CN104076193A - 一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置 - Google Patents

Abstract

一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，氧化锌避雷器Z1的输入端连接到待测线路，输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端，第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输出端接地；隔离采样电路的输入端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端。还包括过压保护电路、第一氧化锌压敏电阻阀片Z2和放电计数电路。本发明通过在一次侧避雷器下方设置氧化锌压敏电阻阀片，从氧化锌压敏电阻阀片采集电压信号后根据氧化锌压敏电阻的伏安特性曲线、阀片的分压关系以及一定的运放比例推算出被测线路实际过电压，现场实测时抗干扰信号能力强，能够准确采集到被测线路的工频过电压、操作过电压以及雷电过压信号，最高可以采集到频率为40MHz的信号。

Description

一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置

技术领域

本发明涉及电压信号采集技术领域，具体是一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置。

背景技术

目前过电压现场测试主要在电压互感器二次侧采集电压信号，由于二次设备对外界电磁干扰的敏感度远高于传统的保护控制设备，微机保护和自动化装置中的信号电缆和电源极线极易耦合空间辐射和电磁场。雷击、系统短路故障、开关操作等会产生瞬变的电磁场对二次侧信息的采集造成强烈电磁干扰。传统电压互感器和电容式电压互感器存在铁磁谐振和磁饱和现象，高频相应差，基于高频暂态分量的快速保护难以实现。新型电子式互感器进行信号采集时由于分布电容的存在以及滤波电路的影响导致采集信号失真甚至丢失。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，通过在一次侧避雷器下方设置氧化锌压敏电阻阀片，从氧化锌压敏电阻阀片采集电压信号后根据氧化锌压敏电阻的伏安特性曲线、阀片的分压关系以及一定的运放比例推算出被测线路实际过电压。

实现本发明的目的的技术方案如下：一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，氧化锌避雷器Z1的输入端连接到待测线路，输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端，第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输出端接地；隔离采样电路的输入端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端。

进一步地，所述隔离采样电路：电压跟随器A1的输入端构成隔离采样电路的输入端，电压跟随器A1的输出端连接到运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R5接地，运算放大器A2的反相输入端和输出端之间还连接有电容C2；第一光耦合器的高电平输入端连接到运算放大器A2的输出端，第一光耦合器的低电平输入端连接到第二光耦合器的高电平输入端，第二光耦合器的低电平输入端接地；第一光耦合器的输出端连接到电压跟随器A3的输入端，第二光耦合器的输出端连接到运算放大器A2的反相输入端；电压跟随器A3的输入端通过电阻R6接地，输出端构成隔离采样电路的输出端。

进一步地，还包括过压保护电路：由一个以上二极管同向串联构成，正极连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端，负极连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输出端。

更进一步地，还包括第一氧化锌压敏电阻阀片Z2和放电计数电路；第一氧化锌压敏电阻阀片Z2的输入端连接到氧化锌避雷器Z1的输出端，第一氧化锌压敏电阻阀片Z2的输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端；放电计数电路：桥式整流电路的输入端分别连接到第一氧化锌压敏电阻阀片Z2的输入端和输出端；限流电阻R4依次串联电磁计数器线圈L和电流计A后，再与电容C1并联后构成桥式整流电路的负载。

本发明的技术效果在于，一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，现场实测时抗干扰信号能力强，能够准确采集到被测线路的工频过电压、操作过电压以及雷电过压信号，最高可以采集到频率为40MHz的信号。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明第一实施例的电路原理图。

图3是本发明第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，氧化锌避雷器Z1的输入端连接到待测线路，输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端，第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输出端接地；隔离采样电路的输入端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端，隔离采样电路的输出端连接到测量仪器。

避雷器选用具有良好非线性伏安特性的无间隙的氧化锌避雷器，根据被测线路电压等级选择适当的型号。避雷器下设置阀片，阀片由一定数量的氧化锌压敏电阻片制成，阀片材料与所选避雷器内部非线性材料特性完全相同，避免非线性曲线不一致而给测量分析带来干扰，阀片的基本单元氧化锌压敏电阻片数量不宜过多，防止避雷器的残压不必要升高而干扰被保护电路动作。氧化锌压敏电阻不含电容电感原件，不会发生电磁振荡，能真实完整反应过电压的频率响应。为防止电磁干扰，测量仪器外接屏蔽罩，测量电缆采用高频同轴电缆。

隔离采样电路如图2所示：电压跟随器A1的输入端构成隔离采样电路的输入端，电压跟随器A1的输出端连接到运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R5接地，运算放大器A2的反相输入端和输出端之间还连接有电容C2；第一光耦合器的高电平输入端连接到运算放大器A2的输出端，第一光耦合器的低电平输入端连接到第二光耦合器的高电平输入端，第二光耦合器的低电平输入端接地；第一光耦合器的输出端连接到电压跟随器A3的输入端，第二光耦合器的输出端连接到运算放大器A2的反相输入端；电压跟随器A3的输入端通过电阻R6接地。

