CN104347205A - 一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能避雷器，其将常规复合绝缘外套氧化锌避雷器和智能监测模块实现低成本、一体化封装。上述智能监测模块收集和存储避雷器泄漏电流的能量作为主要电源，监测避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、管芯温度等状态参数，并通过无线信道将这些参数发送出去。本发明具有智能化程度高、成本低、可靠性高、免维护的优点。

Description

一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器

技术领域

本发明涉及一种智能避雷器，具体地说是一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器。

背景技术

现有的中压类氧化锌避雷器不具备监测本身工作状态的功能，需要安装避雷器在线监测表或使用避雷器测试仪查看避雷器运行状态。

避雷器在线监测表用于监测避雷器泄漏电流和动作次数，其成本大大高于避雷器的本身成本，不适合配电系统的大规模应用。另外，模拟式避雷器在线监测表需要人工巡检抄表，人工工作量大、实时性差；数字式避雷器在线监测表成本很高，还需要解决供电和通讯问题，性价比较低。因此，中压配电系统的避雷器通常不会安装避雷器在线监测表。

避雷器测试仪可应用于氧化锌避雷器的现场带电或停电测试，具备较强的分析能力，但现场涉及接线操作，人工工作量大、实时性很差，因此避雷器测试仪较常用于检修作业。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种可以提高避雷器故障诊断效率，降低人工工作量，智能化程度高、成本低、可靠性高、免维护的低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器。

本发明的技术方案：一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器，将常规复合绝缘外套氧化锌避雷器和智能监测模块实现低成本、一体化封装，在不影响常规复合绝缘外套氧化锌避雷器原有优异性能的基础上，实现了避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、管芯温度等状态的无线智能化监测；

上述智能监测模块通过收集和存储避雷器泄漏电流的能量作为主要工作电源，内置长寿命电池作为备用电源；避雷器在线运行后，智能监测模块主要利用避雷器泄漏电流工作，极少或不消耗电池的能量，在整个产品寿命周期内无需维护；

上述智能监测模块支持无线通信功能，智能监测模块通过无线信道将避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、管芯温度等数据发送出去。

优选地，该避雷器包括阀芯、内绝缘层、外伞套、金属护套、内电极、螺母、螺丝，所述阀芯上设有智能监测模块，所述智能监测模块包括电池、控制电路板、电源电路板、电极上盖、O型密封圈、电极壳体、弹簧片、电路板外壳、天线绝缘柱、天线、绝缘柱、氧化锌阀片、电极片、电极片触点，

所述电池焊接在控制电路板上，控制电路板通过连接器固定在电源电路板上并与其实现电气连接；电池、控制电路板、电源电路板固定在电路板外壳上；电路板外壳固定在电极壳体底部；电源电路板边沿与电极壳体接触实现电气连接；

所述天线绝缘柱通过螺纹固定在电极壳体上，天线通过螺纹固定在天线绝缘柱上，天线与控制电路板上的天线馈线点接触；

所述氧化锌阀片固定在电极壳体与电极片之间，电极片触点穿过电极壳体、电极片的中心孔与电源电路板实现电气连接；

所述电极上盖和电极壳体通过螺纹连接，所述弹簧片压紧电路板外壳，所述电源电路板与电极壳体紧密贴合；

所述电极上盖中心带螺纹孔，通过螺丝引出作为外部接线端子。

本发明的避雷器利用避雷器本身泄漏电流进行供电，监测避雷器的泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、阀芯温度等状态，通过无线信道将状态信息发送出去；同时直接替换对应规格的氧化锌避雷器使用，通过配套无线接收设备可直接查看避雷器运行工况，由此可大大提高避雷器故障诊断效率，降低人工工作量。

优选地，所述O型密封圈包括设置在电极上盖与电极壳体之间的上O型密封圈和设置在电极上盖、电极壳体与电路板外壳之间的下O型密封圈。

优选地，所述控制电路板包括微处理器、稳压电路、调理电路，所述电源电路板包括限流电路、取电电路、采样电路、保护电路、温度传感器；所述电源电路板通过电极壳体、电极片触点与氧化锌阀片实现电气连接；所述控制电路板、电源电路板之间通过连接器实现电气连接。

优选地，所述限流电路、取电电路、采样电路组成串联电路，该串联电路与氧化锌阀片并联，所述保护电路串联在限流电路、氧化锌阀片之间。所述限流电路和保护电路分别用于后级电路的过流、过压保护。所述保护电路的信号输出端与微处理器连接，保护电路动作时输出一个脉冲至微处理器。

