CN102680774A - 一种避雷器在线监测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种避雷器在线监测传感器，其包括接地端、内部电流输入端和污秽电流输入端；内部电流输入端与接地端之间依次连接有内部电流采集单元、第一整流电路和内部电流检测单元；污秽电流输入端与接地端之间依次连接有第二整流电路和污秽电流检测单元。内部电流采集单元中包括氧化锌电阻和雷电信号感应电路，可采集内部电流并感应雷电信号；内部电流采集单元采集到的电流经整流后，输出至内部电流检测单元，通过全电流表、阻性电流表、全电流传感器和阻性电流传感器，分别对全电流和阻性电流进行检测；污秽电流经第二整流电路、污秽电流表和污秽电流传感器，在污秽电流输入端与接地端之间形成回路后，通过污秽电流传感器和污秽电流表进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及防雷器件技术领域，特别是一种避雷器在线监测传感器。
背景技术
现有的避雷器在线监测传感器的全电流和阻性电流的监测方法主要有：基波法、二次谐波法及补偿法。这些方法主要是测出避雷器泄露电流的相位角和电网电压的相位角，两者加以比较，求出其相位差，然后通过计算得到避雷器的阻性泄露电流。由于同时需要测量避雷器泄漏电流和电网电压，就需要两套设备，且两套设备之间的数据要进行交换，电路结构非常复杂，在变电站这么复杂的环境中，电路会受到很大的干扰，不容易实现。而且这三种方法都不能排除谐波电压对测量的影响，会大大影响测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种避雷器在线监测传感器，其电路结构较为简单，且包括了全电流、阻性电流、污秽电流的显示功能，以及全电流、阻性电流、污秽电流的脉冲电流发送功能，信号可通过光纤传送。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种避雷器在线监测传感器，包括接地端、内部电流输入端和连接避雷器外壳的污秽电流输入端；内部电流输入端与接地端之间依次连接有内部电流采集单元、第一整流电路和内部电流检测单元；污秽电流输入端与接地端之间依次连接有第二整流电路和污秽电流检测单元；其中：
内部电流采集单元中包括氧化锌电阻和雷电信号感应电路；氧化锌电阻的一端连接内部电流输入端，同时连接第一整流电路的整流输入端，氧化锌电阻的另一端连接接地端；雷电感应电路包括雷电信号输入端、感应电流输出端和接地端，其中雷电信号输入端连接在氧化锌电阻与第一整流电路的整流输入端之间，感应电流输出端连接第一整流电路；雷电信号感应电路中设有能够根据内部电流输入端的电流信号变化，来感应雷电信号并统计雷电次数的雷击计数器；
第一整流电路对内部电流采集单元输出的电流进行整流后，输出至内部电流检测单元；
内部电流检测单元包括依次连接在第一整流电路与接地端之间的全电流表、全电流传感器和阻性电流传感器；第一整流电路的整流输入端与内部电流采集单元之间串接有阻性电流检测电容，内部电流检测单元还包括阻性电流表，阻性电流表的一端连接阻性电流传感器，另一端连接在阻性电流检测电容与内部电流采集单元之间；
污秽电流检测单元包括污秽电流传感器和污秽电流表；污秽电流输入端检测到的污秽电流，经第二整流电路、污秽电流表和污秽电流传感器后，在污秽电流输入端与接地端之间形成回路。
在应用时，本发明的避雷器在线监测传感器与氧化锌避雷器串联在电网电压与接地端之间，氧化锌避雷器可以等效为一个电阻和电容并联。氧化锌电阻为现有产品，其一端同时连接内部电流输入端与第一整流电路的整流输入端，用于避雷器内部电流的采集。
进一步的，本发明中阻性电流传感器、全电流传感器以及污秽电流传感器皆为现有产品，其中阻性电流传感器包括全电流输入端、全电流输出端和阻性电流输出端；污秽电流传感器包括全电流输入端、全电流输出端和污秽电流输出端；