第二氧化锌压敏电阻阀片Z3两端的电压信号为Ui，经过电压跟随器A1输出信号为Vi。光电隔离器为高速型光电隔离器，最快响应时间可低于10ns，最大频率响应可达到40MHz。内部封装了两片相互独立的光耦，每一片光耦均由一个发光二极管和光敏三极管组成。发光二极管的正向压降和光敏三极管的集电极电流不是线性的，导致经过光电耦合器之后的输出信号与输入信号之间不是线性关系。运放A2用于构成负反馈电路改善输入输出信号的线性度，运放A3构成电压跟随器，增强带负载的能力。采样电压信号Vi经由运放A2构成的负反馈电路、光电耦合器、运放A3构成的电压跟随器后变成输出信号Vo。Vo=(R6／R5)Vi，比例系数由R6、R5的大小确定。根据氧化锌压敏电阻的伏安特性曲线和阀片分压关系通过测量仪器记录的数据即可推算出被测线路实际过电压。

图2中，过压保护电路由一个以上二极管同向串联构成，正极连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端，负极连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输出端。二极管数目由测量仪器输入电压上限值确定，保护电路阀值低于测量仪器输入电压上限值。由分压关系可知该阀片分得电压很小，保护电路不会钳制阀片两端电压且能有效保护测量仪器。当过电压特别高，电流特别大时，保护电路上的二极管组导通，大电流从保护电路入地，保护测量仪器。

图3给出了更进一步的实施例。还包括第一氧化锌压敏电阻阀片Z2和放电计数电路；第一氧化锌压敏电阻阀片Z2的输入端连接到氧化锌避雷器Z1的输出端，第一氧化锌压敏电阻阀片Z2的输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片Z3的输入端；放电计数电路：桥式整流电路的输入端分别连接到第一氧化锌压敏电阻阀片Z2的输入端和输出端；限流电阻R4依次串联电磁计数器线圈L和电流计A后，再与电容C1并联后构成桥式整流电路的负载。

放电计数电路利用通过避雷器冲击电流的续流在第一氧化锌压敏电阻阀片Z2上取压，经硅桥式整流器，单向对电容器充电，并以直流对电磁计数器线圈放电而使计数器吸动一次，来实现记录动作的次数。同时由于放电计数电路中存在整流桥，当第一氧化锌压敏电阻阀片Z2两端过电压幅值达到一定水平时，整流电路中的硅元件会对过电压波形进行截波，导致波形畸变影响过电压分析，所以不能从第一氧化锌压敏电阻阀片Z2两端取测量信号。

以图3所示的基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置为例，设氧化锌避雷器Z1以及第一氧化锌压敏电阻阀片Z2、第二氧化锌压敏电阻Z3所含电阻片数分别为n1，n2，n3。测试前先测量避雷器下方两级阀片的串联电压，通常设定工频电压下取样电压为5v左右，根据氧化锌压敏电阻的伏安特性曲线得到线性区的阻值从而确定两级阀片的分压比。

测量仪器上显示电压值为Vo，则被测线路实际电压为                                               。

Claims (5)

1.一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，其特征在于，氧化锌避雷器（Z1）的输入端连接到待测线路，输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输入端，第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输出端接地；隔离采样电路的输入端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，其特征在于，所述隔离采样电路：电压跟随器A1的输入端构成隔离采样电路的输入端，电压跟随器A1的输出端连接到运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R5接地，运算放大器A2的反相输入端和输出端之间还连接有电容C2；第一光耦合器的高电平输入端连接到运算放大器A2的输出端，第一光耦合器的低电平输入端连接到第二光耦合器的高电平输入端，第二光耦合器的低电平输入端接地；第一光耦合器的输出端连接到电压跟随器A3的输入端，第二光耦合器的输出端连接到运算放大器A2的反相输入端；电压跟随器A3的输入端通过电阻R6接地，输出端构成隔离采样电路的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的任意一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，其特征在于，还包括过压保护电路：由一个以上二极管同向串联构成，正极连接到第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输入端，负极连接到第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输出端。

4.根据权利要求1或2所述的任意一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，其特征在于，还包括第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）和放电计数电路；第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）的输入端连接到氧化锌避雷器（Z1）的输出端，第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）的输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输入端；放电计数电路：桥式整流电路的输入端分别连接到第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）的输入端和输出端；限流电阻R4依次串联电磁计数器线圈L和电流计A后，再与电容C1并联后构成桥式整流电路的负载。

5.根据权利要求3所述的一种基于氧化锌压敏电阻的过电压采集装置，其特征在于，还包括第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）和放电计数电路；第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）的输入端连接到氧化锌避雷器（Z1）的输出端，第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）的输出端连接到第二氧化锌压敏电阻阀片（Z3）的输入端；放电计数电路：桥式整流电路的输入端分别连接到第一氧化锌压敏电阻阀片（Z2）的输入端和输出端；限流电阻R4依次串联电磁计数器线圈L和电流计A后，再与电容C1并联后构成桥式整流电路的负载。