CN102508094A - 避雷器漏电流传感器 - Google Patents

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一种避雷器漏电流传感器，包括全电流回路输入接口IN+/IN-、自取电源电路、漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路和电光转换器；所述自取电源电路直接和输入接口IN+和IN-相连，串接在全电流回路中，IN+和IN-之间没有电流即避雷器没有漏电流时，不产生电源，有漏电流时，有电源电压；所述漏电流取样电路的取样电阻串接在全电流回路中；所述取样电阻的电流经精密积分电路后作为电压比较电路的一个输入端电压，电压比较电路的电源连接自取电源电路的输出电源；电压比较器的输出端经过驱动电路连接光电转换器的输入端。传感器解决了现有技术中避雷器漏电流传感器的存在传输距离短、效率低等问题。

Description

避雷器漏电流传感器
技术领域
本发明属于防雷器件技术领域，具体是一种避雷器漏电流传感器。
背景技术
现有的避雷器漏电流传感器采用光纤传输数据时，采用电压信号传输的方式，传输的电压信号和漏电流成比例，由于信号幅值不恒定，存在传输距离短、效率低等问题。同时，现有的电子式避雷器漏电流传感器一般采用外供电源方式，外供电源方式当雷电进入时会有被打坏的可能；采用电池供电时，由于电池有一定寿命，需要定时更换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种适合光纤传输的，达到一定距离、一定效率、无需外供电源的避雷器漏电流传感器。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种避雷器漏电流传感器，包括全电流回路输入接口IN+/IN-、自取电源电路、漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路和电光转换器；所述自取电源电路直接和输入接口IN+和IN-相连，串接在全电流回路中，IN+和IN-之间没有电流即避雷器没有漏电流时，不产生电源，有漏电流时，有电源电压；所述漏电流取样电路的取样电阻串接在全电流回路中；所述取样电阻的电流经精密积分电路后作为电压比较电路的一个输入端电压，电压比较电路的电源连接自取电源电路的输出电源；电压比较器的输出端经过驱动电路连接光电转换器的输入端。
是所述自取电源电路的核心电路包括串接的精密稳压管Q 1和Q 2；Q 2的阴极通过电阻连接IN+，Q 1的阳极连接IN-，取样电阻串接在Q 1的阳极连接IN-之间；Q 2的阴极端为自取电源电路的输出电源端。
所述精密积分电路包括精密电阻R 3、精密可调电阻R 4、比较器和电容C 5；所述R 3和R 4并联后连接在比较器的反相输入端与IN-之间；比较器的同相输入端连接在Q 1阳极端；C 5连接在比较器的反相输入端与输出端之间。
所述电压比较电路包括运算放大器U 1B，U 1B的反相输入端连接在Q 2的阳极端，U 1B的同相输入端连接比较器的输出端，U 1B的输出端即为电压比较电路的输出端。
所述光电转换器是发光二级管LED；驱动电路是NMOS管Q 3，Q 3的栅极G连接电压比较电路的输出端，漏极D连接LED的阴极端，源极S连接Q 1阳极端；LED的阳极端连接比较器的输出端。
LED两端并接一个电感L 1和二极管D 3；D 3的阳极端与LED的阴极端连接，D 3的阴极端与LED的阳极端连接。
例如，本传感器的供电电源为+5V，利用两片微功耗的精密稳压管Q 1和Q 2串联在全电流回路中，生成+5V的电源电压，精密稳压管的稳定电压为2.5V，它的工作电流为在几十微安至几个毫安之间。一般认为如果避雷器上的漏电流超过200uA，就算避雷器漏电流超标，所以该电路完全可以正常供电工作。
自取电源电路直接和输入线相连，串接在两根输入线的回路中。在避雷器没有漏电流时，不产生电源；有漏电流时，有电源电压。精密积分电路、电压比较电路的电源均由此电源提供。漏电流取样电路直接串接在输入回路中，取样电阻为精密电阻。精密积分电路由电阻、运算放大器和电容组成。为确保积分精度，电阻由精密电阻组成，电容采用温度系数好的电容。电压比较电路由运算放大器和电容组成。为了加快放电，电容接成正反馈的形式。电光转换器和精密积分电路的输出连接，在其两端并接一个电感L 1和二极管D 3，提供泄放通路。
精密电阻说明如下：普通电阻器区别高精密电阻器的主要依据为阻值误差大小，阻值大小，温度系数的大小。分类描述如下： 
对1Ω（欧姆）以上阻值的电阻，与标识阻值相比±0.5%以内阻值误差的电阻可称为精密电阻，更高精密的可以做到0.01%精度，也就是电子工程师所说的万分之一精度，此类电阻一般为薄膜电阻，使用此材质的电阻一般才能满足生产工艺要求。这类阻值1Ω以上电阻的普通系列精密度在±5%以上，电子产品上最常见的就是5%精度的电阻，不属于精密电阻范围。 
1Ω以下阻值的电阻，一般能达到±1%精密度之内，就算做精密电阻范畴了，因为阻值基数很小，就算是1%的误差，实际的阻值误差已经很小了。更高精密的可以做到±0.5%以内，但工艺要求，技术要求较高。
