CN112782458A - 一种避雷器智能检测模块及适配的避雷器氧化锌结构 - Google Patents
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Abstract
本发明基于一种避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，避雷器包括绝缘壳体，设置在绝缘壳体内的由若干个氧化锌片组成的避雷器氧化锌组件，所述避雷器氧化锌组件承接高压电线的端部为顶部，跟金属横担接触的端部为底部，其特征在于：所述智能检测模块包括电流互感器，对电流互感器中检测到的信号进行采集的信号采集单元，数据处理单元以及中央控制处理单元，所述避雷器氧化锌组件中最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间引出一根导线，并且该导线穿过电流互感器后接到接地壳体上，当避雷器受到雷击时，中央控制处理单元进行相应雷击次数的记录，当避雷器未受到雷击时，进行泄漏电流的监测与记录。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器制造技术，尤其是一种可以同时检测氧化锌避雷器的泄露电流、氧化锌避雷器被雷击次数、氧化锌的温度和供电电量的绝缘性的智能避雷器。
背景技术
现有市面上避雷器监测产品大致有两类：第一类避雷器绝缘性监测产品原理是采用基波法测量氧化锌避雷器的泄露电流和阻性电流来判断避雷器的绝缘性，供电采用外部DC24V，通信方式采用RS485连接到通信中控器，通信中控器再通过以太网上传到云平台，云平台再进行避雷器的绝缘性分析，该类产品带有机械式指针显示氧化锌避雷器泄露电流大小，可本地肉眼观看。第二类避雷器绝缘性监测产品采用的测量原理和第一类一样，纯机械式的，需要外部DC24V供电，只能肉眼观看读取泄露电流数据，需要人工定期巡检抄写数据。第一类避雷器绝缘性监测产品体积大，成本高，测量原理是直接把避雷器监测产品串联到接地线中，在雷击时有很大的安全隐患，容易击坏避雷器监测产品。安装不方便，只能安装在有接地线的电线杆上，监测其中少部分氧化锌避雷器的绝缘性，不能全面的测量每个避雷器的绝缘性，因为供电和数据传输的问题，只能安装在供电站等。第二类避雷器绝缘性监测产品存在第一类避雷器监测产品一样的缺点，并且不能远程上传数据，需要人工定时定点抄写数据。上述产品只测量氧化锌避雷器的泄露电流，没有测量雷击并记录被雷击次数，没有测量氧化锌自身温度，无法做到仅利用一套装置就能实现既可测量雷击次数又可测量泄漏电流。
发明内容
为了解决上述技术问题，避雷器包括绝缘壳体，接地壳体，设置在绝缘壳体内的由若干个氧化锌片组成的避雷器氧化锌组件，所述避雷器氧化锌组件承接高压电线的端部为顶部，跟金属横担接触的端部为底部，所述智能检测模块包括电流互感器，对电流互感器中检测到的信号进行采集的信号采集单元，数据处理单元以及中央控制处理单元，所述避雷器氧化锌组件中最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间引出一根导线，并且该导线穿过电流互感器后接到接地壳体上，导线与最靠近底部的氧化锌片形成并联接法，当避雷器受到雷击时，氧化锌组件瞬间导通，当电流抵达底部最后一片氧化锌时，大部分电流通过最后一块氧化锌径流至外壳体接地，并联导线分流到较小电流，电流互感器感应到导线上的电流信号并经过信号采集单元以及数据处理单元后，并将信号传输给中央控制处理单元，中央控制单元进行雷击判断和雷击次数的记录，当避雷器未受到雷击时，氧化锌呈绝缘状态，当出现泄漏电流时，电流从氧化锌的顶部径流至底部最后一块氧化锌时，最后一块氧化锌呈绝缘状态，泄露电流只能从并联的导线流入接地外壳，电流互感器感应到导线上的电流信号并经过信号采集单元以及数据处理单元后，从而传输给中央控制处理单元进行泄漏电流的监测与记录。
