CN202057713U - 无线避雷器在线监测装置 - Google Patents

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Abstract

一种无线避雷器在线监测装置,它由与避雷器串接的整流桥、电源变换电路、单片机和与单片机相接的监测信号采集电路和无线收发模块组成,所述电源变换电路包括储能电容、开关管组件、高电压检测器和电阻,所述储能电容并接在整流桥的输出端,其端电压依次经开关管组件和三端稳压器为监测终端供电,储能电容端电压还经由第一电阻和第二电容组成的积分延时电路加至高电压检测器的输入端;所述高电压检测器的输出端控制开关管组件并经第二电阻接输人端;在储能电容和第一电阻上均并接有稳压二极管。本实用新型结构简单、成本低廉,而且具有较高的可靠性。

Description

无线避雷器在线监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于在线监测避雷器的漏电流和遭雷击次数的装置,属监测技术领域。
背景技术
避雷器监测装置用于监测避雷器的漏电流和遭雷击的次数。现有的避雷器监测装置一般为有线式的,与避雷器就近连接在一起,查看监测数据时需要爬到线杆上,危险性较高。有的避雷器监测装置是无线式的,这种监测装置的监测终端一般由单片机、无线收发模块、漏电流采集电路、雷击次数采集电路和供电电源组成,单片机通过无线收发模块将漏电流采集电路和雷击次数采集电路所采集的监测数据发送到监测主机,查看监测数据非常方便。但现有的无线式避雷器监测装置需要加装太阳能电池板提供电能,这样不仅增加了监测装置的复杂程度和整体体积,提高了制造成本,而且还降低了装置的可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、成本低廉的高可靠性无线避雷器在线监测装置。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
一种无线避雷器在线监测装置,由与避雷器串接的整流桥、电源变换电路、单片机和与单片机相接的监测信号采集电路和无线收发模块组成,所述电源变换电路包括储能电容、开关管组件、高电压检测器和电阻,所述储能电容并接在整流桥的输出端,其端电压依次经开关管组件和三端稳压器为监测终端供电,储能电容端电压还经由第一电阻和第二电容组成的积分延时电路加至高电压检测器的输入端;所述高电压检测器的输出端控制开关管组件并经第二电阻接输人端;在储能电容和第一电阻上均并接有稳压二极管。
上述无线避雷器在线监测装置,所述开关管组件由PNP三极管、NPN三极管和三个电阻构成,所述PNP三极管的发射极接储能电容的正极,集电极接三端稳压器的输入端;所述NPN三极管的发射极接PNP三极管的集电极,集电极接PNP三极管的基极,基极接高电压检测器的输出端;第三电阻接于PNP三极管的基极与发射极之间,第四电阻接于PNP三极管的发射极与NPN三极管的基极之间,第五电阻接于NPN三极管的基极与发射极之间。
上述无线避雷器在线监测装置,所述监测信号采集电路包括漏电流采集电路和雷击次数采集电路,所述漏电流采集电路由运算放大器、电容、电阻和二极管组成,第六电阻串接在整流桥的输出回路中,其两端分别经第七电阻和第八电阻接运算放大器的两输入端,第九电阻和第四电容并联连接后接于运算放大器的输出端与反相输入端之间,所述运算放大器的输出端经由第十电阻和第五电容组成的RC滤波器接单片机的P1.0端口,第六电阻上还并接有限幅二极管。
上述无线避雷器在线监测装置,所述雷击次数采集电路由低电压检测器、光电耦合器、电阻、电容组成,第十一电阻串接在整流桥的输出回路中,其两端的输出信号接低电压检测器的输入端,所述低电压检测器的输出信号经光电耦合器接单片机的P1.1端口并分别经第十二电阻和第十三电阻接第十一电阻的两端,在第十一电阻上还并接有第六电容和第三稳压二极管;所述光电耦合器的输出端设置有上拉电阻和滤波电容。
本实用新型的电源变换电路采用电容储能的方式给系统提供启动电能,使监测终端能够利用避雷器的微小漏电流正常启动和低功耗运行。同传统无线式避雷器监测装置相比,本实用新型省去了太阳能电池板供电系统,不仅结构简单、成本低廉,而且具有较高的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的电原理图;
图2是电源变换电路的电原理图;
图3是漏电流采集电路的电原理图;
图4是雷击次数采集电路的电原理图。
图中各标号为:U1、单片机,U2、无线收发模块,U3、高电压检测器,U4、三端稳压器,U5、运算放大器,U6、低电压检测器,U7、光电耦合器,DW1~DW3、稳压管,D1、二极管,R0~R15、电阻,C0~C7、电容,Q1、Q2、三极管,ZQ、整流桥。
具体实施方式
避雷器最低有0.2mA的漏电流,通过精心设计,该电流可以保证监测装置休眠时的供电需求,但不能保证启动时的需要,装置中单片机U1的启动电流也远高于0.2mA,采用普通的供电方案将不能保证监测装置正常启动,因此设计本实用新型的关键是如何满足启动需要并保持工作时的超低功耗。
参看图1~图4,整个电路分为电源变换、漏电流采集、雷击次数采集、数据处理四部分。避雷器的漏电流相当于恒流源,电源变换、漏电流采集、雷击次数采集部分串联连接并不影响电流采集的精度。图1中的电源启动及变换电路是指电源变换电路中除去DW1以外的部分;电流变换电路是指漏电流采集电路中除去D和R6以外的部分;雷击信号变换电路是指雷击次数采集电路中除去DW3和R11以外的部分。
设备供电
本设计采用电容储能获得启动功率的方式给系统供电。DW1用于限值储能电容C1的充电电压,U3为超低功耗电压监测元件,在装置初始上电时,C1上电压很低,U3输出低电平控制三极管Q1,Q2关断,不给后面电路供电,避雷器漏电流的大部分为C1充电,当充电电压升高使U3的Vin电压达到U3的阈值电压后U3输出高电平给后面的电路供电,DW2用于限值最高开启电压(由于U3器件工作电流受温度影响,工作电流在R1上的分压在各温度时差别很大,就使开启电压差别很大),R2用于使开启和关断阈值电压存在回差,合适的C1电容容量、启动电压、回差电压使电路启动完成并降到低功耗状态后C1端电压仍然在关断阈值电压之上,整个电路得以正常启动。
硬件低功耗设计
电路在正常工作时的电流必须小于避雷器漏电流才能使电容C1上的电压逐渐充到并保持最高电压,供数据读取的瞬时使用。本设计采用仅在部件使用时才开启的方法来降低平时功耗,漏电流采集部分在平时处于关闭状态,不消耗功率;雷击次数采集部分光电隔离,也不消耗功率。因无线部分可能随时会收到主机读取数据的请求,所以无线部分不能完全关闭,本设计选择具有定时唤醒功能的以CC1101为主控芯片的无线模块,它在无线唤醒周期为1.5秒、工作于无线唤醒模式时仅有几十微安的电流消耗,主机可以通过连续发送大于无线唤醒周期的命令信号唤醒该装置。本装置中采集单片机U1平时也处于低功耗的休眠状态。

