CN104535822A - 一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器 - Google Patents
一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，包括电容电路（1），转换电路（2），变压电路（3），控制器（4）和温感电阻（5），转换电路（2）依次包括功率放大电路（21），处理模块（22）和输出模块（23）,电容电路（1）输入端为V1，输出端为V2，输出模块（23）的输出端分别同变压电路（3）和控制器（4）连接，处理模块（22）同控制器（4）连接，温感电阻（5）和控制器（4）连接，还包括过压或低压时的保护电路（6）或者用于通讯的信号电路（7）。所述传感器结构精巧，体积相比普通电压互感器小90%，整合性高，配合温度补偿，可对电力系统进行高精度电压电流的计量。
Description
技术领域
本发明涉及中压配电开关，具体涉及一种应用在架空线上开关的固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器。
背景技术
随着配电自动化应用程度在国内越来越广泛、市场对柱上应用自动化保护断路器的需求越来越高。同时出于环境保护的要求，市场更加倾向于固体绝缘等环保材料制造的产品。一体式电压电流传感器，直接浇铸在固体绝缘开关的极柱内，是一高精度的电压监测装置，同时集成了电流传感器，可同时监测电流和电压，使用方便，节约成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器装置。
本发明涉及一体式电压电流传感器，应用于中压等级的固态绝缘体内，穿心式一体化浇注，实现对于电压，相位角，温度补偿的测量，同时还集成保护级电流互感器。电压测量精度不大于3%。一体式电压电流传感器，有别于现有的电压指示器，它能够精确的读出电压和电流的参数，可完全替代传统的电压互感器来测量系统电压，无需使用额外的计量电压互感器。
将电压电流互感器浇注在断路器固封极柱内，计量通过导体内电流和电压值，通过电容分压输出一个1~5V的分压电流，然后经过放大电路板补偿和放大，最终输出一个67V～120V的标准电压。此电压与线路上的电压成线性正比，并用于电力控制器的电压计量。同时设备提供了一个高精度的保护级双变比CT，其精度为1%，用于电力控制器的电流计量。
一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：包括将3KV～40.5KV的V1转换为1V～5V的V2信号的电容电路1，转换电路2，将转换电路2发来的电信号变压的变压电路3，控制器4和感知外界温度的温感电阻5，所述转换电路2依次包括功率放大电路21，处理模块22和输出模块23,所述电容电路1输入端为V1，输出端为V2，所述输出模块23的输出端分别同变压电路3和控制器4连接，所述处理模块22同控制器4连接，所述温感电阻5和控制器4连接。
所述电容电路1的V1输入端串联电容C1后，并联电容C2和电容C3后接地，V2输出点在串联和并联电路之间。
所述放大电路21中的一相包括U4A，U4B和U6A三个功率放大器，所述U4A的接口3依次串接电阻RN1B，电阻RN1A后接V2,接口3、电阻RN1B之间并联电阻RN1C和电容C17后接电位地，所述U4A的接口4接-5V电源，接口4和-5V电源之间接电容C14后接电位地，所述U4A的接口8接+5V电源，接口8和+5V电源之间接电容C12后接电位地，所述U4A的接口1依次串接电阻R10、电阻R11后接U4B的接口5，所述U4A的接口2串接电阻R14后接电位地，U4A的接口2、电阻R14之间串接电阻R15后接到U4A和R10之间；所述U4B的接口4接-5V电源，所述U4B的接口8接+5V电源，所述U4B的接口6串接电阻RN1H后接电位地，U4B的接口6、电阻RN1H之间依次串接电阻RN1G、电阻RN1F后接U6A的接口3，所述U4B的接口5和电阻R11之间串接C18后接电位地，电阻R10和电阻R11之间接电容C19后一路接U4B的接口7，一路接到电阻RN1G和电阻RN1F之间；所述U6A的接口3和电阻RN1F之间接电阻RN1E后接电位地，所述U6A的接口4接-5V电源，U6A的接口4和-5V电源之间接电容C16后接电位地，U6A的接口8接+5V电源，U6A的接口8和+5V电源之间接电容C15后接电位地，U6A的接口2和U6A的接口1串接，U6A的接口2和U6A的接口1之间接处理模块22。
所述输出模块23中的一相包括功率放大器U6B，所述处理模块22依次串接电容C24和电阻R1后接电位地，电容C24和电阻R1之间接U6B的接口5，所述U6B的接口4接-5V电源，U6B的接口8接+5V电源，U6B的接口7接电阻R28后连接接口VBASE，U6B的接口6接电阻R26后接电位地，U6B的接口6和电阻R26之间串接R27后连接接口VOUT。
