CN208239510U - 一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，该电路采用几个精密小电阻搭建而成的T型负反馈电流电压转化结构的I/V转换电路，相对单个精密超大金属膜电阻，T型负反馈电流电压转化电话能大大降低输入阻抗，能有效减下火花放电电流在接地装置和放大器负载上的分流，进而减小系统误差，配合四阶切比雪夫低通滤波器对离子电流整形，同时运动小信号检测领域先进的抗干扰技术，使检测电流更为精确，该变火花放电电流检测电路不仅适用于火花放电条件下接地装置微小电流检测，也适用于其他电气设备，具有较高实用价值。

Description

一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及防雷技术领域，更具体地，涉及一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路。

背景技术

在防雷设计中，接地是用来将雷电流顺利泻入地下，以减小它所引起的过电压。接地是防雷保护装置中不可或缺的组成部分。防雷接地电阻主要由两部分组成工频接地电阻和冲击接地电阻。当输、配电线路遭受雷击时，冲击电流通过接地装置向地流散，在冲击电流作用下，经接地体流出的电流密度超过土壤的基础场强时，在接地体周围就会出现一个火花放电区，相当于改变了接地体的有效尺寸，即发生雷击时接地装置的接地电阻会发生改变。已有的研究表明，冲击电阻对输、配电线路的耐雷性能影响显著。因此，开展雷击冲击电阻的研究对输、配电线路防雷而言具有重要意义。

目前，针对冲击电流对接地电阻的影响开展了大量研究，但涉及火花放电对接地电阻的影响的研究不多，且多以仿真为主。因此，开展冲击电流下尤其是出现火花放电时接地装置的接地电阻变化的试验研究，进而提出新的降低接地电阻的方法，提高输、配电线路耐雷水平而言具有重要意义。

目前针对放电电流检测中I/V转换比较常用的方法有两种，其一为电流电压传感器，这种方法简单，并且能保证一定的灵敏度，但是电流电压传感器的成本一般比较高，经济性并不高，其二，采用电阻分压原理实现电流电压转换。针对电阻分压原理，一般有两种结构的电流输入的放大电路实现I/V转换，如图1所示。

图1-(a)为输入电阻将电流转换为电压后再进行放大；图1-(b)是利用负反馈降低输入阻抗，实现电流输入放大。在图1-(a)电路中，电流在Rc上形成电位，再跟随输出端变化，输出端电位为输出幅值，而且这一电位会随着输入电流的变化而变化，变化的电流会直接馈送到管收集极上，从而影响火花放电电流检测的灵敏度。在图1-(b)中，理论上只要的Rc足够大，即使输入的电流很小，也能输出理想的电压V_out，但是在实际电路中，运放的输入阻抗不可能无穷大。同时考虑偏置电流I_b对被测火花放电电流I₊的影响，实际输出为： V_out＝-(I₊-I_b)R_c，当偏置电流I_b大于被测火花放电电流I₊，则被测火花放电电流将会淹没而导致无法检测。

发明内容

本实用新型提供一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，该电路有效决了因火花放电电流微弱导致不易检测或者信号失真的难题，提高了接地装置电阻检测的准确度。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，其特征在于，包括顺次连接的抗干扰电路、T型负反馈电流电压转换电路和四阶巴特沃斯低通滤波器；接地装置火花放电电流经抗干扰电路后输出到T型负反馈电流电压转换电路的电流输入端，T型负反馈电流电压转换电路的电压输出端连接到四阶巴特沃斯低通滤波器电压输入端。

进一步地，所述抗干扰电路包括三同轴插座、第一低阻抗放大器T1和第二低阻抗放大器T2，电阻R31、R32、R33，电容C3；电阻R31的一端与电阻R32 的一端连接，电阻R31的另一端经三同轴插座连接到第一低阻抗放大器T1的负输入端，电阻R32的另一端连接到第二低阻抗放大器T2的负输入端，第二低阻抗放大器T2的正输入端经电阻R33连接到第一低阻抗放大器T1的正输入端。

进一步地，所述T型负反馈电流电压转换电路包括LF353运算放大器、电阻R1、R2、Rc；第一低阻抗放大器T1的输出端与LF353运算放大器的负输入端连接，LF353运算放大器的负输入端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R1与电阻R2之间的连接点与电阻Rc的一端接地，电阻Rc的另一端接地，电阻R2的另一端与LF353运算放大器的输出端连接，LF353运算放大器的正输入端接地。

