CN102654530A - 一种高压电极放电电流测量装置 - Google Patents

Abstract

一种高压电极放电电流测量装置，属于高电压测量装置，解决现有高电压电流测量装置无法测量直流分量以及易受强电磁场干扰的问题。本发明中，电流传感器将高压电极放电电流信号转换为电压信号，经模数转换电路转换为数字信号通过并行数据总线送至数字处理器，数字处理器将数字信号处理为通用串行总线信号，送到光信号发射器转变为光信号，通过光纤传输至光信号接收器，光信号接收器将所述光信号转换成符合通用串行总线标准的电信号，通过数据传输线输出；所述电流传感器包括鼠笼型电阻阵列及套于其外的屏蔽外壳。本发明结构简单、测量频带宽、精度高、抗电磁干扰能力强，可实现对频率从直流到一百兆赫兹电流的测量。

Description

一种高压电极放电电流测量装置

技术领域

本发明属于高电压测量装置，具体涉及一种高压电极放电电流测量装置。

背景技术

空气具有良好的绝缘特性，空气间隙绝缘在超/特高压输电中有着广泛的应用。由于超/特高压输电线路不同的电极结构、温度、湿度等都会影响空气间隙的放电特性。因此，研究各种条件下空气间隙的放电特性，可以为工程设计提供可靠的空气间隙绝缘距离，有着重要的现实意义。

空气间隙放电主要伴随着大量的电荷运动，通过测量高压电极放电电流得到电极的电荷量，可用于研究放电的起始和发展特性。高压电极放电电流测量的特点主要有：放电电流频率范围宽，频带上限至数十兆赫兹，尤其包含有较大的直流分量；测量系统位于高电极处，即高电压侧；放电产生的电磁辐射强烈。

中国实用新型专利201120072166.6“一种脉冲电流传感器”采用非磁性的罗氏线圈，可以对0.1～100MHz脉冲电流信号实现准确度达0.1％的测量。但由于其磁场耦合的测量原理所限，无法实现对直流信号的测量。

中国发明专利200710018368.0“无线超高压电流测量方法及装置”采用无线传输方式解决了高电压侧信号传输问题。但其适用于工频超高压领域，高压电极放电会产生强大的电磁场从而对无线传输造成严重干扰。

发明内容

本发明提供一种高压电极放电电流测量装置，解决现有高电压电流测量装置无法实现对直流分量的测量以及易受强电磁场干扰的问题，以实现对高压电极放电电流的准确测量。

本发明所提供的一种高压电极放电电流测量装置，包括电流传感器、模数转换电路、数字处理器、光信号发射器和光信号接收器，其特征在于：

所述电流传感器将高压电极放电电流信号转换为电压信号，经模数转换电路转换为数字信号通过并行数据总线送至数字处理器，数字处理器将所述数字信号处理为通用串行总线信号，送到光信号发射器转变为光信号，通过光纤传输至光信号接收器，光信号接收器将所述光信号转换成符合通用串行总线(USB)标准的电信号，通过数据传输线输出；

所述电流传感器包括传感元件及套于其外的屏蔽外壳，所述传感元件由2^2～5个厚膜电阻和上紫铜圆盘、下紫铜圆盘构成，上、下紫铜圆盘同轴平行排列，2^2～5个厚膜电阻分别与上、下紫铜圆盘平面垂直，沿上、下紫铜圆盘圆周等间隔排列，并联于上、下紫铜圆盘圆周之间，形成鼠笼型电阻阵列；

所述屏蔽外壳为与上、下紫铜圆盘同轴的金属圆筒，金属圆筒底面与所述下紫铜圆盘贴合并通过螺栓紧固，金属圆筒顶面边缘固接对称分布的接线端子，射频同轴连接器垂直安装于金属圆筒底面中心，导线一端穿过下紫铜圆盘和金属圆筒底面中心并与两者绝缘、与射频同轴连接器的信号端连接，导线另一端连接上紫铜圆盘中心，上紫铜圆盘上表面中心垂直连接电极连接件，所述电极连接件从金属圆筒顶面中心通孔穿出并与金属圆筒绝缘。

所述的高压电极放电电流测量装置，其特征在于：

所述模数转换电路、数字处理器和光信号发射器封装为采集模块，采集模块和所述电流传感器均装设于铁磁屏蔽箱内，所述铁磁屏蔽箱由相同铁磁材料的箱体和管体构成，管体固连于箱体下端，管体下端口装有绝缘件；所述电流传感器一端通过其接线端子连接于箱体，电流传感器通过其射频同轴连接器连接同轴电缆，同轴电缆与采集模块连接，采集模块输出信号通过光纤输出；电流传感器通过其电极连接件与导电铜杆相连，导电铜杆穿过管体和绝缘件，导电铜杆端部连接高压电极；高压引线连接于箱体上。