所述变压电路3中一相电路包括O3、Q4两个三极管和一个T1互感线圈，所述互感线圈正极连接接口VOUT，负极连接电位地，所述两个三极管的基极连接后，在两基极之间连接接口VBASE，所述Q3的集电极接+5V电源，Q3的发射极接Q4的集电极，Q3的发射极接Q4的集电极连接互感线圈T1的正极，所述Q4的集电极接-5V电源；所述互感线圈的输出端接传感器，正极接VOUT+，负极接VOUT-。
所述一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器还包括过压或低压时的保护电路6，所述信号电路6同控制器4连接。
所述控制器4的LOWV接口连接绝缘栅场效应管Q1的G端，Q1的B端和S端连接，，Q1的B端和S端之间连接电位地，Q1的D端一路连接放光二极管LED2后，连接电阻R20，R20连接+5V电源，LED2的导通端与R20连接，一路连接电磁开关K1的接口9，一路连接二极管D1，D1连接二极管D2，D1和D2之间有监测点，D1的导通端和Q1的D端的连接，D2导通端与D1连接，K1的接口2连接D2，K1的接口2和D2之间连接+5V电源，K1的接口1连接接口LOWV_NC，K1的接口10连接接口LOWV_C，K1的接口5连接接口LOWV_NO。
所述一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器还包括用于通讯的信号电路7，所述信号电路7同控制器4连接。
所述信号电路7包括U3和九脚插针J5，所述U3为DS232A，所述控制器4的接口TX连接U3的接口11，控制器4的接口RX连接U3的接口12，U3的接口9和 U3的接口10连接，U3的接口15连接电容C3后连接U3的接口16，U3的接口15和C15之间接电位地， U3的接口16 和C3之间连接+5V电源，U3的接口14连接J5的接口2，U3的接口13连接J5的接口3，U3的接口7连接J5的接口8 ，U3的接口8连接J5的接口7，U3的接口6连接电容C7后接电位地，U3的接口2连接电容C5后接电位地，U3的接口4连接电容C6后接U3的接口5，U3的接口1连接电容C4后接U3的接口3，所述J5的接口1，接口4和接口6连接，J5的接口5接电位地。
本发明的优点在于：结构精巧，体积相比普通电压互感器小90%，整合性高，用于配合温度补偿，可以对电力系统进行高精度电压电流计量。
附图说明
图1为一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器的原理图；
图2为电容电路1的原理图；
图3为放大电路21的电路图；
图4为输出模块23的电路图；
图5为变压电路3的电路图；
图6为保护电路6的电路图；
图7为信号电路7的电路图；
图8为实验温度和时间关系图；
图9为实验温度和错误率关系图。
具体实施方式
下面对本发明实施方式作进一步详细说明：
一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，包括将3KV～40.5KV的V1转换为1V～5V的V2信号的电容电路1，转换电路2，将转换电路2发来的电信号变压的变压电路3，控制器4，感知外界温度的温感电阻5，过压或低压时的保护电路6，用于通讯的信号电路7。转换电路2依次包括功率放大电路21，处理模块22和输出模块23,电容电路1输入端为V1，输出端为V2，输出模块23的输出端分别同变压电路3和控制器4连接，处理模块22同控制器4连接，所述温感电阻5和控制器4连接。
电容电路（1）的V1输入端串联电容C1后，并联电容C2和电容C3后接地，V2输出点在串联和并联电路之间。C1电容值为40PF，C2电容值为500PF，C3电容值为0.22UF。
放大电路21中的一相包括U4A，U4B和U6A三个功率放大器，所述U4A的接口3依次串接电阻RN1B，电阻RN1A后接V2,接口3、电阻RN1B之间并联电阻RN1C和电容C17后接电位地，所述U4A的接口4接-5V电源，接口4和-5V电源之间接电容C14后接电位地，所述U4A的接口8接+5V电源，接口8和+5V电源之间接电容C12后接电位地，所述U4A的接口1依次串接电阻R10、电阻R11后接U4B的接口5，所述U4A的接口2串接电阻R14后接电位地，U4A的接口2、电阻R14之间串接电阻R15后接到U4A和R10之间；所述U4B的接口4接-5V电源，所述U4B的接口8接+5V电源，所述U4B的接口6串接电阻RN1H后接电位地，U4B的接口6、电阻RN1H之间依次串接电阻RN1G、电阻RN1F后接U6A的接口3，所述U4B的接口5和电阻R11之间串接C18后接电位地，电阻R10和电阻R11之间接电容C19后一路接U4B的接口7，一路接到电阻RN1G和电阻RN1F之间；所述U6A的接口3和电阻RN1F之间接电阻RN1E后接电位地，所述U6A的接口4接-5V电源，U6A的接口4和-5V电源之间接电容C16后接电位地，U6A的接口8接+5V电源，U6A的接口8和+5V电源之间接电容C15后接电位地，U6A的接口2和U6A的接口1串接，U6A的接口2和U6A的接口1之间接处理模块22。
