CN201765287U

CN201765287U - 一种隔离式高压泄漏电流测量装置

Info

Publication number: CN201765287U
Application number: CN2010201904458U
Authority: CN
Inventors: 周录波; 黄敏; 吴剑敏
Original assignee: Shanghai Ultra-HV Transmission and Distribution Company Shanghai Electric Power C
Current assignee: Shanghai Municipal Electric Power Co
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-05-12

Abstract

本实用新型提供了一种隔离式高压泄漏电流测量装置，其包括高压端测量模块，低压端显示模块，高压端电流测量模块和低压端电流显示模块两个模块通过光纤连接，光纤可以将高压端测量模块的测量数据传输到低压端显示模块，从而将高压端测量模块和低压端显示模块隔离。本实用新型通过光纤传输测量数据可以让操作人员远离高电压输出端，清晰读取测量数据。

Description

一种隔离式高压泄漏电流测量装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统电子仪器测控技术领域，特别是涉及一种隔离式高压泄漏电流测量装置。

背景技术

高压泄露电流测量装置用于在高电压发生装置的高压输出端测量输出电流，在电力系统中，可广泛用于氧化锌避雷器交接及预防性试验，还可用于油断路器、变压器绕组的泄露电流试验。

目前有两种方法测量输出电流：

一、采用微安表进行测量：

由于微安表工作时处于高压场强中，无法从低压端供电，现在普遍采用电池供电，生产厂家为了延长电池使用寿命，微安表的显示部分采用LCD显示屏。LCD显示屏虽然能节电，但是也存在如下无法避免的缺点：

(1)显示屏的视角都不是很大，操作人员需要正视微安表的显示屏才能看清楚；

(2)当有阳光时，基本无法看清楚，而相关操作多在户外进行，晴朗天气时，在阳光照射下采用已有的泄漏电流表无法看清读数；

(3)显示数字小，亮度低，距离大于2米时不容易看清楚，而在做避雷器试验时，直流高压发生器最高输出电压在150kV以上，安全距离至少应该保证2米。

由于存在以上缺点，在实际运用中，操作人员需在如何看清微安表的数字上用去无谓的时间，甚至会因为要看清数字，操作人员要尽量靠近高压端，严重影响现场工作的效率和安全。

二、在高压发生装置的低压侧估算：

目前几乎所有直流高压发生器控制箱上的输出电流测量均采用这种方式。由于泄漏电流值很小，属于微安级电流，再加上高压发生装置分布参数复杂，导致此种间接测量的方式精确度很低，影响对测量状况的准确判断。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种隔离式高压泄漏电流测量装置，其可以使操作人员在远离高压设备的情况下，快速准确地获取测量数据，从而提高了高压泄漏电流测量的效率和安全性。

本实用新型所提供的一种隔离式高压泄漏电流测量装置，包括高压端测量模块，低压端显示模块，其特征在于：所述高压端测量模块和所述低压端显示模块两个模块通过光纤连接，所述光纤用于将所述高压端测量模块和所述低压端显示模块隔离，所述高压端测量模块的测量数据通过所述光纤传输到所述低压端显示模块。

所述高压端电流测量模块包括用于拾取高压端电流信号的信号采样电路；用于预处理拾取到的高压端电流信号的信号调理电路；用于将模拟量转换成数字量的A/D转换电路；用于通过光纤发送测量数据的高压端光纤接口电路；和用于对数字化的电流信号进行处理，并通过所述高压端光纤接口电路发送到低压端显示模块的高压端单片机处理电路。

所述低压端电流显示模块包括用于接收所述高压端测量模块发送过来的测量数据的低压端光纤接口电路；用于处理接收到的测量数据，并将该测量数据转化为显示信号的低压端单片机处理电路；和用于显示可读取的显示信号的显示电路。

所述的显示电路采用的是LED显示。

所述高压端测量模块的信号采样电路设有一个保护电路，该保护电路包括一个增压电阻，一个限流电感线圈和一个采样电阻串联，并与一个电容，一个放电管分别并联。

所述A/D转换电路选用精度为18位或以上的A/D转换器。

所述显示电路采用红色LED显示。

所述显示电路中，在显示部分加盖一层面板薄膜。

本实用新型的有益效果在于：通过在高压端加装光纤数据传输，在低压端通过LED显示的方法，使得操作人员可在距离高压设备较远的安全区域，方便可靠得读取测量数据。同时，光纤发送数据与无线传输数据相比，光纤是良好的绝缘介质，可以满足绝缘要求，并且光纤通过光电转换传输信号，数据传输稳定可靠，不会受电磁干扰影响。

