CN103995168A - 防雷设施雷击检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种防雷设施雷击检测装置，包括设置于防雷设施的用于对雷击电流进行检测的检测模块和设置于防雷设施的取能模块；所述检测模块耦合设置于防雷设施的电流传感器、与电流传感器电连接的限压保护单元Ⅰ、与限压保护单元Ⅰ电连接的峰值保持电路、与峰值保持电路电连接的控制电路以及与所述控制电路电连接的时钟电路；所述取能模块为控制电路提供工作用电，所述取能模块包括耦合设置于防雷设施的取能线圈和与所述取能线圈电连接的取能处理电路，所述取能处理电路的输出端与所述控制电路电连接；能够对雷击电流的参数特性进行准确实时的检测，准确性高，不需要外部电力供应就能够对雷击电流进行检测，可靠性高，并且与电网的一次侧完全隔离，具有良好的安全特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种防雷设施雷击检测装置。
背景技术
随着国民经济的发展，电力系统电压等级及规模随之迅速发展和扩大，因而电力系统架空输电线路分布广阔，很容易遭受雷电的侵袭，对于变电站和建筑物也常常遭受雷电的侵袭，由于雷电发生的随机性和短暂性，因此准确定位雷电流发生的时间及参数特性尤为重要。雷电流的参数特性对防雷对策，提高防雷设施性能，评价防雷设施对各种设备及变电站和建筑物的保护范围以及分析雷害事故都具有十分重要的意义。
雷电流参数的测量有遥测和直接测量两种方式，遥测是利用雷电探测天线探测从远处传播过来的雷电电磁波并以此反推雷电流幅值和波形等雷电流参数的测量方式；由于雷电探测天线远离雷电发生点，雷电电磁波传播过程中，容易受地形、建筑物等影响，存在衰减和色散，因此，通过遥测测量得到的雷电流参数准确度很低。雷电流参数直接测量是在雷击发生点对雷电流进行直接测量的方式。由于雷击某一物体发生的概率和时间是不确定的，因此雷电流直接测量随机性非常大，这就需要一种不但测量准确度高而且成本也较低的装置。传统的方式是在在防雷设施上安装磁钢棒，利用雷电流产生的磁场使磁钢棒磁化，由于磁钢棒具有较强的磁矫特性，所以雷电流通过磁钢棒后仍能保留较大的剩磁，通过检测其剩磁的大小来确定被测雷电流幅值的大小，这种方式的优点是成本低便于大量安装，可以满足雷击电流发生随机性的特点，但缺点是磁钢棒的配方和生产工艺的分散性，并且磁钢棒的剩磁受环境的影响也很大，导致测量的准确依然很低，而且这种方式只能记录在采集时刻最近一次雷击电流的大小，对于最近一次雷击之前的数据不能进行采集，获取数据难度大，工作量也十分巨大。
因此，需要提出一种新型的防雷设施雷击检测装置，能够对雷击电流的参数特性进行准确实时的检测，准确性高，不需要外部电力供应就能够对雷击电流进行检测，可靠性高，并且与电网的一次侧完全隔离，具有良好的安全特性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种防雷设施雷击检测装置，能够对雷击电流的参数特性进行准确实时的检测，准确性高，不需要外部电力供应就能够对雷击电流进行检测，可靠性高，并且与电网的一次侧完全隔离，具有良好的安全特性。
本发明提供的一种防雷设施雷击检测装置，包括设置于防雷设施的用于对雷击电流进行检测的检测模块和设置于防雷设施的取能模块；
所述检测模块耦合设置于防雷设施的电流传感器、与电流传感器电连接的限压保护单元Ⅰ、与限压保护单元Ⅰ电连接的峰值保持电路、与峰值保持电路电连接的控制电路以及与所述控制电路电连接的时钟电路；
所述取能模块为控制电路提供工作用电，所述取能模块包括耦合设置于防雷设施的取能线圈和与所述取能线圈电连接的取能处理电路，所述取能处理电路的输出端与所述控制电路电连接。
进一步，所述取能处理电路包括与取能线圈电连接的整流滤波电路、与整流滤波电路电连接的限压保护单元Ⅱ、与限压保护单元Ⅱ电连接的稳压单元、与稳压单元电连接的DC/DC电路，所述DC/DC电路输出端与控制电路电连接。
进一步，所述限压保护单元Ⅰ和限压保护单元Ⅱ电路结构相同，所述限压保护单元Ⅰ包括电阻R1、电阻R2、二极管D0以及三极管Q1；
所述电阻R1的一端作为限压保护单元Ⅰ的正输入端与电流传感器输出端电连接，另一端与三极管Q1的集电极电连接，所述电阻R1与三极管Q1的集电极公共连接点通过电阻R2电连接于三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极电连接于二极管D0的正极，二极管D0的负极电连接于电阻R1与三极管Q1的公共连接点，电阻R2与三极管Q1的发射极的公共连接点作为限压保护单元Ⅰ的负输入端，所述三极管Q1的集电极作为限压保护单元Ⅰ的输出端。