输出模块23中的一相包括功率放大器U6B，所述处理模块22依次串接电容C24和电阻R1后接电位地，电容C24和电阻R1之间接U6B的接口5，所述U6B的接口4接-5V电源，U6B的接口8接+5V电源，U6B的接口7接电阻R28后连接接口VBASE，U6B的接口6接电阻R26后接电位地，U6B的接口6和电阻R26之间串接R27后连接接口VOUT。
变压电路3中一相电路包括O3、Q4两个三极管和一个T1互感线圈，所述互感线圈正极连接接口VOUT，负极连接电位地，所述两个三极管的基极连接后，在两基极之间连接接口VBASE，所述Q3的集电极接+5V电源，Q3的发射极接Q4的集电极，Q3的发射极接Q4的集电极连接互感线圈T1的正极，所述Q4的集电极接-5V电源；所述互感线圈的输出端接传感器，正极接VOUT+，负极接VOUT-。
控制器4的LOWV接口连接绝缘栅场效应管Q1的G端，Q1的B端和S端连接，，Q1的B端和S端之间连接电位地，Q1的D端一路连接放光二极管LED2后，连接电阻R20，R20连接+5V电源，LED2的导通端与R20连接，一路连接电磁开关K1的接口9，一路连接二极管D1，D1连接二极管D2，D1和D2之间有监测点，D1的导通端和Q1的D端的连接，D2导通端与D1连接，K1的接口2连接D2，K1的接口2和D2之间连接+5V电源，K1的接口1连接接口LOWV_NC，K1的接口10连接接口LOWV_C，K1的接口5连接接口LOWV_NO。
信号电路7包括U3和九脚插针J5， U3为DS232A，控制器4的接口TX连接U3的接口11，控制器4的接口RX连接U3的接口12，U3的接口9和 U3的接口10连接，U3的接口15连接电容C3后连接U3的接口16，U3的接口15和C15之间接电位地， U3的接口16 和C3之间连接+5V电源，U3的接口14连接J5的接口2，U3的接口13连接J5的接口3，U3的接口7连接J5的接口8 ，U3的接口8连接J5的接口7，U3的接口6连接电容C7后接电位地，U3的接口2连接电容C5后接电位地，U3的接口4连接电容C6后接U3的接口5，U3的接口1连接电容C4后接U3的接口3，J5的接口1，接口4和接口6连接，J5的接口5接电位地。
一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器浇注与断路器极柱内，并穿过一次线路母线，引出线连接于电容电路2，保护电路6提供电流保护，转化电路2中来放大系统电压和精度补偿，同时摄入本地温度信息。通过变压电路3放大变压器提供信号放大能量，信号电路7将控制器4检测的电压信息送给工控机。
实验过程为：将三相38kV，12.5kA的V1接入一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，测试温度在-40℃，-20℃，0℃，20℃，40℃和60℃的电压错误率，如图8，温度在一小时内线性变化到设定温度，之后在3小时内保持，随后再变化到下一个温度点。三相分别为A，B，C。
测试数据为
测试温度为-40℃时:
| A | B | C | |
| 错误率 (%) | -0.87 | -0.82 | -1.23 |
| 结果 | 合格 | 合格 | 合格 |
测试温度为-20℃时：
| A | B | C | |
| 错误率 (%) | 0.18 | 0.78 | -0.06 |
| 结果 | 合格 | 合格 | 合格 |
测试温度为0℃时：
| A | B | C | |
| 错误率 (%) | 0.77 | 0.68 | 0.48 |
| 结果 | 合格 | 合格 | 合格 |
测试温度为20℃时：
| A | B | C | |
| 错误率 (%) | 0.72 | 0.66 | 0.63 |
| 结果 | 合格 | 合格 | 合格 |
测试温度为40℃时：
| A | B | C | |
| 错误率 (%) | 0.77 | 0.68 | 0.48 |
| 结果 | 合格 | 合格 | 合格 |
测试温度为60℃时：
| A | B | C | |
| 错误率 (%) | -0.28 | -0.56 | -0.35 |
| 结果 | 合格 | 合格 | 合格 |
测试得到的A，B，C三相的错误率和温度的关系如图9。
综上所述，采用一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器可以有效配合温度补偿，对电力系统进行高精度电压电流的计量。
Claims (9)
1.一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：包括将3KV～40.5KV的V1转换为1V～5V的V2信号的容式分压电容电路（1），转换电路（2），将转换电路发来的电信号变压的变压电路（3），控制器（4）和感知外界温度的温感电阻（5），所述转换电路（2）依次包括功率放大电路（21），处理模块（22）和输出模块（23）,所述电容电路（1）输入端为V1，输出端为V2，所述输出模块（23）的输出端分别同变压电路（3）和控制器（4）连接，所述处理模块（22）同控制器（4）连接，所述温感电阻（5）和控制器（4）连接。