附图说明

图1为本实用新型的隔离式高压泄漏电流测量装置的示意图；

图2为高压端测量模块的系统图；

图3为信号采样电路原理图；

图4为信号调理电路原理图；

图5为A/D转换电路原理图；

图6为高压端单片机处理电路原理图；

图7为高压端光纤接口电路原理图；

图8为低压端显示模块的系统图；

图9为低压端光纤接口电路原理图；

图10为低压端单片机处理电路原理图；

图11为LED显示电路原理图。

具体实施方式

本实用新型可以通过以下的实施例来做进一步详细说明，参见图1至图11所示。

如图1所示，本实用新型所提供的一种隔离式高压泄漏电流测量装置包括高压端测量模块，低压端显示模块，所述高压端测量模块和所述低压端显示模块两个模块通过光纤连接，所述高压端测量模块的测量数据可通过所述光纤传输到所述低压端显示模块，从而将所述高压端测量模块和所述低压端显示模块隔离。

图2是高压端测量模块的系统图。如图2所示，所述高压端测量模块包括信号采样电路，信号调理电路，A/D转换电路，高压端单片机处理电路，和高压端光纤接口电路，其中，高压端信号被信号采样电路拾取以后，进入信号调理电路进行预处理，之后经过A/D转换电路，把模拟量转换成数字量，由高压端单片机处理电路进行处理，高压端单片机处理电路同时负责把数字化的电流信号通过高压端光纤接口电路发送到低压端电流显示模块。

图3-图7所示的是高压端测量模块的硬件设计原理图，结合附图，分别对高压端电流测量模块的各个电路进行叙述。

1.信号采样电路

信号采样电路负责把泄漏电流信号转换为0～2V的电压信号，以便于后级电路处理。图3中虚线框中是信号采样部分电路。本部分电路元件包括：接线端子J100，瞬态抑制二极管D100，滤波电容C100，取样电阻R100，电感L100，和辅助电阻R101。

泄漏电流信号由接线端子J100的1号管脚引入采样电路，由接线端子J100的2号管脚引出。正常情况下，泄漏电流的信号幅值为0～5mA。瞬态抑制二极管D100的作用是防止过电压信号损坏后级电路，其动作电压为6.0V，超出这一幅值将导致瞬态抑制二极管D100导通，从而将输入信号限幅。电容C100的作用是滤除电流信号中的高频干扰成分。取样电阻R100把电流信号转换成电压信号，当泄漏电流的信号幅值为0～5mA时，取样电阻R100两端的采样电压为0～2V(电流值和电阻值的乘积)。当因被测物击穿或其他原因造成泄漏电流突然增大时，突变电流将在电感L100的两端产生过电压，从而加速瞬态抑制二极管D100的动作，达到保护后级电路的目的。R101是辅助电阻，它和R101共同作用，从而保证在电流输入超范围时，能使瞬态抑制二极管D100动作。

2.信号调理电路

经过所述信号采样电路得到的电流信号是浮接差分信号，为了满足后级电路的处理要求，需要把差分信号转化成单端信号，并且信号的幅值要满足A/D转换器的要求。图4虚线框中所示的是信号调理电路的具体原理图。

电阻R104和电阻R105为差分信号运算放大器U100提供输入端保护，防止过大的信号输入损坏U100，阻值都是10K欧姆。电容C103、C105、C 102用于滤除干扰信号，容值分别是0.01uF、0.022uF、0.01uF。电阻R106的阻值为100K欧姆，其作用是为运算放大器U100的输入级提供偏流通路，保证运算放大器U100正常工作。本实施例中所采用的运算放大器型号为AD623，其是一款精密低噪声仪表放大器，它把泄漏电流的差分信号转换为单端信号，方便A/D转换器处理。将运算放大器电路部分增益设定为1，当泄漏电流为0～5mA时，采样电阻R100两端电压为0～2V，基AD623的输入端压差为0～2V，由于增益为1，AD623的输出端(6号管脚)的对信号地电压为0～2V，这一电压信号再经过由电阻R107(2.94K欧姆)和电阻R102(1K欧姆)组成的电阻分压器分压，信号调理部分输出的最终信号为电阻R104和电容C104两端的电压，幅值为0～0.508V，这一电压范围符合后级A/D转换器0～0.512V的输入要求。电容C 104用于滤除电路噪声，容值为0.01uF。

