟀顫音，當(dāng)處于靜電場(chǎng)中時(shí)，發(fā)聲為電笛樣直音。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上兩個(gè)感應(yīng)式高壓報(bào)警線路的設(shè)計(jì)與分析，可以看出報(bào)警器的感應(yīng)端都比較相似，但基于振蕩電路設(shè)計(jì)的不同，其報(bào)警距離有所不同。兩個(gè)設(shè)計(jì)各有千秋，其對(duì)電氣行業(yè)的工作人員的安全都可以起到很好的保護(hù)，隨使用者的喜好而選擇其即可。