全电流传感器的全电流输入端连接全电流表，全电流传感器的电流输出端连接阻性电流传感器的全电流输入端；阻性电流传感器的全电流输出端连接污秽电流传感器的全电流输入端，阻性电流传感器的阻性电流输出端连接阻性电流表；污秽电流传感器的全电流输出端通过第一整流电路连接接地端，污秽电流传感器的污秽电流输出端连接第二整流电路。全电流表、阻性电流表、污秽电流表也是现有产品。
作为一种改进，本发明选用的全电流传感器、阻性电流传感器和污秽电流传感器中还包括分别对应用于无线传输全电流信号、阻性电流信号和污秽电流信号的信号发送端，用于通过光纤对外发送全电流、阻性电流和污秽电流信号。
作为另一种改进，本发明雷电信号感应电路中，雷击计数器首先串联一个限流电阻，然后并联一个电容，再与一个电感串联在接地端与雷电信号输入端之间；电感与雷电信号输入端之间还串接有第一双向可控硅。具体的，当避雷器遭受雷击时，由于雷电流时间较短，且短时电流非常大，雷击计数器一方面由于反应速度不够很难能感应到雷击事件，另一方面也会因为电流过大而受损。本发明中设置的限流电阻以及第一双向可控硅可以起到保护雷击计数器不因过流而受损，雷击事件发生时，雷电流会对电容充电，雷击事件结束电容放电，保证雷击计数器能够可靠感应到雷击事件。
本发明还包括第二双向可控硅，其一端连接污秽电流输入端，另一端连接接地端。当有雷击时，第二双向可控硅可保护后面的电路不受损坏。
本发明雷电信号感应电路的雷电流输出端与第一整流电路之间还串接有保护电容，当避雷器遭受雷击时，瞬间雷击电压很大，保护电容可以分掉一部分电压，减小后面电路的电压，保护电路不受损坏。
当避雷器遭受雷击时，避雷器上电流很大，氧化锌电阻阻值变化，雷电信号感应电路分出一部分雷电流使得雷击计数器能够感应到雷击事件并记录雷击次数。内部电流采集单元输出的雷电流经第一整流电路进行汇总，然后通过全电流表和阻性电流表皆可显示雷电流的大小；
当避雷器没有遭受雷击，但是避雷器因老化和受潮等原因性能变坏时，避雷器上就有大约200uA～300uA的电流，这时雷击计数器不会动作。电流直接经过第一整流电路至全电流表显示，全电流中的阻性电流分量经过阻性电流传感器、阻性电流表与和避雷器中的等效电阻形成回路，产生一个阻性电流，经阻性电流表显示；同时全电流和阻性电流分别通过信号发送端对外发送信号；
当避雷器有漏电流时，电流对阻性电流检测电容充电，同时和阻性电流传感器中的电容形成分压，使得阻性电流传感器能够检测到阻性电流，并通过信号发送端对外发送信号；
当避雷器表面比较清洁时，避雷器表面污秽电流为零；当避雷器表面比较脏时，就会有污秽电流产生，污秽电流经第二整流电路至污秽电流表显示，并通过污秽电流传感器的信号发送端对外发送信号。
本发明的有益效果为：抗干扰能力强，电路结构简单，成本较低，且实现了全电流、阻性电流、污秽电流的显示功能，同时全电流、阻性电流、污秽电流可以脉冲电流的形式通过各电流传感器的信号发送端对外发送，并通过光纤传输，且雷电计数器可感应雷击事件并记录雷击事件的次数，工作可靠。
附图说明
图1所示为本发明的电路结构原理示意图；
图2所示为本发明电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式做进一步描述。
本发明的避雷器在线监测传感器在应用时与氧化锌避雷器串联在电网电压与接地端之间。
结合图1和图2所示，本发明的避雷器在线监测传感器，包括接地端GND、内部电流输入端IN1和连接避雷器外壳的污秽电流输入端IN2；内部电流输入端IN1与接地端GND之间依次连接有内部电流采集单元、第一整流电路和内部电流检测单元；污秽电流输入端IN2与接地端GND之间依次连接有第二整流电路和污秽电流检测单元；其中：
内部电流采集单元中包括氧化锌电阻D2和雷电信号感应电路；氧化锌避雷器可以等效为一个电阻R和电容C并联，本发明避雷器在线检测传感器的内部电流输入端IN1即连接氧化锌避雷器Z1的一端；氧化锌电阻D2的一端连接内部电流输入端IN1，同时连接第一整流电路的整流输入端③脚，氧化锌电阻的另一端连接接地端GND；用于避雷器内部电流的采集和感应；氧化锌电阻为现有产品，其同时连接内部电流输入端和第一整流电路③的一端分为①脚和②脚，两脚之间实际为1根铜线连接，③脚及连接接地端GND的一端。