3.A/D转换电路

信号经过所述信号调理电路以后，进入A/D转换电路，把模拟量转换为数字量。本实施例中，A/D转换器的型号是MAX132，它是18位高精密转换器。本实用新型所提供的隔离式高压泄漏电流测量装置的测量范围是0～5mA，所以采用18位AD测量精度可达到0.019uA。

测量精度＝信号最大测量值/218＝5mA/262144＝0.019uA

实际应用中，本实用新型所提供的隔离式高压泄漏电流测量装置只需要精确到0.1uA，即MAX132完全满足精度要求。图4中虚线右边部分是A/D转换电路。

如图5所示，U102是A/D转换器MAX132，CY100是为其提供工作时钟的晶振，频率是32768Hz，C111和C112是起振电容，都是20pF。C108，C110，R111是A/D转换器正常工作必须的辅助元件。U101是电压基准源MAX872，它能提供高稳定度的2.5V基准电压，图4中C106(0.1uF)和E100(10uF)是MAX872的输出滤波电容，R109(120K欧姆)，R108(100K欧姆可调电阻)，R110(40.2K电阻)组成电阻分压器，负责把MAX872产生的2.5V电压基准转换为655mV电压基准，提供给A/D转换器MAX132，满足MAX132的工作要求。

MAX132提供了串行输出接口以及相应的控制信号，单片机通过这些信号控制MAX132的工作并读取转换数据。

4.高压端单片机处理电路

高压端单片机处理电路负责把所述A/D转换电路转换得到的泄漏电流信号通过光纤发送到低压显示模块。本实施例中，单片机采用C8051F330，处理速度可达25MIPS，内置8K FLASH，17个IO口及硬件增强型UART，同时内置满足UART操作的内部晶振，通过这些资源将设计做到简单灵活。

图6所示的是高压端单片机处理电路，如图5所示，U104是单片机C8051F330。D102是一绿色LED，用于指示单片机的工作状态。U103是一个蜂鸣器，用于在测量值超过限制时发出报警信号。Q100是三极管9013，用于驱动蜂鸣器。R114(1K欧姆)，C116(10uF)，C117(0.1uF)组成单片机上电复位电路，用于系统初上电时复位单片机。J103是用于给单片机编程的接插件。C114(10uF)，C115(0.1uF)是用于单片机供电管脚的去耦电容。单片机的P0.4和P0.5两个管脚用于光纤通信，P0.4负责发送信号，P0.5负责接收信号。

5.高压端光纤接口电路

图7所示的是高压端光纤接口电路。本实施例中，高压端光纤接口采用的是HFBR-1522发送器和HFBR-2522接收器，通信速率可达1MBd，距离可达45米。高压端测量模块的测量数据通过光纤在低压端显示模块隔离地被显示和读取，光纤可达45米的长度完全可以满足工作人员安全和方便获得数据的需要。

图7中R112(220欧姆)用于限制电流，E101(10uF)，C101(0.1uF)用于电源滤波，D101用于保护光纤发送器，防止反向电压过大损坏发送器。C113(0.1uF)也是用于电源滤波。

图8是低压端显示模块的系统图。如图8所示，所述低压端显示模块包括低压端光纤接口电路，低压端单片机处理电路，和LED显示电路，其中，低压端显示模块通过光纤接收来自高压端测量模块的测量数据，该测量数据经过低压端单片机处理单元进行处理，转化为显示信号，通过LED显示电路显示。

