CN107045079A - 一种冲击散流多方位监测系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冲击散流多方位监测系统与方法,冲击电流发生模块输出端接入接地网,回流端与和扁铜地线和铜棒电极连接,扁铜地线与铜棒电极焊接固定;接地网、铜棒电极和扁铜地线埋入地中;三向电流采集模块埋入地中,通过开合式电流感应单元与高速数据采集模块输入端连接;高速数据采集模块通过信号电缆与上位机连接;本装置由工频电源模块、冲击电流发生模块和测量模块三大模块组成,是一个完整的监测系统;三向电流采集模块对放置位置及方向无要求,布置方便,通过对地中三个方向上电流进行同时监测,准确性更高。

Description

一种冲击散流多方位监测系统与方法
技术领域
本发明涉及一种在输电杆塔遭受雷击时地中冲击散流的多方位监测系统。本发明还涉及一种应用于该装置的地中散流计算方法。
背景技术
雷电流入地时由于大地具有一定电阻率,电流入地点及电流流经的地方会出现一定的电势。雷电流入地点附近的地表将会呈现一定的电位分布,若此时雷击点附近正好有人或动物,由于站立或行走于地表的不同两点,这两点之间的电位差作用在人或动物身上,可能会造成伤亡。如果与被击物有身体接触,则接触点与站立点之间也会有电位差,也可能造成伤亡。
目前对接地装置冲击散流特性的研究中,通常只能测得某一方向上的地中散流,测量其他方向的电流需要改变传感器位置,操作过程复杂,测量效率低下,在具体实施过程中很不方便。因此,很有必要开发一套能对地中散流进行多方位监测的实验系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲击散流多方位监测系统,该装置能够测得雷击输电杆塔或避雷器等装置时的地中电流情况,且对放置方向无要求,布置方便。本发明的另一目的是提供一种应用上述装置计算地中电流波形的方法。
本发明的技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
一种冲击散流多方位监测系统,用于模拟检测试验输电杆塔遭受雷击时地中冲击散流的分布情况。工频电源模块201与冲击电流发生模块202电气连接;冲击电流发生模块的输出端通过铜棒电极和接地网构成回路;电流采集装置通过电流感应单元高速采集卡200将所测电流信号传递给上位机204;上位机204亦与冲击电流发生模块202构成信号连接;以此,所有模块组成一个完整实验系统。所述铜棒电极由多个分布在一定地表范围内的铜棒电极12串联构成;所述电流采集模块为三向电流采集模块0;所述三向电流采集模块由三组方形铜极板构成,三组方形铜极板由两两正交的绝缘杆支撑固定,每组方形铜极板由两片方形铜板由绝缘杆支撑相对而立,每片铜板上方焊接有绝缘导线;三向电流采集模块放置在地中以扁铜地线围绕的圆形区域内,放置深度与放置角度任意。
进一步地,所述电流感应单元为开合式电流感应单元205,其工作频率为50-1MHz,测量精度为0.01V/A,输入0-60KA,工作温度为-25--40℃。
本发明的目的还在于采用上述系统提供一种冲击散流多方位监测方法,其具体步骤为:
一种冲击散流多方位监测方法,上位机与高速数据处理模块通过信号电缆进行通信,根据采集三个方形铜极板的电流数据i1、i2和i3,获得所测地冲击散流:
以求得三向电流采集模块放置位置处地中冲击电流值与时间关系。
所述工频电源模块具有便携性容量大的优点,适用条件不受地形和天气的限制,并且为所述实验系统中的冲击电流发生模块、上位机、高速数据采集模块提供稳定持续的50Hz、220V的工频电压。
所述高速数据采集模块具有精度高数据实时采集的优点,考虑到大部分雷电流能量聚集在频率为几十千赫兹雷电波以下,考虑所述高速数据采集模块选择采样频率为50Msample/s,通道为3通道,每个通道接入端于所述电流感应单元通过信号电缆相连。所述高速数据采集装置包括运放滤波电路、A/D转换电路和高速通信接口,输入输出接口依次连接,为了满足电信号的高精度采集和过滤杂波,将信号经过滤波电路进行放大滤波处理,通过A/D转换电路将滤波后的模拟信号转化为可以存储的三路数字信号i1(t)、i2(t)、i3(t);所述高速数字采集卡通过USB接口与所述上位机传输数据。