2.根据权利要求1所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述电容电路（1）的V1输入端串联电容C1后，并联电容C2和电容C3后接地，V2输出点在串联和并联电路之间。
3.根据权利要求1所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述放大电路（21）中的一相包括U4A，U4B和U6A三个功率放大器，所述U4A的接口3依次串接电阻RN1B，电阻RN1A后接V2,接口3、电阻RN1B之间并联电阻RN1C和电容C17后接电位地，所述U4A的接口4接-5V电源，接口4和-5V电源之间接电容C14后接电位地，所述U4A的接口8接+5V电源，接口8和+5V电源之间接电容C12后接电位地，所述U4A的接口1依次串接电阻R10、电阻R11后接U4B的接口5，所述U4A的接口2串接电阻R14后接电位地，U4A的接口2、电阻R14之间串接电阻R15后接到U4A和R10之间；所述U4B的接口4接-5V电源，所述U4B的接口8接+5V电源，所述U4B的接口6串接电阻RN1H后接电位地，U4B的接口6、电阻RN1H之间依次串接电阻RN1G、电阻RN1F后接U6A的接口3，所述U4B的接口5和电阻R11之间串接C18后接电位地，电阻R10和电阻R11之间接电容C19后一路接U4B的接口7，一路接到电阻RN1G和电阻RN1F之间；所述U6A的接口3和电阻RN1F之间接电阻RN1E后接电位地，所述U6A的接口4接-5V电源，U6A的接口4和-5V电源之间接电容C16后接电位地，U6A的接口8接+5V电源，U6A的接口8和+5V电源之间接电容C15后接电位地，U6A的接口2和U6A的接口1串接，U6A的接口2和U6A的接口1之间接处理模块（22）。
4.根据权利要求1所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述输出模块（23）中的一相包括功率放大器U6B，所述处理模块（22）依次串接电容C24和电阻R1后接电位地，电容C24和电阻R1之间接U6B的接口5，所述U6B的接口4接-5V电源，U6B的接口8接+5V电源，U6B的接口7接电阻R28后连接接口VBASE，U6B的接口6接电阻R26后接电位地，U6B的接口6和电阻R26之间串接R27后连接接口VOUT。
5.根据权利要求1所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述变压电路（3）中的一相电路包括O3、Q4两个三极管和一个T1互感线圈，所述互感线圈正极连接接口VOUT，负极连接电位地，所述两个三极管的基极连接后，在两基极之间连接接口VBASE，所述Q3的集电极接+5V电源，Q3的发射极接Q4的集电极，Q3的发射极接Q4的集电极连接互感线圈T1的正极，所述Q4的集电极接-5V电源；所述互感线圈的输出端接传感器，正极接VOUT+，负极接VOUT-。
6.根据权利要求1所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器还包括过压或低压时的保护电路（6），所述信号电路（6）同控制器（4）连接。
7.根据权利要求6所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述控制器（4）的LOWV接口连接绝缘栅场效应管Q1的G端，Q1的B端和S端连接，，Q1的B端和S端之间连接电位地，Q1的D端一路连接放光二极管LED2后，连接电阻R20，R20连接+5V电源，LED2的导通端与R20连接，一路连接电磁开关K1的接口9，一路连接二极管D1，D1连接二极管D2，D1和D2之间有监测点，D1的导通端和Q1的D端的连接，D2导通端与D1连接，K1的接口2连接D2，K1的接口2和D2之间连接+5V电源，K1的接口1连接接口LOWV_NC，K1的接口10连接接口LOWV_C，K1的接口5连接接口LOWV_NO。
8.根据权利要求1所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器还包括用于通讯的信号电路（7），所述信号电路（7）同控制器（4）连接。
9.根据权利要求8所述的一种固体绝缘极柱内置一体式电压电流传感器，其特征在于：所述信号电路（7）包括U3和九脚插针J5，所述U3为DS232A，所述控制器（4）的接口TX连接U3的接口11，控制器（4）的接口RX连接U3的接口12，U3的接口9和 U3的接口10连接，U3的接口15连接电容C3后连接U3的接口16，U3的接口15和C15之间接电位地， U3的接口16 和C3之间连接+5V电源，U3的接口14连接J5的接口2，U3的接口13连接J5的接口3，U3的接口7连接J5的接口8 ，U3的接口8连接J5的接口7，U3的接口6连接电容C7后接电位地，U3的接口2连接电容C5后接电位地，U3的接口4连接电容C6后接U3的接口5，U3的接口1连接电容C4后接U3的接口3，所述J5的接口1，接口4和接口6连接，J5的接口5接电位地。
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