进一步，所述峰值保持电路包括正峰值保持电路和负峰值保持电路；
所述正峰值保持电路包括二极管D1、电阻R5、电阻R7和电容C2，二极管D1的负极通过电阻R5连接到控制电路，二极管D1的负极还通过电容C2接地，电阻R5与控制电路的公共连接点通过电阻R7接地；
所述负峰值保持电路包括二极管D2、电阻R6、电阻R8以及电容C3，所述二极管D2的负极通过电阻R6电连接于控制电路，二极管D1的负极通过电容C3接地，电阻R6与控制电路的公共连接点通过电阻R8接地；
所述峰值保持电路还设置有取样电阻R4，取样电阻R4的一端作为取样端与限压保护单元Ⅰ输出端电连接另一端接地，二极管D1和二极管D2的正极均电连接于取样电阻R4的取样端。
进一步，所述整流滤波单元包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电容C4、电阻R10、稳压管TVS1和电容C5；
所述二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成整流桥，二极管D3的负极与二极管D4的正极的公共连接点作为整流桥的第一输入端，二极管D5的负极和二极管D6的正极的公共连接点作为整流桥的第二输入端，二极管D3的正极和二极管D5的正极的公共连接点为整流桥的第二输出端，二极管D4的负极和二极管D6的负极的公共连接点作为整流桥的第一输出端；整流桥的第一输入端和第二输入端之间接有用于防止雷电流冲击的电阻R9；电容C4和电阻R10并联后电连接于整流桥的第一输出端和第二输出端之间，整流桥的输出端与稳压管TVS1的负极电连接，稳压管TVS1的正极接地，整流桥的输出端还通过电容C5接地。
进一步，：所述稳压单元为稳压芯片Max5035。
进一步，所述DC/DC电路为转换芯片TL7660。
进一步，所述控制电路为单片机。
进一步，所述检测模块还包括与所述控制电路电连接的数据存储单元。
本发明的有益效果：本发明的防雷设施能够对雷击电流的参数特性进行准确实时的检测，准确性高，不需要外部电力供应就能够对雷击电流进行检测，可靠性高，并且与电网的一次侧完全隔离，具有良好的安全特性；并且本发明工作不需外部供电，运行稳定，响应速度快，能够确保对雷击长期稳定地实时监测；更为重要的是，由于检测模块和取能模块的共同作用，在两个模块均为正常状态时，控制电路对取能模块输出的雷击电流的参数特性以及雷击次数进行处理并记录，而且当取能模块向控制电路供电时，控制电路同样对雷击次数进行记录，便于后续对雷击历史进行比对验证，确保检测准确性，便于对被防护设备进行有效地保护以及提升防雷设施性能；当检测模块因故停止工作时，控制电路通过取能模块同样可以对雷击次数进行记录，虽然不能记录雷击电流的具体参数，但是能够对雷击的历史次数进行有效记录。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的限压保护单元的电路原理图。
图3为本发明的峰值保持电路的电路原理图。
图4为本发明的整流滤波单元的电路原理图。
图5为本发明的稳压单元的电路原理图。
图6为本发明的DC/DC单元电路原理图。
图7为本发明的检测模块雷击电流输入波形。
图8为本发明的检测模块的输出波形。
图9为本发明的取能模块雷击电流输入波形。
图10为本发明的取能模块输出波形。
具体实施方式
图1为本发明的原理框图，图2为本发明的限压保护单元的电路原理图，图3为本发明的峰值保持电路的电路原理图，图4为本发明的整流滤波单元的电路原理图，图5为本发明的稳压单元的电路原理图，图6为本发明的DC/DC单元电路原理图，图7为本发明的检测模块雷击电流输入波形，图8为本发明的检测模块的输出波形，图9为本发明的取能模块雷击电流输入波形，图10为本发明的取能模块输出波形，其中，图1中的导线是指避雷针或者避雷器；如图所示：
本发明提供的一种防雷设施雷击检测装置，包括设置于防雷设施的用于对雷击电流进行检测的检测模块和设置于防雷设施的取能模块；
所述检测模块耦合设置于防雷设施的电流传感器、与电流传感器电连接的限压保护单元Ⅰ、与限压保护单元Ⅰ电连接的峰值保持电路、与峰值保持电路电连接的控制电路以及与所述控制电路电连接的时钟电路；所述控制电路为单片机，可采用现有的单片机，比如STC12C2051,SST89E516等；