采用了上述结构后，由于避雷器主要的功能组件在于氧化锌部分，氧化锌的主要特点在于当没有在雷击情况下，氧化锌组件呈绝缘状态，即使连接在高压线下，也不会对高压线正常的导通造成任何影响，当被雷击时，氧化锌组件会瞬间导通，从而把雷击高压导通到地面。而氧化锌组件的结构是由若干片氧化锌组成，雷击电压分别从上至下进行击穿，而越靠近底部，氧化锌组件的阻值越大。所以，在此处巧妙的在最底部一块的氧化锌上面并联一根导线，在没有雷击的情况下，由于氧化锌特性，10kV、35kV或是其他等级的输变电高压无法击穿氧化锌，氧化锌的电阻无穷大，泄露电流为0mA，当氧化锌的绝缘性下降时，氧化锌的电阻值在减小，加载在氧化锌避雷器顶端的高压，相对大地会有微弱的泄露电流，此时泄露电流径流到底端氧化锌处时，泄露电流会走并联导线方向流入大地，此时使用的电流互感器可以感应到并联导线上的泄露电流，在雷击的情况下，由于氧化锌的特性，雷击电压超过氧化锌截止的阈值，击穿氧化锌，此时氧化锌的电阻从无穷大变成接近0欧，氧化锌变成类似导线，雷击电流径流到氧化锌的底端时，此时底端都是导线，雷击电流进行分流，绝大部分的电流径流氧化锌到大地，几安培的电流径流并联导线，此时，通过中央控制处理单元以及相应的转换算法，可以分辨雷击并记录雷击次数和测量氧化锌避雷器的泄露电流。
作为本发明的进一步改进，所述电流互感器包括用于判断是否发生雷击的第一电流互感器以及用于检测泄漏电流的第二电流互感器，所述避雷器智能检测模块还包括雷击判断处理电路以及泄漏电流检测电路，所述雷击判断处理电路包括第一电流互感器，采样电阻，RC滤波电路以及高精度比较器，当发生雷击时，第一电流互感器感应到的电流经过采样电阻，在经过RC滤波电路，过滤PCB本身线路杂波，高精度比较器经过一系列的处理把采集到的电压值与设定的电压值作比较，输出相应的电平送到中央控制处理单元并唤醒休眠中的中央控制处理单元，中央控制处理单元判断为雷击并记录雷击动作次数。所述泄漏电流检测电路包括第二电流互感器，采样电阻，RC滤波电路以及高精度采样芯片，第二电流传感器感应到氧化锌组件上的泄露电流，并且泄漏电流经过RC滤波电路以及采样电阻，形成电压输入到高精度采样芯片，并经过高精度采样芯片把采集的电流值存储到自身的寄存器里面，当中央控制处理单元查询时，把高精度采样芯片把采集的电流值送到中央控制处理单元。
采用了上述结构后，通过设置两个精度不同的电流传感器，来分别记录漏电电流以及雷击次数，高精度比较器以纳秒级的时间产生低电平，再用程序控制休眠中的中央控制处理单元，可以极大程度的降低避雷器智能检测模块的功耗，并且响应时间极短，可以精确的记录下雷击次数。高精度采样芯片进过信号处理、数据采集和软件算法把采集的电流值值存储到自身的寄存器里面。当主控芯片查询时，把高精度采样芯片把采集的电流值通过SPI/UART口上送到中央控制处理单元。中央控制处理单元得到高精度采样芯片的电流值。
作为本发明的进一步改进，所述避雷器智能检测模块还包括氧化锌温度检测单元，所述氧化锌温度检测单元包括铂电阻，测量电路以及信号处理电路上，所述铂电阻贴于最靠近底部的一个氧化锌片外表面，铂电阻两端引脚接至测量电路上，通过测量电路将通过铂电阻两侧的电平信息传输至信号处理电路上，信号处理电路上将电平信息进行模拟量的转化并传输至中央控制处理单元。
采用了上述结构后，利用铂电阻的特性，可以很好的对氧化锌片进行温度测量。
作为本发明的进一步改进所述避雷器智能检测模块的供电所述中央控制处理单元还包括剩余电量测量系统以及供电系统，所述中央控制处理单元具体为主控芯片，所述供电系统包括3.7伏的锂电池，所述剩余电量测量系统包括设置于主控芯片上的信号采集引脚，锂电池通过TL431A降压到基准电压2.5V，基准电压加载到主控芯片ADC1_IN1引脚上，用于AD采集，AD采集基准电压对应一个码率值，再采集瞬时电压对应一个码率值，根据分辨率与基准电压，反推出瞬时电压，再与满电电压进行相比，从而得出剩余电量，锂电池通过升压芯片将3.7V的供电升压稳定到5V，并对高精度采集芯片BL6526B进行供电。主控芯片与服务器后台通过NBIoT无线通信技术进行相应的通信。
