2019 年 （C题） 线路负载及故障检测装置

2019 年 （C题） 线路负载及故障检测装置

2019 年全国大学生电子设计竞赛试题 【本科组】

一、任务

设计并制作线路负载及故障检测装置，示意图如图 1 所示。

检测装置只通过两个连接端子与两根导线连接。导线上 A、B 两点距离各自连接端子约 5cm，远端 30cm 范围内为连接负载和故障区域。

负载由电阻（额定功率 0.25W）、电容（耐压 16V）和电感（额定电流 50mA） 3 个元件中任意 2~3 个元件串联或者并联组成。其中电阻值范围：200Ω ~2kΩ， 电容值范围：200nF~~2μF，电感值范围：100μH ~~1mH。

检测装置由 5V 单电源供电，能实时检测和显示负载网络结构，负载开路、短路故障报警，以及短路故障点位置测量。响应时间不大于 5s。

二、要求

1.基本要求

（1） 具有负载开路和短路故障分别指示的报警功能。

（2） 测试现场给出电阻、电容和电感 3 个元件，分别测量每个元件值并稳定显示，相对误差的绝对值不大于 5%。每个元件测量时间不大于 5s。

（3） 可检测由给定电阻、电容和电感 3 个元件中，任意 2~3 个元件串联或者并联组成负载的网络结构。

2. 发挥部分

两根导线上的短路故障点与各自的 A 点或 B 点距离相等。

（1） 测量短路故障点与 A 点（或 B 点）的距离并稳定显示，误差的绝对值不大于 1.0cm。

（2） 由信号发生器产生扫频信号 1（信号参数见说明（3），信号发生器的 “地”与电源“地”相连），其输出端串接 1pF 电容后，接入导线上 A 点处（见图 1 所示），用于模拟环境噪声。测量短路故障点与 A 点（或 B 点）的距离并稳定显示，误差的绝对值不大于 1.0cm。

（3） 在发挥部分（2）的基础上，由另一台信号发生器产生扫频信号 2（信号参数见说明（3）），其输出端串接 1pF 电容后，接入导线上 B 点处（见图 1 所示）。测量短路故障点与 A 点（或 B 点）的距离并稳定显示，误差的绝对值不大于 1.0cm。

（4） 其他。

三、说明

（1） 测试现场提供元件，并用高精度仪器测量元件值（测量频率 1kHz）。每个元件的两端接有线夹，用于负载网络搭建和与导线的连接。

（2） 导线采用网线（直径 0.51mm ~ 0.58mm）内的铜芯，导线和短路线由参赛者自带。

（3） 扫频信号 1 参数：方波，峰峰值 5V，均值 0，线性方式，初始频率100Hz，终止频率 1kHz，扫描时间 100ms，重复扫描。扫频信号 2 参数：方波，峰峰值 5V，均值 0，线性方式，初始频率1MHz，终止频率 10MHz，扫描时间 10ms，重复扫描。

（4） 在负载和故障检测环节，要求无需人工干预，装置能实时自动检测负载变化、故障报警和短路故障点定位。短路故障点位置显示稳定。

（5） 发挥部分测试中，允许短路线与导线通过焊接相连。

（6） 参赛作品中不得使用测距传感器。

四、评分标准