所述取能模块为控制电路提供工作用电，所述取能模块包括耦合设置于防雷设施的取能线圈和与所述取能线圈电连接的取能处理电路，所述取能处理电路的输出端与所述控制电路电连接，其中，取能线圈为罗氏线圈；本发明的防雷设施能够对雷击电流的参数特性进行准确实时的检测，准确性高，不需要外部电力供应就能够对雷击电流进行检测，可靠性高，并且与电网的一次侧完全隔离，具有良好的安全特性；并且本发明工作不许外部供电，运行稳定，能够确保对雷击长期稳定地实时监测；更为重要的是，由于检测模块和取能模块的共同作用，在两个模块均为正常状态时，控制电路对取能模块输出的雷击电流的参数特性以及雷击次数进行处理并记录，而且当取能模块向控制电路供电时，控制电路同样对雷击次数进行记录，便于后续对雷击历史进行比对验证，确保检测准确性，便于对被防护设备进行有效地保护以及提升防雷设施性能；当检测模块因故停止工作时，控制电路通过取能模块同样可以对雷击次数进行记录，虽然不能记录雷击电流参数，但是能够对雷击的历史次数进行有效记录。
本实施例中，所述取能处理电路包括与取能线圈电连接的整流滤波电路、与整流滤波电路电连接的限压保护单元Ⅱ、与限压保护单元Ⅱ电连接的稳压单元、与稳压单元电连接的DC/DC电路，所述DC/DC电路输出端与控制电路电连接，所述稳压单元为稳压芯片Max5035；所述DC/DC电路为转换芯片TL7660，通过取能电路的作用，使得本装置不需外部供电，运行稳定，能够确保对雷击长期稳定地实时监测，而且还能够在取样电路无法工作的情况下，控制电路通过取能模块同样可以对雷击次数进行记录，在控制电路接收到取能模块输出电能启动工作时，时钟电路则自动记录雷击时间，并且控制电路记录雷击次数，虽然不能记录雷击电流的具体参数，但是能够对雷击的历史次数进行有效记录。
本实施例中，所述限压保护单元Ⅰ和限压保护单元Ⅱ电路结构相同，所述限压保护单元Ⅰ包括电阻R1、电阻R2、二极管D0以及三极管Q1；
所述电阻R1的一端作为限压保护单元Ⅰ的正输入端与电流传感器输出端电连接，另一端与三极管Q1的集电极电连接，所述电阻R1与三极管Q1的集电极公共连接点通过电阻R2电连接于三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极电连接于二极管D0的正极，二极管D0的负极电连接于电阻R1与三极管Q1的公共连接点，电阻R2与三极管Q1的发射极的公共连接点作为限压保护单元Ⅰ的负输入端，所述三极管Q1的集电极作为限压保护单元Ⅰ的输出端，通过限压保护电路的作用，能够保证本装置能够持续稳定工作，避免受到雷击时的高点压大电流的冲击。
本实施例中，所述峰值保持电路包括正峰值保持电路和负峰值保持电路；
所述正峰值保持电路包括二极管D1、电阻R5、电阻R7和电容C2，二极管D1的负极通过电阻R5连接到控制电路，二极管D1的负极还通过电容C2接地，电阻R5与控制电路的公共连接点通过电阻R7接地；
所述负峰值保持电路包括二极管D2、电阻R6、电阻R8以及电容C3，所述二极管D2的负极通过电阻R6电连接于控制电路，二极管D1的负极通过电容C3接地，电阻R6与控制电路的公共连接点通过电阻R8接地；
所述峰值保持电路还设置有取样电阻R4，取样电阻R4的一端作为取样端与限压保护单元Ⅰ输出端电连接另一端接地，二极管D1和二极管D2的正极均电连接于取样电阻R4的取样端，通过峰值保持电路，使得本装置能够精确地记录雷击电流的参数以及反映雷击电流的波形，便于对雷击进行有效地分析。
本实施例中，所述整流滤波单元包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电容C4、电阻R10、稳压管TVS1和电容C5；
所述二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成整流桥，二极管D3的负极与二极管D4的正极的公共连接点作为整流桥的第一输入端，二极管D5的负极和二极管D6的正极的公共连接点作为整流桥的第二输入端，二极管D3的正极和二极管D5的正极的公共连接点为整流桥的第二输出端，二极管D4的负极和二极管D6的负极的公共连接点作为整流桥的第一输出端；整流桥的第一输入端和第二输入端之间接有用于防止雷电流冲击的电阻R9；电容C4和电阻R10并联后电连接于整流桥的第一输出端和第二输出端之间，整流桥的输出端与稳压管TVS1的负极电连接，稳压管TVS1的正极接地，整流桥的输出端还通过电容C5接地。
本实施例中，所述检测模块还包括与所述控制电路电连接的数据存储单元，能够对雷击电路的相关参数进行有效记录。
如图7和图8为本发明的仿真波形图，当雷击时，检测模块输出的波形如图7所示，检测模块输出波形如图8所示，由图中可以看出：当输入8us/20us雷电流波形时，通过正/负峰值保持电路，可以监测到输出端的波形为8.5us/20.3us，输出波形陡度能够较好的反映输入波形的陡度，使得检测结果准确，能够精确反映雷击参数。