采用了上述结构后，采用该算法可以精准的算出电池电量的剩余电量。由于采用低功耗NBIoT的无线通信技术，同时使主控芯片进入待机模式，低功耗，低成本，体积小，采集的数据可以直接上传到云平台。无需中间通信设备，直接锂电池供电，不需要外接电源，缩小产品体积，安装方便，数据产生便捷。
作为本发明的进一步改进，所述避雷器氧化锌组件最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间设置有与该位置物理接触良好的金属片，所述金属片的边沿侧引出导线，并穿过电流互感器，接至接地壳体上，导线与最靠近底部的氧化锌片形成并联接线。
附图说明
图1所示是避雷器剖视组装图；
图2所示是本发明测量原理和方法示意图；
图3所示是本发明智能检测模块氧化锌避雷器雷击次数检测电路图；
图4所示是本发明智能检测模块氧化锌避雷器泄露电流检测电路图。
具体实施方式
绝缘壳体1，避雷器氧化锌组件2，顶部21，底部22，智能检测模块3，金属片4，电流互感器5。
如图1-图4所示，避雷器包括绝缘壳体1，接地壳体，设置在绝缘壳体1内的由若干个氧化锌片组成的避雷器氧化锌组件2，所述避雷器氧化锌组件2承接高压电线的端部为顶部21，跟金属横担接触的端部为底部22，所述智能检测模块3包括电流互感器5，对电流互感器5中检测到的信号进行采集的信号采集单元，数据处理单元以及中央控制处理单元，所述避雷器氧化锌组件中最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间引出一根导线，并且该导线穿过电流互感器后接到接地壳体上，导线与最靠近底部的氧化锌片形成并联接线，当避雷器受到雷击时，氧化锌组件瞬间导通，并径流至外壳体接地，此时，导线分流到较小电流，电流互感器感应到导线上的电流信号并经过信号采集单元以及数据处理单元后，并将结果传输给中央控制处理单元进行相应雷击次数的记录，当避雷器未受到雷击时，氧化锌呈完全绝缘状态，当出现泄漏电流时，电流从氧化锌的顶部径流至底部，电流互感器感应到导线上的电流信号并经过信号采集单元以及数据处理单元后，从而传输给中央控制处理单元进行泄漏电流的监测与记录。由于避雷器主要的功能组件在于氧化锌部分，氧化锌的主要特点在于当没有在雷击情况下，氧化锌组件呈绝缘状态，即使连接在高压线下，也不会对高压线正常的导通造成任何影响，当被雷击时，氧化锌组件会瞬间导通，从而把雷击高压导通到地面。而氧化锌组件的结构是由若干片氧化锌组成，雷击电压分别从上至下进行击穿，而越靠近底部，氧化锌组件的阻值越大。所以，在此处并联电流传感器后，在没有雷击的情况下，由于氧化锌特性，10kV或是35kV的输变电高压无法击穿氧化锌，氧化锌的电阻无穷大，泄露电流为0mA，当氧化锌的绝缘性下降时，氧化锌的电阻值在减小，加载在氧化锌避雷器顶端的高压，相对大地会有微弱的泄露电流，此时泄露电流径流到底端氧化锌处时，泄露电流会走并联导线方向流入大地，此时使用的电流互感器可以感应到并联导线上的泄露电流，在雷击的情况下，由于氧化锌的特性，雷击电压超过氧化锌截止的阈值，击穿氧化锌，此时氧化锌的电阻从无穷大变成接近0欧，氧化锌变成类似导线，雷击电流径流到氧化锌的底端时，此时底端都是导线，雷击电流进行分流，绝大部分的电流径流氧化锌到大地，几安培的电流径流并联导线，此时，通过中央控制处理单元以及相应的转换算法，就可算出泄漏电流或雷击时经过的径流电流。