所述取电电路收集和存储流过的电流能量，然后通过稳压电路为微处理器、调理电路提供稳定的工作电源。电池作为备用电源与稳压电路连接。

所述采样电路将流过的电流值转化为电压值后发送给调理电路，经过调理电路滤波、放大后输出至微控制器的模拟采样端口。

所述温度传感器与微处理器连接，微处理器为温度传感器提供电源并读取温度值。

本发明具有以下有益效果: 

1.本发明基于成熟的复合绝缘外套氧化锌避雷器结构和封装技术，将智能监测模块封装到复合绝缘外套氧化锌避雷器内部，其封装成本低、结构简单、可靠性高；

2.本发明可监测避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、阀芯温度等状态，所有状态信息通过无线信道发送出去；

3.本发明利用避雷器本身泄漏电流供电和电池辅助供电，在整个产品寿命周期内无需维护。

附图说明

图1为本发明的局部剖面图；

图2为本发明的智能监测模块截面图； 

图3为本发明的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体工作原理对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

本发明将常规复合绝缘外套氧化锌避雷器和智能监测模块实现一体化封装，在不影响常规复合绝缘外套氧化锌避雷器原有优异性能的基础上，实现了避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、管芯温度等状态的无线智能化监测。

如图1所示，低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器包括阀芯15、内绝缘层16、外伞套17、金属护套18、内电极19、螺母20、螺丝21和智能监测模块。

如图2所示，上述智能监测模块包括电池1、控制电路板2、电源电路板3、电极上盖4、上O型密封圈5、电极壳体6、弹簧片7、电路板外壳8、下O型密封圈9、天线绝缘柱10、天线11、绝缘柱12、氧化锌阀片13、电极片14、电极片触点14-1。

电池1焊接在控制电路板2上，控制电路板2通过连接器固定在电源电路板3上并与其实现电气连接。电池1、控制电路板2、电源电路板3固定在电路板外壳8上；电路板外壳8固定在电极壳体6底部；电源电路板3边沿与电极壳体6接触从而实现电气连接。

天线绝缘柱10通过螺纹固定在电极壳体6上，天线11通过螺纹固定在天线绝缘柱上，天线11与控制电路板2上的天线馈线点接触。天线绝缘柱10用于天线11、电极壳体6之间的电气隔离。天线11被完整地保护于外伞套17之内，外观上会有一个小小的凸起部分，这不会影响避雷器本身的性能。

氧化锌阀片13固定在电极壳体6、电极片14之间，电极片触点14-1穿过电极壳体6、电极片14的中心孔与电源电路板3实现电气连接。绝缘柱12用于电极片触点14-1与电极壳体6、氧化锌阀片13之间的电气隔离。

电极上盖4和电极壳体6通过螺纹连接，上O型密封圈5、下O型密封圈9用于电极内部的双重防水、防潮密封；弹簧片7用于压紧电路板外壳8，从而使电源电路板3与电极壳体6紧密贴合。电极上盖4中心带螺纹孔，通过螺丝21引出作为外部接线端子。

上述智能监测模块和阀芯15、内电极19串联制成芯棒，芯棒包封内绝缘层16制成预制管，预制管还需要包封外伞套17，最后安装金属护套18、螺母20、螺丝21组成完整的低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器。

如图3所示，控制电路板2主要由微处理器、稳压电路、调理电路组成，电池1焊接在控制电路板2上，天线11与控制电路板2的天线馈线点接触；电源电路板3主要由限流电路、取电电路、采样电路、保护电路、温度传感器组成；R0为阀芯15；R1为氧化锌阀片13，电源电路板3通过电极壳体6、电极片触点14-1与氧化锌阀片13实现电气连接。控制电路板2、电源电路板3之间通过连接器实现电气连接。

本发明的工作原理

如图3所示，I0为流过R0（阀芯15）的电流，I1为流过R1（氧化锌阀片13）的电流，I2为流过保护电路的电流，I3为流过采样电路的电流，I0=I1+I2+I3。R1具有良好的非线性伏安特性，正常工作电压下R1处于高阻状态，因此I1值非常小。上述保护电路同样具有良好的非线性伏安特性，正常工作电压下的I2值非常小。上述取电电路、采样电路构成的串联电路具有相对恒定的串联阻抗，其阻抗值远小于保护电路、R1的并联阻抗值，在正常工作电压时，电流13远大于I1、I2之和，因此电流I3可近似等效于避雷器的总泄漏电流I0。

采样电路将I3电流值转化为电压值，然后发送给调理电路，经过调理电路滤波、放大后输出低阻抗信号至微控制器的模拟采样端口，微控制器采样输入信号，处理后可得到避雷器泄漏电流值和3次谐波电流值。

取电电路用于收集和存储避雷器泄漏电流的能量，通过稳压电路为后级电路提供稳定的工作电源。电池接入稳压电路的备用电源端口，正常情况下，取电电路的输出电压高于电池输出电压，电池不供电；当取电电路供电不足导致输出电压低于电池电压时，电池开始供电；因此，不论避雷器是否在线运行，电路始终处于工作状态。