进一步地，所述的四阶巴特沃斯低通滤波器包括电阻R11、R12、R13、R14、 R21、R22、R23、R24，第一LF353放大器，第二LF353放大器，电容C11、C12、 C21、C22；LF353运算放大器的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端连接与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与第一LF353放大器的正输入端连接，电阻R13的一端与第一LF353放大器的负输入端连接，电阻R13 的另一端接地，电阻R14的一端与第一LF353放大器的负输入端连接，电阻R14 的另一端与；电容C11的一端与电阻R11和电阻R12之间的连接点连接，电容 C11的另一端与第一LF353放大器的输出端连接，电容C12的一端第一LF353 放大器的正输入端连接，电容C12的另一端接地；第一LF353放大器的输出端还与电阻R21连接，电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与第二LF353放大器的正输入端连接，电阻R23的一端与第二LF353放大器的负输入端连接，电阻R23的另一端接地，电阻R24的一端与第二LF353 放大器的负输入端连接，电阻R24的另一端与；电容C21的一端与电阻R21和电阻R22之间的连接点连接，电容C21的另一端与第二LF353放大器的输出端连接，电容C22的一端第二LF353放大器的正输入端连接，电容C22的另一端接地。

优选地，所述第一低阻抗放大器T1和第二低阻抗放大器T2都是OPA348 型放大器。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本实用新型计了T型负反馈电流电压转换电路，四阶巴特沃斯低通滤波器，运用了小信号检测领域先进的抗干扰手段，实现对接地装置火花放电条件下微小电流的采集，有效决了因火花放电电流微弱导致不易检测或者信号失真的难题，提高了接地装置电阻检测的准确度。

附图说明

图1-(a)为输入电阻将电流转换为电压后再进行放大电路图；

图1-(b)是利用负反馈降低输入阻抗的电路图；

图2为抗干扰电路原理图；

图3为T型负反馈电流电压转化电路图；

图4为四阶切比雪夫低通滤波器原理图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，其特征在于，包括顺次连接的抗干扰电路、T型负反馈电流电压转换电路和四阶巴特沃斯低通滤波器；接地装置火花放电电流经抗干扰电路后输出到T型负反馈电流电压转换电路的电流输入端，T型负反馈电流电压转换电路的电压输出端连接到四阶巴特沃斯低通滤波器电压输入端。

如图2所示，抗干扰电路包括三同轴插座、第一低阻抗放大器T1和第二低阻抗放大器T2，电阻R31、R32、R33，电容C3；电阻R31的一端与电阻R32 的一端连接，电阻R31的另一端经三同轴插座连接到第一低阻抗放大器T1的负输入端，电阻R32的另一端连接到第二低阻抗放大器T2的负输入端，第二低阻抗放大器T2的正输入端经电阻R33连接到第一低阻抗放大器T1的正输入端；第一低阻抗放大器T1和第二低阻抗放大器T2都是OPA348型放大器。

如图3所示，T型负反馈电流电压转换电路包括LF353运算放大器、电阻 R1、R2、Rc；第一低阻抗放大器T1的输出端与LF353运算放大器的负输入端连接，LF353运算放大器的负输入端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R1与电阻R2之间的连接点与电阻Rc的一端接地，电阻Rc的另一端接地，电阻R2的另一端与LF353运算放大器的输出端连接，LF353运算放大器的正输入端接地。

根据原理图可以得到输出电压V_out的表达式：

由于火花放电电流会在接地装置和放大器负载上分流，所以火花放电电流检测的输入阻抗越小，造成的系统误差相应也会减小。采用T型负反馈电流电压转化电路，能够将输入阻抗降低几个数量级，可以设置R₁＝R_c＝1kΩ,R₂＝2kΩ，使得输出电压范围为2mV～2V，以便后续调理电路对信号整形。

如图4所示，四阶巴特沃斯低通滤波器包括电阻R11、R12、R13、R14、R21、 R22、R23、R24，第一LF353放大器，第二LF353放大器，电容C11、C12、C21、 C22；LF353运算放大器的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端连接与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与第一LF353放大器的正输入端连接，电阻R13的一端与第一LF353放大器的负输入端连接，电阻R13的另一端接地，电阻R14的一端与第一LF353放大器的负输入端连接，电阻R14的另一端与；电容C11的一端与电阻R11和电阻R12之间的连接点连接，电容C11 的另一端与第一LF353放大器的输出端连接，电容C12的一端第一LF353放大器的正输入端连接，电容C12的另一端接地；第一LF353放大器的输出端还与电阻R21连接，电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与第二LF353放大器的正输入端连接，电阻R23的一端与第二LF353放大器的负输入端连接，电阻R23的另一端接地，电阻R24的一端与第二LF353放大器的负输入端连接，电阻R24的另一端与；电容C21的一端与电阻R21和电阻 R22之间的连接点连接，电容C21的另一端与第二LF353放大器的输出端连接，电容C22的一端第二LF353放大器的正输入端连接，电容C22的另一端接地。