所述电流互感器包括用于判断是否发生雷击的第一电流互感器以及用于检测泄漏电流的第二电流互感器，所述避雷器智能检测模块还包括雷击判断处理电路以及泄漏电流检测电路，所述雷击判断处理电路包括第一电流互感器，采样电阻，RC滤波电路以及高精度比较器，当发生雷击时，第一电流互感器感应到的电流经过采样电阻，在经过RC滤波电路，过滤PCB本身线路杂波，高精度比较器经过一系列的处理把采集到的电压值与设定的电压值作比较算法，输出相应的电平送到中央控制处理单元并唤醒休眠中的中央控制处理单元，中央控制处理单元判断为雷击并记录动作次数。所述泄漏电流检测电路包括第二电流互感器，采样电阻，RC滤波电路以及高精度采样芯片，第二电流传感器感应到氧化锌组件上的泄露电流，并且泄漏电流经过RC滤波电路以及采样电阻，形成电压输入到高精度采样芯片，并经过高精度采样芯片把采集的电流值存储到自身的寄存器里面，当中央控制处理单元查询时，把高精度采样芯片把采集的电流值送到中央控制处理单元。通过设置两个精度不同的电流传感器，来分别记录漏电电流以及雷击次数，高精度比较器以纳秒级的时间产生低电平，再用程序控制休眠中的中央控制处理单元，可以极大程度的降低避雷器智能检测模块的功耗，并且响应时间极短，可以精确的记录下雷击次数。高精度采样芯片进过信号处理、数据采集和软件算法把采集的电流值存储到自身的寄存器里面。当主控芯片查询时，把高精度采样芯片把采集的电流值通过SPI/UART口上送到中央控制处理单元。
所述避雷器智能检测模块还包括氧化锌温度检测单元，所述氧化锌温度检测单元包括铂电阻，测量电路以及信号处理电路上，所述铂电阻贴于最靠近底部的一个氧化锌片外表面，铂电阻两端引脚接至测量电路上，通过测量电路将通过铂电阻两侧的电平信息传输至信号处理电路上，信号处理电路上将电平信息进行模拟量的转化并传输至中央控制处理单元。利用铂电阻的特性，可以很好的对氧化锌片进行温度测量。
所述避雷器智能检测模块的供电所述中央控制处理单元还包括剩余电量测量系统以及供电系统，所述中央控制处理单元具体为主控芯片，所述供电系统包括3.7伏的锂电池，所述剩余电量测量系统包括设置于主控芯片上的信号采集引脚，锂电池通过TL431A降压到基准电压2.5V，基准电压加载到主控芯片ADC1_IN1引脚上，用于AD采集，AD采集基准电压对应一个码率值，再采集瞬时电压对应一个码率值，根据分辨率与基准电压，反推出瞬时电压，再与满电电压进行相比，从而得出剩余电量，锂电池通过升压芯片将3.7V的供电升压稳定到5V，并对高精度采集芯片BL6526B进行供电。主控芯片与服务器后台通过NBIoT无线通信技术进行相应的通信。采用该算法可以精准的算出电池电量的剩余电量。由于采用低功耗NBIoT的无线通信技术，同时使主控芯片进入待机模式，低功耗，低成本，体积小，采集的数据可以直接上传到云平台。无需中间通信设备，直接锂电池供电，不需要外接电源，缩小产品体积，安装方便，数据产生便捷。
所述避雷器氧化锌组件最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间设置有与该位置物理接触良好的金属片4，所述金属片4的边缘引出导线，并穿过电流互感器，接至接地壳体上，导线与最靠近底部的氧化锌片形成并联接线。
Claims (7)
1.一种避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，避雷器包括绝缘壳体，接地壳体，设置在绝缘壳体内的由若干个氧化锌片组成的避雷器氧化锌组件，所述避雷器氧化锌组件承接高压电线的端部为顶部，跟金属横担接触的端部为底部，其特征在于：所述智能检测模块包括电流互感器，对电流互感器中检测到的信号进行采集的信号采集单元，数据处理单元以及中央控制处理单元，所述避雷器氧化锌组件中最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间引出一根导线，并且该导线穿过电流互感器后接到接地壳体上，导线与最靠近底部的氧化锌片形成并联接线，当避雷器受到雷击时，氧化锌组件瞬间导通，并径流至外壳体接地，此时，导线分流到较小电流，电流互感器感应到导线上的电流信号并经过信号采集单元以及数据处理单元后，并将结果传输给中央控制处理单元进行相应雷击次数的记录，当避雷器未受到雷击时，氧化锌呈完全绝缘状态，当出现泄漏电流时，电流从氧化锌的顶部径流至底部，电流互感器感应到导线上的电流信号并经过信号采集单元以及数据处理单元后，从而传输给中央控制处理单元进行泄漏电流的监测与记录。