当避雷器动作时，I0电流迅速增大，I3电流也随之增大，I3电流增大到一定值时会触发保护电路动作，此时I2的电流大大高于I3的电流；限流电路为纯电阻电路，因此R1两端电压会随着I2、I3的增大而升高，当R1两端电压升高超过R1的压敏电压时，R1被击穿后呈低阻状态，绝大部分电流通过R1泄放，当高于R1压敏电压的电压撤销后，R1恢复到高阻状态。保护电路每次动作都会输出一个脉冲至微处理器，微处理器通过监测保护电路的输出脉冲便可记录避雷器动作次数和时间。

温度传感器安装在电源电路板3上，温度传感器用于测量电极壳体6的温度，电极壳体6的温度等效于阀芯15的温度。微处理器为温度传感器提供电源并读取温度值。

微处理器为功能强大、高灵活性的多协议 SoC（芯片级系统），支持超低功耗无线应用。微处理器获取的泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、阀芯温度等数据通过无线信道发送出去。无线侧接口支持Bluetooth协议和私有无线通信协议，用户可通过支持Bluetooth的手机、平板电脑等设备在现场查看避雷器运行工况，也可以通过专用的无线传感器网络平台实现避雷器在线监测功能。

智能监测模块采用间歇工作的方式，微处理器定时发送无线数据，避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、阀芯温度的测量周期则根据泄漏电流取电情况进行动态调整，该种工作模式使泄漏电流的取能与消耗维持相对的平衡，既保证无线通信和测量的实时性，又能限制电池的耗能，极大延长电池的使用寿命。微处理器在每次完成发送后都会关闭外设并进入超低功耗的休眠状态。

Claims (4)

1.一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器，其特征在于：将常规复合绝缘外套氧化锌避雷器和智能监测模块实现低成本、一体化封装，在不影响常规复合绝缘外套氧化锌避雷器原有优异性能的基础上，实现了避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、管芯温度等状态的无线智能化监测；

上述智能监测模块通过收集和存储避雷器泄漏电流的能量作为主要工作电源，内置长寿命电池作为备用电源；避雷器在线运行后，智能监测模块主要利用避雷器泄漏电流工作，极少或不消耗电池的能量，在整个产品寿命周期内无需维护；

上述智能监测模块支持无线通信功能，智能监测模块通过无线信道将避雷器泄漏电流、3次谐波电流、动作次数、管芯温度等数据发送出去。

2.根据权利要求1所述的一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器，其特征在于：其包括智能监测模块、阀芯、内绝缘层、外伞套、金属护套、内电极、螺母、螺丝；所述智能监测模块包括电池、控制电路板、电源电路板、电极上盖、O型密封圈、电极壳体、弹簧片、电路板外壳、天线绝缘柱、天线、绝缘柱、氧化锌阀片、电极片、电极片触点；

所述电池焊接在控制电路板上，控制电路板通过连接器固定在电源电路板上并与其实现电气连接；电池、控制电路板、电源电路板固定在电路板外壳上；电路板外壳固定在电极壳体底部；电源电路板边沿与电极壳体接触实现电气连接；

所述天线绝缘柱通过螺纹固定在电极壳体上，天线通过螺纹固定在天线绝缘柱上，天线与控制电路板上的天线馈线点接触；

所述氧化锌阀片固定在电极壳体与电极片之间，电极片触点穿过电极壳体、电极片的中心孔与电源电路板实现电气连接；

所述电极上盖和电极壳体通过螺纹连接，所述弹簧片压紧电路板外壳，所述电源电路板与电极壳体紧密贴合；

所述电极上盖中心带螺纹孔，通过螺丝引出作为外部接线端子。

3.根据权利要求2所述的一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器，其特征在于：所述控制电路板包括微处理器、稳压电路、调理电路，所述电源电路板包括限流电路、取电电路、采样电路、保护电路、温度传感器；所述电源电路板通过电极壳体、电极片触点与氧化锌阀片实现电气连接；所述控制电路板、电源电路板之间通过连接器实现电气连接。

4.根据权利要求3所述的一种低成本智能型中压类复合绝缘外套氧化锌避雷器，其特征在于：所述限流电路、取电电路、采样电路组成串联电路，所述串联电路与氧化锌阀片并联，所述保护电路串联在限流电路、氧化锌阀片之间；所述保护电路的信号输出端与微处理器连接，所述取电电路收集和存储流过的电流能量；所述采样电路将流过的电流值转化为电压值后发送给调理电路；所述温度传感器与微处理器连接，微处理器为温度传感器提供电源并读取温度值。