所述上位机与所述高速数据卡保持数据通信,接收到的信号存储在上位机存储器中,由上位机中的LABVIEW软件进行数据的存储、提取、数据编程计算和绘图显示,配合所述三向电流采集装置,地中冲击电流计算公式为此算法由LABVIEW编程实现;
所述上位机由所述工频电源模块进行供电;由于此实验系统可用于户外测试,上位机具有较强稳定性,服务器外壳由金属覆盖,进行电磁屏蔽;
由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有以下优点:
1)能够准确测得接地中任意位置冲击电流数值以及随时间变化曲线,且对电流采集模块的放置方向无要求,可测得各方向的入地电流,布置方便;
2)主要的操作与控制上位机完成,结合LABVIEW软件对数据的提取、编程处理与图形绘制可得到任意时刻电流数据与电流变化波形;
3)实验装置操作方便,安全可靠。
附图说明
附图1为本发明一种地中冲击电流监测系统实验系统电路图;
附图2为本发明中开合式电流感应单元结构示意图;
附图3为本发明中三向极板电流采集装置结构示意图
附图标记说明:
0、双极板电流采集装置,01、绝缘导线,02、铜板,03、铜质垫片,04、环氧树脂支架,05、十一字盘头螺丝,06、隔离柱,10、绝缘架空线,11、扁铜线,12、铜棒电极,13、接地极,200、高速采集卡,201、工频电源模块,202、冲击电流发生模块,203、信号电缆,204、上位机,205、电流感应单元,215、磁芯,225、开合装置,235、绝缘漆铜线,245、绝缘导线。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种冲击散流多方位监测系统,该发明包括工频电源模块、冲击电流发生模块、铜棒电极、接地网、扁铜地线、绝缘架空线、上位机、高速数据采集模块、开合式电流感应单元、三向电流采集模块,是一个完整实验系统,便捷高效,可用于实验分析。同时本发明中提供一种依附于本开发系统的地中冲击散流的计算方法。
为了使使用本装置的人员能够更好的理解本发明,下面结合附图对本发明进行详细的说明。
请参考图1、图2和图3,图1为本发明一种地中冲击电流监测系统实验系统电路图;图2为A部分电流感应单元局部放大图;图3为图1中双极板电流采集装置。
在具体实施中,工频电源模块201内部包含蓄电池、逆变器、滤波器,使用工频电源模块201之前需要接入220v、50Hz市电对其进行充电;蓄电池输出为直流电,经过逆变器转化为含杂波的交流电,在通过滤波电路最终工频电源模块输出频率50Hz、幅值220v交流电为冲击电流发生模块202、高速数据采集卡200、上位机204进行持续稳定的供电,维持整个系统正常运行。
所述工频电源模块通过绝缘导线与冲击电流发生模块202连接,冲击电流发生模块202可产生8/20us雷电流幅值在0—5000A区间内可调,冲击电流发生模块202幅值与触发时间由上位机204控制端调节,上位机204与冲击电流发生模块202通过信号电缆203进行连接;冲击电流发生装置202电流输出端通过材质为交联聚乙烯的绝缘架空线10与接地网13连接,冲击电流发生装置202回流端通过交联聚乙烯的绝缘架空线10与扁铜线11和铜棒电极12连接;交联聚乙烯的绝缘架空线10规格为JKGYJ,1芯,载流量400A,电缆外径为25.7mm,规格185/30,工作温度为-35--+80摄氏度,具有载流能力强,适应能力强的等优点;铜棒电极12和扁铜线11埋入地下,扁铜线11围绕接地极13分布;冲击电流发生装置202、交联聚乙烯的绝缘架空线10、接地网13、铜棒接地极12和扁铜线11相连构成回路;接地网11与铜棒接地极和扁铜线11可根据实验人员需要调整其填埋深度;