2.根据权利要求1所述的避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，其特征在于：所述电流互感器包括用于判断是否发生雷击的第一电流互感器以及用于检测泄漏电流的第二电流互感器，所述避雷器智能检测模块还包括雷击判断处理电路以及泄漏电流检测电路，所述雷击判断处理电路包括第一电流互感器，采样电阻，RC滤波电路以及高精度比较器，当发生雷击时，第一电流互感器感应到的电流经过采样电阻，在经过RC滤波电路，过滤PCB本身线路杂波，经过高精度比较器的处理把采集到的电压值与设定的电压值作比较，输出相应的电平送到中央控制处理单元并唤醒休眠中的中央控制处理单元，中央控制处理单元判断为雷击并记录雷击动作次数。
3.根据权利要求2所述的避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，其特征在于：所述泄漏电流检测电路包括第二电流互感器，采样电阻，RC滤波电路以及高精度采样芯片，第二电流传感器感应到氧化锌组件上的泄露电流，并且泄漏电流经过RC滤波电路以及采样电阻，形成电压输入到高精度采样芯片，并经过高精度采样芯片把采集的电压值存储到自身的寄存器里面，当中央控制处理单元查询时，把高精度采样芯片把采集的电流值送到中央控制处理单元。
4.根据权利要求3所述的避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，其特征在于：所述避雷器智能检测模块还包括氧化锌温度检测单元，所述氧化锌温度检测单元包括铂电阻，测量电路以及信号处理电路上，所述铂电阻贴于最靠近底部的一个氧化锌片外表面，铂电阻两端引脚接至测量电路上，通过测量电路将通过铂电阻两侧的电平信息传输至信号处理电路上，信号处理电路上将电平信息进行模拟量的转化并传输至中央控制处理单元。
5.根据权利要求1或4所述的避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，其特征在于：所述避雷器智能检测模块的供电所述中央控制处理单元还包括剩余电量测量系统以及供电系统，所述中央控制处理单元具体为主控芯片，所述供电系统包括3.7伏的锂电池，所述剩余电量测量系统包括设置于主控芯片上的信号采集引脚，锂电池通过TL431A降压到基准电压2.5V，基准电压加载到主控芯片ADC1_IN1引脚上，用于AD采集，AD采集基准电压对应一个码率值，再采集瞬时电压对应一个码率值，根据分辨率与基准电压，反推出瞬时电压，再与满电电压进行相比，从而得出剩余电量，锂电池通过升压芯片将3.7V的供电升压稳定到5V，并对高精度采集芯片BL6526B进行供电。
6.根据权利要求5所述的避雷器智能检测模块及其适配的避雷器氧化锌组件，其特征在于：主控芯片与服务器后台通过窄带物联网技术(NBIoT无线通信技术)进行相应的通信。
7.根据权利要求1所述的与避雷器智能检测模块相适配的避雷器氧化锌组件，其特征在于：所述避雷器氧化锌组件最靠近底部的一个氧化锌片与上一个氧化锌片之间设置有与该位置物理接触良好的金属片，所述金属片的边沿侧引出导线，并穿过电流互感器，接至接地壳体上，导线与最靠近底部的氧化锌片形成并联接法。
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