雷电感应电路包括雷电信号输入端、感应电流输出端和接地端，其中雷电信号输入端连接在氧化锌电阻②脚上，同时连接第一整流电路的①脚整流输入端，感应电流输出端连接第一整流电路的整流输入端②脚；雷电感应电路由第一双向可控硅X1、电感L1、电容C4、限流电阻R7和雷击计数器组成，雷击计数器能够根据雷电信号输入端的电流信号变化，来感应雷电信号并统计雷电次数的雷击计数器。
雷击计数器首先串联限流电阻R7，然后并联电容C4，再与电感L1串联在接地端GND与雷电信号输入端之间；电感L1与雷电信号输入端之间还串接有第一双向可控硅X1。当避雷器遭受雷击时，雷电流时间较短，短时电流非常大，限流电阻R7以及第一双向可控硅X1可以起到保护雷击计数器不因过流而受损；雷击事件发生时，雷电流会对电容C4充电，雷击事件结束电容C4放电，保证雷击计数器能够可靠感应到雷击事件。雷电流输出端与第一整流电路之间还串接有保护电容C1，当避雷器遭受雷击时，瞬间雷击电压很大，保护电容C1可以分掉一部分电压，减小后面电路的电压，保护电路不受损坏。
本发明的第一整流电路由二极管D5、D6、D7、D9、D10和D11组成，其电路结构也可采用现有的其它整流电路结构形式。内部电流采集单元输出到第一整流电路整流输入端①脚和③脚的电流经整流后，输出至内部电流检测单元。
内部电流检测单元包括依次连接在第一整流电路与接地端GND之间的全电流表A1、全电流传感器和阻性电流传感器；第一整流电路连接氧化锌电阻的的整流输入端③脚与内部电流采集单元之间还串接有阻性电流检测电容C2，内部电流检测单元还包括阻性电流表A2，阻性电流表A2的一端连接阻性电流传感器的阻性电流输出端③脚，另一端连接在阻性电流检测电容C2与内部电流采集单元之间；为了保护全电流表A1和阻性电流表A2，本发明还设置了相应的保护电路，如图2所示，A1的保护电路即为R3与R6串联后与二极管D1并联于全电流表A1两端；A2的保护电路即为R9与R10串联后与二极管D4并联于阻性电流表A2两端。
污秽电流检测单元包括污秽电流传感器和污秽电流表A3，污秽电流传感器的②脚通过第一整流电路的⑥脚进而接地；污秽电流输入端IN2检测到的污秽电流，经电阻R11、R12、第二整流电路、污秽电流表A3 、D17和污秽电流传感器后，在污秽电流输入端IN2与接地端GND之间形成回路。污秽电流检测单元中还设有第二双向可控硅X2，其一端连接污秽电流输入端，另一端连接接地端。当有雷击时，第二双向可控硅X2可保护后面的电路不受损坏，二极管D16也能起到保护电路的作用。
本发明中阻性电流传感器、全电流传感器以及污秽电流传感器皆为现有产品，其中阻性电流传感器包括全电流输入端①脚、全电流输出端②脚和阻性电流输出端③脚；污秽电流传感器包括全电流输入端①脚、全电流输出端②脚和污秽电流输出端③脚；全电流传感器、阻性电流传感器和污秽电流传感器中还包括分别对应用于对外发送全电流信号、阻性电流信号和污秽电流信号的信号发送端如图2所示信号发送端可利用光电二极管以脉冲电流的形式对外发送信号，具体传输时可利用光纤传输。
全电流传感器的全电流输入端①脚连接全电流表A1，全电流传感器的全电流输出端②脚连接阻性电流传感器的全电流输入端①脚；阻性电流传感器的全电流输出端②脚连接污秽电流传感器的全电流输入端①脚，阻性电流传感器的阻性电流输出端③脚连接阻性电流表A2；污秽电流传感器的全电流输出端②脚通过第一整流电路进而接地，污秽电流传感器的污秽电流输出端③脚连接第二整流电路②脚。全电流表A1、阻性电流表A2、污秽电流表A3也是现有产品。
如图2所示， Z 1为避雷器的等效电路，当避雷器没有遭受雷击并且避雷器性能良好时，避雷器上电流i T≈0，内部电流输入端IN1没有输入电流，电流i 1=i 2=0，氧化锌电阻D 2无变化，雷击计数器不动作，全电流表A1和阻性电流表A2显示皆为0，表示避雷器工作正常。
当避雷器遭受雷击，避雷器上电流i T很大，氧化锌电阻D 2阻值变化，雷电信号感应电路从氧化锌电阻作用后的电流中分出一部分雷电流使得雷击计数器能够感应到雷击事件并记录雷击次数。内部电流采集单元输出的雷电流经第一整流电路进行汇总，全电流表和阻性电流表皆可显示雷电流的大小，表示避雷器遭受雷击。