图9-图11所示的是低压端显示模块的硬件设计原理图，结合附图，分别对低压端显示模块的各个电路进行叙述。

6.低压端光纤接口电路

低压端光纤接口电路和高压端光纤接口电路，除元件标号不同外，其他完全相同，如图9所示，高压端光纤接口采用的同样是HFBR-1522发送器和HFBR-2522接收器，R203(220欧姆)用于限制电流，E200(10uF)，C203(0.1uF)用于电源滤波，D201用于保护光纤发送器，防止反向电压过大损坏发送器。C204(0.1uF)也是用于电源滤波。

7.低压端单片机处理电路

低压端单片机处理部分负责把光纤传输过来的信号接收并解码，进而输出到数码管进行显示。

本实施例中，低压端单片机处理电路的单片机也采用C8051F330。图10所示的是低压端单片机处理部分电路图。D200是一个LED，负责指示单片机的工作状态。显示信号由P1口引出，显示的段码由P0.1、P0.2、P0.6、P0.7四个管脚引出。单片机的P0.4和P0.5两个管脚用于光纤通信，P0.4负责发送信号，P0.5负责接收信号。

8.LED显示电路

本实施例中的LED显示电路采用了4个数码显示管，可以显示4位有效数字。

图11所示的是LED显示部分电路。单片机把显示信号发送给锁存器SN74AHC573DW，锁存器用于锁存显示信号并驱动LED数码管，其驱动电流可达20mA，可保证LED高亮度显示。由于锁存器的应用，可以进行静态显示，保证显示不闪烁。R200，R201，R202，R203都是220欧姆电阻，用于限制流入数码管的电流，使其不至于烧坏数码管。

在本实用新型的最佳实施例中，采用红色LED，寿命长，亮度高，便于在强光和黑暗中看清显示数字。

进一步地，在LED的显示部分加盖一层面板薄膜，加薄膜后显示效果更见清晰。

根据本实用新型所提供的高隔离式压泄漏电流测量装置，通过光纤隔离，把高压端的测量数据传输到低电端，并且低电位端通过LED数码管显示，从而可以使操作人员远离高电压输出端，并可清晰读取测量数据，保证操作人员安全。

应当可以理解，在不偏离其精神和中心特征的情况下本实用新型可以其它形式实现。因此这里的实施例和具体的实施方式是示意性并不是限制性，并且本实用新型并不限定在这里给出的详细描述中。

Claims

1.一种隔离式高压泄漏电流测量装置，包括高压端测量模块，低压端显示模块，其特征在于：所述高压端测量模块和所述低压端显示模块两个模块通过光纤连接，所述光纤用于将所述高压端测量模块和所述低压端显示模块隔离，所述高压端测量模块的测量数据通过所述光纤传输到所述低压端显示模块。

2.如权利要求1所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述高压端电流测量模块包括用于拾取高压端电流信号的信号采样电路；用于预处理拾取到的高压端电流信号的信号调理电路；用于将模拟量转换成数字量的A/D转换电路；用于通过光纤发送测量数据的高压端光纤接口电路；和用于对数字化的电流信号进行处理，并通过所述高压端光纤接口电路发送到低压端显示模块的高压端单片机处理电路。

3.如权利要求1所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述低压端电流显示模块包括用于接收所述高压端测量模块发送过来的测量数据的低压端光纤接口电路；用于处理接收到的测量数据，并将该测量数据转化为显示信号的低压端单片机处理电路；和用于显示可读取的显示信号的显示电路。

4.如权利要求3所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述的显示电路采用的是LED显示。

5.如权利要求1或2所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述高压端测量模块的信号采样电路设有一个保护电路，该保护电路包括一个增压电阻，一个限流电感线圈和一个采样电阻串联，并与一个电容，一个放电管分别并联。

6.如权利要求4所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述高压端测量模块的信号采样电路设有一个保护电路，该保护电路包括一个增压电阻，一个限流电感线圈和一个采样电阻串联，并与一个电容，一个放电管分别并联。

7.如权利要求1或2所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述A/D转换电路选用精度为18位或以上的A/D转换器。

8.如权利要求7所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述A/D转换电路选用精度为18位或以上的A/D转换器。

9.如权利要求1，2或8所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述显示电路采用红色LED显示。

10.如权利要求1，2或9所述的隔离式高压泄漏电流测量装置，其特征在于所述显示电路中，在显示部分加盖一层面板薄膜。