Claims (4)

1.一种无线避雷器在线监测装置,其特征是,它由与避雷器串接的整流桥(ZQ)、电源变换电路、单片机(U1)和与单片机(U1)相接的监测信号采集电路和无线收发模块(U2)组成,所述电源变换电路包括储能电容(C1)、开关管组件、高电压检测器(U3)和电阻,所述储能电容(C1)并接在整流桥(ZQ)的输出端,其端电压依次经开关管组件和三端稳压器(U4)为监测终端供电,储能电容(C1)端电压还经由第一电阻(R1)和第二电容(C2)组成的积分延时电路加至高电压检测器(U3)的输入端;所述高电压检测器(U3)的输出端控制开关管组件并经第二电阻(R2)接输人端;在储能电容(C1)和第一电阻(R1)上均并接有稳压二极管。
2.根据权利要求1所述无线避雷器在线监测装置,其特征是,所述开关管组件由PNP三极管(Q1)、NPN三极管(Q2)和三个电阻构成,所述PNP三极管(Q1)的发射极接储能电容(C1)的正极,集电极接三端稳压器(U4)的输入端;所述NPN三极管(Q2)的发射极接PNP三极管(Q1)的集电极,集电极接PNP三极管(Q1)的基极,基极接高电压检测器(U3)的输出端;第三电阻(R3)接于PNP三极管(Q1)的基极与发射极之间,第四电阻(R4)接于PNP三极管(Q1)的发射极与NPN三极管(Q2)的基极之间,第五电阻(R5)接于NPN三极管(Q2)的基极与发射极之间。
3.根据权利要求1或2所述无线避雷器在线监测装置,其特征是,所述监测信号采集电路包括漏电流采集电路和雷击次数采集电路,所述漏电流采集电路由运算放大器(U5)、电容、电阻和二极管组成,第六电阻(R6)串接在整流桥(ZQ)的输出回路中,其两端分别经第七电阻(R7)和第八电阻(R8)接运算放大器(U5)的两输入端,第九电阻(R9)和第四电容(C4)并联连接后接于运算放大器(U5)的输出端与反相输入端之间,所述运算放大器(U5)的输出端经由第十电阻(R10)和第五电容(C5)组成的RC滤波器接单片机(U1)的P1.0端口,第六电阻(R6)上还并接有限幅二极管(D)。
4.根据权利要求3所述无线避雷器在线监测装置,其特征是,所述雷击次数采集电路由低电压检测器(U7)、光电耦合器(U7)、电阻、电容组成,第十一电阻(R11)串接在整流桥(ZQ)的输出回路中,其两端的输出信号接低电压检测器(U7)的输入端,所述低电压检测器(U7)的输出信号经光电耦合器(U7)接单片机(U1)的P1.1端口并分别经第十二电阻(R12)和第十三电阻(R13)接第十一电阻(R11)的两端,在第十一电阻(R11)上还并接有第六电容(C6)和第三稳压二极管(DW3);所述光电耦合器(U7)的输出端设置有上拉电阻(R14)和滤波电容(C7)。
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