当避雷器没有遭受雷击，但是避雷器因老化和受潮等原因性能变坏时，避雷器上就有大约200uA～300uA的电流，这时雷击计数器不会动作。电流i1=0，电流i2≠0，电流i2通过电阻R1、电容C2再经过第一整流电路至全电流表A1显示，全电流中的阻性电流分量经过阻性电流传感器、阻性电流表A2与和避雷器中的等效电阻R形成回路，产生一个阻性电流，经阻性电流表A2显示；同时全电流和阻性电流分别通过信号发送端对外发送信号；
当避雷器有漏电流时，电流i 2对阻性电流检测电容C 2充电，同时和阻性电流传感器中的电容形成分压，使得阻性电流传感器能够检测到阻性电流，并通过信号发送端对外发送信号；
当避雷器表面比较清洁时，避雷器表面污秽电流为零；当避雷器表面比较脏时，就会有污秽电流产生，污秽电流经第二整流电路的整流输入端至污秽电流表A3显示，并通过污秽电流传感器的信号发送端对外发送信号。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (6)
1.一种避雷器在线监测传感器，其特征是，包括接地端、内部电流输入端和连接避雷器外壳的污秽电流输入端；内部电流输入端与接地端之间依次连接有内部电流采集单元、第一整流电路和内部电流检测单元；污秽电流输入端与接地端之间依次连接有第二整流电路和污秽电流检测单元；其中：
内部电流采集单元中包括氧化锌电阻和雷电信号感应电路；氧化锌电阻的一端连接内部电流输入端，同时连接第一整流电路的整流输入端，氧化锌电阻的另一端连接接地端；雷电感应电路包括雷电信号输入端、感应电流输出端和接地端，其中雷电信号输入端连接在氧化锌电阻与第一整流电路的整流输入端之间，感应电流输出端连接第一整流电路；雷电信号感应电路中设有能够根据内部电流输入端的电流信号变化，来感应雷电信号并统计雷电次数的雷击计数器；
第一整流电路对内部电流采集单元输出的电流进行整流后，输出至内部电流检测单元；
内部电流检测单元包括依次连接在第一整流电路与接地端之间的全电流表、全电流传感器和阻性电流传感器；第一整流电路的整流输入端与内部电流采集单元之间串接有阻性电流检测电容，内部电流检测单元还包括阻性电流表，阻性电流表的一端连接阻性电流传感器，另一端连接在阻性电流检测电容与内部电流采集单元之间；
污秽电流检测单元包括污秽电流传感器和污秽电流表；污秽电流输入端检测到的污秽电流，经第二整流电路、污秽电流表和污秽电流传感器后，在污秽电流输入端与接地端之间形成回路。
2.根据权利要求1所述的避雷器在线监测传感器，其特征是，阻性电流传感器包括全电流输入端、全电流输出端和阻性电流输出端；污秽电流传感器包括全电流输入端、全电流输出端和污秽电流输出端；
全电流传感器的全电流输入端连接全电流表，全电流传感器的电流输出端连接阻性电流传感器的全电流输入端；阻性电流传感器的全电流输出端连接污秽电流传感器的全电流输入端，阻性电流传感器的阻性电流输出端连接阻性电流表；污秽电流传感器的全电流输出端通过第一整流电路连接接地端，污秽电流传感器的污秽电流输出端连接第二整流电路。
3.根据权利要求2所述的避雷器在线监测传感器，其特征是，全电流传感器、阻性电流传感器和污秽电流传感器中还包括分别对应用于无线传输全电流信号、阻性电流信号和污秽电流信号的信号发送端。
4.根据权利要求1或2所述的避雷器在线监测传感器，其特征是，雷电信号感应电路中，雷击计数器首先串联一个限流电阻，然后并联一个电容，再与一个电感串联在接地端与雷电信号输入端之间；电感与雷电信号输入端之间还串接有第一双向可控硅。
5.根据权利要求1或2所述的避雷器在线监测传感器，其特征是，还包括第二双向可控硅，其一端连接污秽电流输入端，另一端连接接地端。
6.根据权利要求5所述的避雷器在线监测传感器，其特征是，雷电信号感应电路的雷电流输出端与第一整流电路之间还串接有保护电容。
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