由于导电铜杆与铁磁屏蔽箱接近等电位，抑制了导电铜杆的位移电流，为了实现对位移电流的抑制，使用绝缘件实现高压电极与铁磁屏蔽箱的绝缘，通过电流传感器的电流仅为高压电极放电电流，排除了带有高电压的铁磁屏蔽箱产生位移电流对高压电极放电电流的影响，同时防止铁磁屏蔽箱对电流传感器的分流作用。

所述的高压电极放电电流测量装置，其特征在于：

所述模数转换电路带宽为直流到200MHz，采样率为100MSps～500MSps，

所述光信号发射器波特率为48Mb/s～480Mb/s、输出光信号波长为380nm～650nm；

所述光信号接收器波特率为48Mb/s～480Mb/s。

所述的高压电极放电电流测量装置，其特征在于：

所述电流传感器中，各厚膜电阻的电阻值相等，均为1～1000欧姆，各厚膜电阻的电感值小于40纳亨，2^2～5个厚膜电阻并联阻值R＝10/I，待测电流I为100毫安～1000安，与待测高压电极有关。

本发明采用一种同轴结构电流传感器实现电流测量，显著减小高压电极位移电流对放电电流的影响；电流传感器输出模拟信号经过模数转换电路转换为数字信号，避免了模拟信号易受干扰的缺点；数字处理器将数字信号组帧为USB格式，便于信号处理；并通过光信号发射器转换成光信号，再通过光纤传至地电位侧的光信号接收器，利用光纤优良的绝缘性能实现高电压侧与地电位侧的电气隔离，并使其不受强电磁场干扰，解决了无线传输易受强电磁场干扰问题；光信号接收器将光信号转换成电信号输出，无需复杂的数据处理电路，可通过USB端口送入数据处理终端。

本发明结构简单、测量频带宽、精度高、抗电磁干扰能力强，可实现对频率从直流到一百兆赫兹电流的测量。

附图说明

图1为本发明组成框图；

图2为电流传感器示意图；

图3为本发明结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步描述。

如图1所示，本发明实施例包括电流传感器、模数转换电路、数字处理器、光信号发射器和光信号接收器；

所述电流传感器将高压电极放电电流信号转换为电压信号，经模数转换电路转换为数字信号通过并行数据总线送至数字处理器，数字处理器将所述数字信号处理为通用串行总线信号，送到光信号发射器转变为光信号，通过光纤传输至光信号接收器，光信号接收器将所述光信号转换成符合通用串行总线(USB)标准的电信号，通过数据传输线输出。

本实施例中，模数转换电路以及数字处理器采用美国Agilent公司的U2702A系统，其模数转换电路带宽为200MHz，其数字处理器采样率为500MS/s；光信号发射器采用加拿大icron公司的Ranger 2224-R光信号发射器，其波特率为480Mb/s、输出光信号波长为650nm；光信号接收器采用加拿大icron公司的Ranger 2224-E光信号接收器，其波特率为480Mb/s。

如图2所示，电流传感器包括传感元件及套于其外的屏蔽外壳1；传感元件由16个厚膜电阻2和上紫铜圆盘3、下紫铜圆盘4构成，上、下紫铜圆盘同轴平行排列，16个厚膜电阻2分别与上、下紫铜圆盘平面垂直，沿上、下紫铜圆盘圆周等间隔排列，并联于上、下紫铜圆盘圆周之间，形成鼠笼型电阻阵列；

所述屏蔽外壳1为与上、下紫铜圆盘同轴的金属圆筒，金属圆筒底面与所述下紫铜圆盘4贴合并通过螺栓紧固，金属圆筒顶面边缘固接对称分布的接线端子5，射频同轴连接器6垂直安装于金属圆筒底面中心，导线7一端穿过下紫铜圆盘4和金属圆筒底面中心并与两者绝缘、与射频同轴连接器6的信号端连接，导线7另一端连接上紫铜圆盘3中心，上紫铜圆盘3上表面中心垂直连接电极连接件8，所述电极连接件8从金属圆筒顶面中心通孔穿出并与金属圆筒绝缘。