高速数据采集卡200包括高速数据采集装置包括运放滤波电路、A/D转换电路和高速通信接口,上述电路输入输出接口依次连接,为了满足电信号的高精度采集和过滤杂波,将信号经过滤波电路进行放大滤波处理,通过A/D转换电路将滤波后的模拟信号转化为可以存储的三路数字信号i1(t)、i2(t)、i3(t);所述高速数字采集卡通过USB接口与所述上位机连接并传输数据,将三路数字信号i1(t)、i2(t)、i3(t)传输到上位机存储器中;所述上位机204包括服务器和软件LABVIEW,服务器为工业级笔记本电脑,整体机身由金属外壳包裹,放置电磁屏蔽干扰,提高服务器硬件稳定性;由上位机204中的LABVIEW软件进行上述三路数字信号i1(t)、i2(t)、i3(t)进行从服务器存储中提取、数据编程计算和绘图显示,配合所述三向电流采集装置,地中冲击电流计算公式为此算法由LABVIEW编程实现;
所述开合式电流感应单元,参考图2,包括磁芯215、开合装置225、外包绝缘漆铜线;磁芯有两个半圆形磁性通过开合装置组合而成,材料相同,导磁性能一致,两半圆磁芯闭合成内直径20mm外直径30mm的环形磁芯,设计成可开合式,最大张口为10mm;导线245选用BVR14mm2规格,将磁芯打开放入绝缘导线245,闭合磁芯;导线245与高速数据采集卡200连接,所述本次发明中共需要采集三路地中电流信号,因此需要三个所述开合是电流感应单元205,每个单元通过信号电缆与高频数据采集卡200连接,高频数据采集卡200中CPU控制A/D转换芯片对输入信号进行采样,转换成数字信号存入存储芯片中并发送给上位机204。
具体的,请参考图3,图3为本发明一种具体实施方式中三向电流采集装置,包括BVR14mm2规格电缆01、5cm*5cm*0.2cm规格铜板02,M3铜质垫片03,直角端部带螺纹环氧树脂支架04,规格M3*8的十一字盘头螺丝05,规格M3*10双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱06;6片铜板分成3组,每组两片,两铜片02之间需要保持一定绝缘空隙,使用绝缘固定件进行固定;两铜片02通过两个平行的规格M3*10双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱06绝缘隔离,端部由M3*8的十一字盘头螺丝05拧入隔离柱06,使之形成相距10mm的相互平行的一组受流板,上端规格M3*8的十一字盘头螺丝05下面垫由M3铜片,M3铜片与BVR14mm2规格电缆01相连;另4片铜板02使用同样的固定方式做成两组受流板;3组受流板通过两两垂直的端部带螺纹的三根长8cm环氧树脂支架04连接,形成一个牢固整体;将此三向电流采集装置0埋入所要测量位置的地中,角度任意选择。

Claims (3)

1.一种冲击散流多方位监测系统,用于模拟检测试验输电杆塔遭受雷击时地中冲击散流的分布情况;其特征在于,工频电源模块(201)与冲击电流发生模块(202)电气连接;冲击电流发生模块的输出端通过铜棒电极和接地网构成回路;电流采集装置通过电流感应单元高速采集卡(200)将所测电流信号传递给上位机(204);上位机(204)亦与冲击电流发生模块(202)构成信号连接;以此,所有模块组成一个完整实验系统;所述铜棒电极由多个分布在一定地表范围内的铜棒电极(12)串联构成;所述电流采集模块为三向电流采集模块(0);所述三向电流采集模块由三组方形铜极板构成,三组方形铜极板由两两正交的绝缘杆支撑固定,每组方形铜极板由两片方形铜板由绝缘杆支撑相对而立,每片铜板上方焊接有绝缘导线;三向电流采集模块放置在地中以扁铜地线围绕的圆形区域内,放置深度与放置角度任意。
2.根据权利要求1所述的一种冲击散流多方位监测系统,其特征在于:所述电流感应单元为开合式电流感应单元(205),其工作频率为50-1MHz,测量精度为0.01V/A,输入0-60KA,工作温度为-25--40℃。
3.采用权利要求1或2所述系统的冲击散流多方位监测方法,其特征在于,上位机与高速数据处理模块通过信号电缆进行通信,根据采集三个方形铜极板的电流数据i1、i2和i3,获得所测地冲击散流:
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以求得三向电流采集模块放置位置处地中冲击电流值与时间关系。
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