CN201015061Y - 高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，属于高压电器和电子技术领域。它由“电流波形精密取样模块”“电压波形精密取样模块”、A/D转换器、光纤接口电路、供电电源、绝缘材料、2根输入线、1根地线、1根光纤和外壳组成。电流取样模块可由磁平衡霍尔电流传感器、绝缘材料和铜棒或铜排组成，2根输入线可以是铜排或铝排，2根输入线之一和地线接电压取样模块，电流取样模块和电压取样模块的输出接双通道输入A/D转换器，A/D转换器的输出接光纤接口电路，经光纤输出数字型光信号，即本实用新型可将高压电流/电压波形转换为光纤输出数字型光信号。

Description

高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器

技术领域 

本实用新型涉及一种“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，属于高压电器和电子技术领域，它能将高压电流/电压波形转换为光纤输出数字型光信号。

背景技术

变频器等电力电子设备应用日趋广泛，对电网造成谐波干扰(电污染)，影响一些设备的正常工作，甚至会造成输电线路谐振或其他用电设备损坏等严重事故。采取“高压电网在线状态监测和供电质量自动监测”等应对措施已成趋势，国内目前尚无适销对路产品上市。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器，以适应“高压电网在线状态监测和供电质量自动监测”之需求。

本实用新型由“电流波形精密取样模块”(简称“电流取样模块”)、“电压波形精密取样模块”(简称“电压取样模块”)、双通道输入A/D转换器、光纤接口电路、供电电源电路、绝缘材料、2根输入线、1根地线、1根光纤和外壳组成，2根输入线接电流取样模块，2根输入线之一和地线接电压取样模块，电流取样模块和电压取样模块的输出接双通道输入A/D转换器、A/D转换器的输出接光纤接口电路，光纤接口电路中的发光二极管或半导体激光器发出的光射入光纤，经光纤输出数字型光信号。

电流取样模块可由磁平衡霍尔电流传感器、绝缘材料和铜棒或铜排组成，铜棒或铜排从磁平衡霍尔电流传感器的圆形或矩形窗口中穿过，铜棒或铜排的两端接2根输入线，2根输入线也可以是铜排或铝排。磁平衡霍尔电流传感器与从其窗口穿过的铜棒或铜排之间可以有高压绝缘材料，二者之间额定耐压在10kV至1,000kV范围内。

电压取样模块可由2至6,000只电阻器串联而成，形成串联电阻链，电阻链的一端接2根输入线之一，另一端接地线，接地线的电阻器两端电压即为电压取样模块的输出信号。

电流取样模块、电压取样模块、双通道输入A/D转换器、光纤接口电路、供电电源电路和绝缘材料可放在外壳内，2根输入线、地线和光纤从外壳内引出。外壳内可灌绝缘油或充SF₆气体绝缘。

由于本实用新型用电子电路实现高压电流/电压波形取样和传送，与传统的高压电磁式互感器相比，铜材和钢材的用量很少，推广应用本实用新型，替代传统的高压电磁互感器，可大量减少铜材和钢材的用量，对节能减排和减少资源消耗很有益。而且它的频带比传统的高压电磁互感器的频带宽，即本实用新型能适应“高压电网在线状态监测和供电质量自动监测”之趋势。

附图说明

图1是本实用新型的一种框图，图中方框A代表本实用新型，方框A的上方画出了2根输入线，它们串入被测高压(例如220kV)输电线；方框A的左方画出了接地线，方框A的右方画出了输出光纤。图中左侧描述了本实用新型的输入波形(即高压电流和电压波形)幅值缩小后的一种情况，图中右侧描述了本实用新型的光纤输出数字型光信号复原后的波形。显然，“光纤输出数字型光信号复原”需要光纤接收接口电路和双通道输出D/A变换器，它们由图中方框B(不属于本实用新型)代表。

图2是本实用新型的一种电路原理框图，图中“

SAM”是“

电流波形精密取样模块”，可由磁平衡霍尔电流传感器、绝缘材料和铜棒或铜排组成，铜棒或铜排从磁平衡霍尔电流传感器的圆形或矩形窗口中穿过，铜棒或铜排的两端接2根输入线，2根输入线也可以是铜排或铝排。“