传感元件由16个电阻值为240欧姆，电感值为40纳亨的厚膜电阻采用同轴结构并联，并联后传感器阻值为15欧姆，电感值为2.5纳亨。

屏蔽外壳1采用铁磁材料制作，用来屏蔽外部电磁场对传感元件的干扰，同时用来降低传感元件的杂散参数，接线端子5用来连接高压引线。电极连接件8为紫铜杆，其顶端具有外螺纹，便于与高压电极实现良好的电气连接。该电流传感器可测量直流到100MHz电流信号，误差小于0.5％。

如图3所示，为了防止高压电极放电产生的较强电磁场对测量装置的干扰，所述模数转换电路、数字处理器和光信号发射器封装为采集模块11，采集模块11和所述电流传感器13均装设于铁磁屏蔽箱内，所述铁磁屏蔽箱由相同铁磁材料的箱体9和管体16构成，管体16固连于箱体9下端，管体16下端口装有绝缘件17；所述电流传感器13一端通过其接线端子连接于箱体9，电流传感器通过其射频同轴连接器连接同轴电缆15，同轴电缆15与采集模块11连接，采集模块11输出信号通过光纤12输出；电流传感器通过其电极连接件与导电铜杆14相连，导电铜杆14穿过管体16和绝缘件17，导电铜杆14端部连接高压电极18；高压引线10连接于箱体9上。

Claims (4)

1.一种高压电极放电电流测量装置，包括电流传感器、模数转换电路、数字处理器、光信号发射器和光信号接收器，其特征在于：

所述电流传感器将高压电极放电电流信号转换为电压信号，经模数转换电路转换为数字信号通过并行数据总线送至数字处理器，数字处理器将所述数字信号处理为通用串行总线信号，送到光信号发射器转变为光信号，通过光纤传输至光信号接收器，光信号接收器将所述光信号转换成符合通用串行总线(USB)标准的电信号，通过数据传输线输出；

所述电流传感器包括传感元件及套于其外的屏蔽外壳(1)，所述传感元件由2^2～5个厚膜电阻(2)和上紫铜圆盘(3)、下紫铜圆盘(4)构成，上、下紫铜圆盘同轴平行排列，2^2～5个厚膜电阻(2)分别与上、下紫铜圆盘平面垂直，沿上、下紫铜圆盘圆周等间隔排列，并联于上、下紫铜圆盘圆周之间，形成鼠笼型电阻阵列；

所述屏蔽外壳(1)为与上、下紫铜圆盘同轴的金属圆筒，金属圆筒底面与所述下紫铜圆盘(4)贴合并通过螺栓紧固，金属圆筒顶面边缘固接对称分布的接线端子(5)，射频同轴连接器(6)垂直安装于金属圆筒底面中心，导线(7)一端穿过下紫铜圆盘(4)和金属圆筒底面中心并与两者绝缘、与射频同轴连接器(6)的信号端连接，导线(7)另一端连接上紫铜圆盘(3)中心，上紫铜圆盘(3)上表面中心垂直连接电极连接件(8)，所述电极连接件(8)从金属圆筒顶面中心通孔穿出并与金属圆筒绝缘。

2.如权利要求1所述的高压电极放电电流测量装置，其特征在于：

所述模数转换电路、数字处理器和光信号发射器封装为采集模块(11)，采集模块(11)和所述电流传感器(13)均装设于铁磁屏蔽箱内，所述铁磁屏蔽箱由相同铁磁材料的箱体(9)和管体(16)构成，管体(16)固连于箱体(9)下端，管体(16)下端口装有绝缘件(17)；所述电流传感器(13)一端通过其接线端子连接于箱体(9)，电流传感器通过其射频同轴连接器连接同轴电缆(15)，同轴电缆(15)与采集模块(11)连接，采集模块(11)输出信号通过光纤(12)输出；电流传感器通过其电极连接件与导电铜杆(14)相连，导电铜杆(14)穿过管体(16)和绝缘件(17)，导电铜杆(14)端部连接高压电极(18)；高压引线(10)连接于箱体(9)上。

3.如权利要求1或2所述的高压电极放电电流测量装置，其特征在于：

所述模数转换电路带宽为直流到200MHz，采样率为100MSps～500MSps，

所述光信号发射器波特率为48Mb/s～480Mb/s、输出光信号波长为380nm～650nm；

所述光信号接收器波特率为48Mb/s～480Mb/s。

4.如权利要求3所述的高压电极放电电流测量装置，其特征在于：

所述电流传感器中，各厚膜电阻的电阻值相等，均为1～1000欧姆，各厚膜电阻的电感值小于40纳亨，2^2～5个厚膜电阻并联阻值R＝10/I，待测电流I为100毫安～1000安，与待测高压电极有关。

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