精密稳压管做说明如下：普通稳压管区别高精密稳压管的主要依据为稳定电压误差大小，温度系数的大小。分类描述如下：
与标称稳压值相比±2%以内额定电压误差的稳压管可称为精密稳压管，此类稳压管一般为集成电路，只有集成电路才能保证提供微调的精密电压、极低的动态阻抗和良好的温度稳定性。
附图说明
图1为避雷器漏电流传感器的结构框图；
图2为避雷器漏电流传感器的电路原理图，图中，自取电源电路-1、精密积分电路-2、电压比较电路-3、电光转换器-4。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：
一种避雷器漏电流传感器，包括全电流回路输入接口IN+/IN-、自取电源电路、漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路和电光转换器；所述自取电源电路直接和输入接口IN+和IN-相连，串接在全电流回路中，IN+和IN-之间没有电流即避雷器没有漏电流时，不产生电源，有漏电流时，有电源电压；所述漏电流取样电路的取样电阻串接在全电流回路中；所述取样电阻的电流经精密积分电路后作为电压比较电路的一个输入端电压，电压比较电路的电源连接自取电源电路的输出电源；电压比较器的输出端经过驱动电路连接光电转换器的输入端。
本例中，所述自取电源电路的核心电路包括串接的精密稳压管Q 1和Q 2；Q 2的阴极通过电阻连接IN+，Q 1的阳极连接IN-，取样电阻串接在Q 1的阳极连接IN-之间；Q 2的阴极端为自取电源电路的输出电源端。
所述精密积分电路包括精密电阻R 3、精密可调电阻R 4、比较器和电容C 5；所述R 3和R 4并联后连接在比较器的反相输入端与IN-之间；比较器的同相输入端连接在Q 1阳极端；C 5连接在比较器的反相输入端与输出端之间。
所述电压比较电路包括运算放大器U 1B，U 1B的反相输入端连接在Q 2的阳极端，U 1B的同相输入端连接比较器的输出端，U 1B的输出端即为电压比较电路的输出端。
所述光电转换器是发光二级管LED；驱动电路是NMOS管Q 3，Q 3的栅极G连接电压比较电路的输出端，漏极D连接LED的阴极端，源极S连接Q1阳极端；LED的阳极端连接比较器的输出端。
LED两端并接一个电感L 1和二极管D 3；D 3的阳极端与LED的阴极端连接，D 3的阴极端与LED的阳极端连接。
本传感器的工作电源采用自取电源的工作方式。本传感器的供电电源为+5V，利用两片微功耗的精密稳压管串联在全电流回路中，生成+5V的电源电压，精密稳压管的稳定电压为2.5V，它的工作电流为在几十微安至几个毫安之间。一般认为如果避雷器上的漏电流超过200uA，就算避雷器漏电流超标，所以该电路完全可以正常供电工作。
漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路的作用为对漏电流检测电路端过来的漏电流信号进行处理，变为适合光纤传输的脉冲信号。这个脉冲信号的幅值是恒定的2.5V，它的频率和漏电流信号成正比。漏电流信号小，频率就低。
在避雷器没有漏电流时，不产生电源；有漏电流时，有电源电压。精密积分电路、电压比较电路的电源均由此电源提供。漏电流取样电路直接串接在输入回路中，取样电阻为精密电阻。精密积分电路由电阻、运算放大器和电容组成。为确保积分精度，电阻由精密电阻组成，电容采用温度系数好的电容。
所述漏电流取样电路包括电阻R 2和R 3，可调电阻R 4；电阻R 3、R 4、运算放大器U 1A和电容C 5组成积分电路，调节电阻R 4可以调节积分电流的大小。电流小，积分时间就长，当运算放大器U 1A的输出脚的积分电压到2.5V时，比较器翻转，运算放大器U 1B（本例中比较器功能由运算放大器U 1B实现）的输出脚输出为5V，开启MOS管Q 3，发光管LED得地导通发光。而一旦运算放大器U 1B的输出为5V时，由于电容C 6连接成正反馈，所以加速放电，当U 1B的输入电压低于2.5V时，U 1B输出为0V，关断MOS管Q 3，发光管息灭。反复循环，形成振荡的脉冲信号。由于光电器件有一定的导通压降，因此，通过其放电时电压不可能放到零，为了能使放电电压能到零，在LED两端并接一个电感L 1和二极管D 3，这样可以通过电感提供泄放通路。使得输出脉冲的起点为0V,二极管D 3可以起到保护作用，不至于使电路损坏。这样每一个输出脉冲均为0V至2.5V的窄脉冲。脉冲信号通过光纤传输给信号处理电路。
本实施例原理说明如下：
1、在确保取样电阻R 3、R 4电阻的精度，电容的温度系数好和微功耗的精密稳压管的2.5V电压也是很稳定的情况下，可以确保冲电时间和电流的大小成正比。放电电路由于引入了正反馈，放电的时间很短，可以通过测试确定放电时间，通过软件修正。这样可以不考虑放电时间，确保电流大小和输出脉冲信号的频率成正比。
2、输出脉冲信号的幅值是恒定的2.5V，由于输出脉冲的幅值恒定，可以确保光信号的强度基本一致，传输距离也就相应的可预测。
3、本电路的工作电源采用自取电源的工作方式，保证了电路能长期稳定地工作。