为了消除150kHz及以上高频噪声对火花放电电流检测的干扰，通过分析火花放电电流的频率特征，在电流输出端设置四阶契比雪夫低通滤波器器，其中n 阶切比雪夫低通滤波器的振幅和幅频关系如下式：

采用高阻抗，低偏置电流的单芯片双运放器件设置低通滤波器。设定电路中的参数为：C₁₁＝C₁₂＝C₂₁＝C₂₂＝100nF,R₁₁＝R₁₂＝R₂₁＝R₂₂＝10kΩ。截止频率为：

本实用新型采用几个精密小电阻搭建而成的T型负反馈电流电压转化结构的I/V转换电路，相对单个精密超大金属膜电阻，T型负反馈电流电压转化电话能大大降低输入阻抗，能有效减下火花放电电流在接地装置和放大器负载上的分流，进而减小系统误差，配合四阶切比雪夫低通滤波器对离子电流整形，同时运动小信号检测领域先进的抗干扰技术，使检测电流更为精确，该变火花放电电流检测电路不仅适用于火花放电条件下接地装置微小电流检测，也适用于其他电气设备，具有较高实用价值。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，其特征在于，包括顺次连接的抗干扰电路、T型负反馈电流电压转换电路和四阶巴特沃斯低通滤波器；接地装置火花放电电流经抗干扰电路后输出到T型负反馈电流电压转换电路的电流输入端，T型负反馈电流电压转换电路的电压输出端连接到四阶巴特沃斯低通滤波器电压输入端；所述抗干扰电路包括三同轴插座、第一低阻抗放大器T1和第二低阻抗放大器T2，电阻R31、R32、R33，电容C3；电阻R31的一端与电阻R32的一端连接，电阻R31的另一端经三同轴插座连接到第一低阻抗放大器T1的负输入端，电阻R32的另一端连接到第二低阻抗放大器T2的负输入端，第二低阻抗放大器T2的正输入端经电阻R33连接到第一低阻抗放大器T1的正输入端；所述T型负反馈电流电压转换电路包括LF353运算放大器、电阻R1、R2、Rc；第一低阻抗放大器T1的输出端与LF353运算放大器的负输入端连接，LF353运算放大器的负输入端还与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R1与电阻R2之间的连接点与电阻Rc的一端接地，电阻Rc的另一端接地，电阻R2的另一端与LF353运算放大器的输出端连接，LF353运算放大器的正输入端接地；其中，R₁＝R_c＝1kΩ,R₂＝2kΩ。

2.根据权利要求1所述的用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，其特征在于，所述的四阶巴特沃斯低通滤波器包括电阻R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24，第一LF353放大器，第二LF353放大器，电容C11、C12、C21、C22；LF353运算放大器的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端连接与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与第一LF353放大器的正输入端连接，电阻R13的一端与第一LF353放大器的负输入端连接，电阻R13的另一端接地，电阻R14的一端与第一LF353放大器的负输入端连接，电阻R14的另一端与；电容C11的一端与电阻R11和电阻R12之间的连接点连接，电容C11的另一端与第一LF353放大器的输出端连接，电容C12的一端第一LF353放大器的正输入端连接，电容C12的另一端接地；第一LF353放大器的输出端还与电阻R21连接，电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与第二LF353放大器的正输入端连接，电阻R23的一端与第二LF353放大器的负输入端连接，电阻R23的另一端接地，电阻R24的一端与第二LF353 放大器的负输入端连接，电阻R24的另一端与；电容C21的一端与电阻R21和电阻R22之间的连接点连接，电容C21的另一端与第二LF353放大器的输出端连接，电容C22的一端第二LF353放大器的正输入端连接，电容C22的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的用于接地装置火花放电条件下的微小电流检测电路，其特征在于，所述第一低阻抗放大器T1和第二低阻抗放大器T2都是OPA348型放大器。