如图9和图10表示取能模块的输入波形和输出波形，当输入8us/20us，50kA的雷电流波形时，经过取能单元转换，获得输出电压为12V左右，此电压可以经过进一步的稳压，可最终获取5V电压，保证本发明能够稳定工作。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种防雷设施雷击检测装置，其特征在于：包括设置于防雷设施的用于对雷击电流进行检测的检测模块和设置于防雷设施的取能模块；
所述检测模块耦合设置于防雷设施的电流传感器、与电流传感器电连接的限压保护单元Ⅰ、与限压保护单元Ⅰ电连接的峰值保持电路、与峰值保持电路电连接的控制电路以及与所述控制电路电连接的时钟电路；
所述取能模块为控制电路提供工作用电，所述取能模块包括耦合设置于防雷设施的取能线圈和与所述取能线圈电连接的取能处理电路，所述取能处理电路的输出端与所述控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述取能处理电路包括与取能线圈电连接的整流滤波电路、与整流滤波电路电连接的限压保护单元Ⅱ、与限压保护单元Ⅱ电连接的稳压单元、与稳压单元电连接的DC/DC电路，所述DC/DC电路输出端与控制电路电连接。
3.根据权利要求2所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述限压保护单元Ⅰ和限压保护单元Ⅱ电路结构相同，所述限压保护单元Ⅰ包括电阻R1、电阻R2、二极管D0以及三极管Q1；
所述电阻R1的一端作为限压保护单元Ⅰ的正输入端与电流传感器输出端电连接，另一端与三极管Q1的集电极电连接，所述电阻R1与三极管Q1的集电极公共连接点通过电阻R2电连接于三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极电连接于二极管D0的正极，二极管D0的负极电连接于电阻R1与三极管Q1的公共连接点，电阻R2与三极管Q1的发射极的公共连接点作为限压保护单元Ⅰ的负输入端，所述三极管Q1的集电极作为限压保护单元Ⅰ的输出端。
4.根据权利要求3所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述峰值保持电路包括正峰值保持电路和负峰值保持电路；
所述正峰值保持电路包括二极管D1、电阻R5、电阻R7和电容C2，二极管D1的负极通过电阻R5连接到控制电路，二极管D1的负极还通过电容C2接地，电阻R5与控制电路的公共连接点通过电阻R7接地；
所述负峰值保持电路包括二极管D2、电阻R6、电阻R8以及电容C3，所述二极管D2的负极通过电阻R6电连接于控制电路，二极管D1的负极通过电容C3接地，电阻R6与控制电路的公共连接点通过电阻R8接地；
所述峰值保持电路还设置有取样电阻R4，取样电阻R4的一端作为取样端与限压保护单元Ⅰ输出端电连接另一端接地，二极管D1和二极管D2的正极均电连接于取样电阻R4的取样端。
5.根据权利要求4所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述整流滤波单元包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电容C4、电阻R10、稳压管TVS1和电容C5；
所述二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成整流桥，二极管D3的负极与二极管D4的正极的公共连接点作为整流桥的第一输入端，二极管D5的负极和二极管D6的正极的公共连接点作为整流桥的第二输入端，二极管D3的正极和二极管D5的正极的公共连接点为整流桥的第二输出端，二极管D4的负极和二极管D6的负极的公共连接点作为整流桥的第一输出端；整流桥的第一输入端和第二输入端之间接有用于防止雷电流冲击的电阻R9；电容C4和电阻R10并联后电连接于整流桥的第一输出端和第二输出端之间，整流桥的输出端与稳压管TVS1的负极电连接，稳压管TVS1的正极接地，整流桥的输出端还通过电容C5接地。
6.根据权利要求5所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述稳压单元为稳压芯片Max5035。
7.根据权利要求6所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述DC/DC电路为转换芯片TL7660。
8.根据权利要求7所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述控制电路为单片机。
9.根据权利要求8所述防雷设施雷击检测装置，其特征在于：所述检测模块还包括与所述控制电路电连接的数据存储单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140820 |