SAM”的输出电流为α，α是一个小于1的比例系数，例如α＝0.02％。

图2中“

SAM”是“

电压波形精密取样模块”，它由2至6,000只电阻器串联而成，图3描述“

SAM”的一种电路原理，它由R₀、R₁、R₂、R₃至R_N组成，R_N的左端接被测高电压

，R₀的下端接地，它与R₁的连结点为“

SAM”的输出，即R₀两端电压为“

SAM”的输出电压β

，其最大幅值应与双通道输入A/D转换器相适应，因此β是一个很小的比例系数，例如β＝0.001％。

图2中“A/D-VC”是双通道输入A/D转换器电路，“ITF”是光纤接口电路。

图2中“PSC”是供电电源电路，它可由电池或特殊的供电电路和DC-DC开关型稳压电源模块等组成。供电电源电路可在公开发行的科技文献中查到，此处不赘述。

图3是图2中

电压波形精密取样的一种电路原理框图，其中R₁至R_N是精密电阻器，R₀是电压取样电阻器，其阻值将在下面具体实施方式中说明。

图4是图2中双通道输入A/D转换器的一种电路原理框图，图中“A/D”代表双通道输入A/D转换器，LED代表超高亮发光二极管，它发出的光射入光纤。

具体实施方式

下面以220kV/1000A电流/电压波形测量为例，说明具体实施技术问题。

前面所述磁平衡霍尔电流传感器，又称为LEM器件(可在北京市场上买到)，可选圆形窗口器件和比窗口直径小6mm、长度L≈300mm的紫铜圆棒，并在紫铜棒上裹绕20层0.1mm厚、宽约160mm(紫铜圆棒两端需留出一段接输入线)的绝缘薄膜，绝缘薄膜耐压强度可达到不劣于240kV/mm。然后将已裹绕绝缘薄膜紫铜圆棒插入LEM器件窗口，保持位置居中固定，再将紫铜圆棒的两端分别接输入线。

在被测高压输电线的额定线电压为220kV(额定相电压为127kV)条件下，串联电阻器的数量可为801只，即图3中R₁至R_N均可选用“3MΩ/0.125W/0.25％额定耐压200V(有效值)以上”的金属膜电阻器，R₀可选用24kΩ/0.125W/0.25％的金属膜电阻器，据这些参数值计算，“

SAM”的输出电压与输入电压之比为0.001％。

设被测电流的额定值为1,000A，LEM器件输出电流α与输入电流

之比α＝0.02％，则图4中R_i可取9.0Ω/0.5W/0.1％电阻器。设V_DD＝5V，则图4中R可取160Ω电阻器。

图4中A/D转换器件需满足以下技术要求：

(1)应选用12bit或分辨率和精度更高的器件；

(2)“采样一A/D转换响应时间”应在10μS以内；

(3)可正、负双极性输入；

(4)串行数据输出模式；

若所购A/D转换器件只允许单极性输入，则应在图4标注P₁和P₂处分别串入以运算放大器为核心的精密整流电路。精密整流电路可在公开发行的科技文献中查到，无需赘述。

Claims (6)

1.一种“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，其特征是：它由电流波形精密取样模块、电压波形精密取样模块、双通道输入A/D转换器、光纤接口电路、供电电源、绝缘材料、2根输入线、1根地线、1根光纤和外壳组成，2根输入线接电流波形精密取样模块，2根输入线之一和地线接电压波形精密取样模块，电流波形精密取样模块和电压波形精密取样模块的输出接双通道输入A/D转换器、A/D转换器的输出接光纤接口电路，光纤接口电路中的发光二极管或半导体激光器发出的光射入光纤，经光纤输出数字型光信号。

2.根据权利要求1所述的“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，其特征是：电流波形精密取样模块可由磁平衡霍尔电流传感器、绝缘材料和铜棒或铜排组成，铜棒或铜排从磁平衡霍尔电流传感器的圆形或矩形窗口中穿过，铜棒或铜排的两端接2根输入线，2根输入线可以是铜排或铝排。

3.根据权利要求1所述的“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，其特征是：电流波形精密取样模块可由磁平衡霍尔电流传感器、铜棒或铜排和绝缘材料组成，磁平衡霍尔电流传感器与从其窗口穿过的铜棒或铜排之间的绝缘材料额定耐压可在10kV至1,000kV范围内。

4.根据权利要求1所述的“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，其特征是：电压波形精密取样模块可由2至6,000只精密电阻器串联而成，串联形成的电阻链的一端接2根输入线之一，另一端接地线，与地线相连的电阻器两端电压即为电压波形精密取样模块的输出信号。

5.根据权利要求1所述的“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，其特征是：电流波形精密取样模块、电压波形精密取样模块、双通道输入A/D转换器、光纤接口电路、供电电源和绝缘材料可放在外壳内，2根输入线、地线和光纤从外壳内引出。

6.根据权利要求1所述的“高压电流/电压波形一体化光纤精密传感器”，其特征是：其外壳内可灌绝缘油或充SF₆气体绝缘。

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