Claims (6)

1.一种避雷器漏电流传感器，其特征是包括全电流回路输入接口IN+/IN-、自取电源电路、漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路和电光转换器；所述自取电源电路直接和输入接口IN+和IN-相连，串接在全电流回路中，IN+和IN-之间没有电流即避雷器没有漏电流时，不产生电源，有漏电流时，有电源电压；所述漏电流取样电路的取样电阻串接在全电流回路中；所述取样电阻的电流经精密积分电路后作为电压比较电路的一个输入端电压，电压比较电路的电源连接自取电源电路的输出电源；电压比较器的输出端经过驱动电路连接光电转换器的输入端。
2.根据权利要求1所述的避雷器漏电流传感器，其特征是所述自取电源电路的核心电路包括串接的精密稳压管Q 1和Q 2；Q 2的阴极通过电阻连接IN+，Q 1的阳极连接IN-，取样电阻串接在Q 1的阳极连接IN-之间；Q 2的阴极端为自取电源电路的输出电源端。
3.根据权利要求2所述的避雷器漏电流传感器，其特征是所述精密积分电路包括精密电阻R 3、精密可调电阻R 4、比较器和电容C 5；所述R 3和R 4并联后连接在比较器的反相输入端与IN-之间；比较器的同相输入端连接在Q 1阳极端；C 5连接在比较器的反相输入端与输出端之间。
4.根据权利要求3所述的避雷器漏电流传感器，其特征是所述电压比较电路包括运算放大器U 1B，U 1B的反相输入端连接在Q 2的阳极端，U 1B的同相输入端连接比较器的输出端，U 1B的输出端即为电压比较电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的避雷器漏电流传感器，其特征是所述光电转换器是发光二级管LED；驱动电路是NMOS管Q 3，Q 3的栅极G连接电压比较电路的输出端，漏极D连接LED的阴极端，源极S连接Q 1阳极端；LED的阳极端连接比较器的输出端。
6.根据权利要求5所述的避雷器漏电流传感器，其特征是LED两端并接一个电感L 1和二极管D 3；D 3的阳极端与LED的阴极端连接，D 3的阴极端与LED的阳极端连接。
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