CN209821283U - 瞬态浪涌电能检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电气技术领域，提供了一种瞬态浪涌电能检测装置，包括电磁感应模块、采集模块、积分模块以及模数转换模块。采集模块用于采集电磁感应模块产生的感应电动势及产生感应电动势的时间信息。积分模块用于对采集信息进行积分，得到模拟的感应电动势积分值并发送给模数转换模块，模数转换模块能实现输出数字的感应电动势积分值，以使智能监控系统根据该数字的感应电动势积分值计算经过所述浪涌保护装置的瞬态浪涌电能。本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置简单实用，有效、准确地采集经过该浪涌保护装置的瞬态浪涌能量，为该浪涌保护装置的更换或维修提供了有效数据，进而能够保障电气设备的安全。

Description

瞬态浪涌电能检测装置

技术领域

本实用新型属于电气设备技术领域，尤其涉及一种瞬态浪涌电能检测装置。

背景技术

电气设备应用中，因为存在强电与弱点之间的“链接”关系，经常因为直击雷、感应雷、操作过电压等因素，引入瞬态浪涌电流。

为保障人身安全和设备的可靠运行，电气设备必须接地，并在电气设备设备中增加浪涌保护装置SPD(SurgeprotectionDevice)，以便当浪涌电流袭击电气设备时，将浪涌电流泄放到大地上。按照相关标准(GB/17626.5－1999《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》)的要求，若最大放电电流I大于SPD的最大通流量Imax一次，或者标称放电电流In20次，SPD就会损坏，即使没有达到In的浪涌电流，事实上也会对SPD造成损伤，从而缩短其寿命，降低保护等级，给个人和设备安全带来危害。

现有技术无法精准检测瞬态浪涌电能，存在无法排除干扰，无法将检测到的瞬态浪涌电能有效传递给智能监控系统进行处理，对SPD的劣化率无法进行预警计算，无法提前维护并更换劣化率超标的SPD，无法保障电气设备安全的问题。上述现有技术无法解决的问题对电气设备的安全带极其重要，特别是在一些安全性要求非常高，而又无人值守，全靠定期巡检查看的应用场所，如铁路信号电气设备，无线通讯基站，导航站，野外监测点等应用场景。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种瞬态浪涌电能检测装置，旨在解决现有技术无法精确检测瞬态浪涌电能，导致无法保障电气设备安全的问题。

本实用新型是这样实现的，一种瞬态浪涌电能检测装置，包括电磁感应模块、采集模块、积分模块以及模数转换模块；

所述电磁感应模块，包括中空状的骨架以及绕置于所述骨架上的感应导线，所述感应导线经绕置后，形成多个感应线圈，所述感应线圈的径向截面的投影形状为圆形，经过浪涌保护装置的接地导线穿过所述感应线圈后接地，所述感应导线的两端为所述电磁感应模块的输出端，所述电磁感应模块的输出端与所述采集模块的输入端相连接；

所述采集模块，用于采集所述电磁感应模块产生的感应电动势，及获取所述电磁感应模块产生所述感应电动势的时间信息，将所述感应电动势和所述时间信息作为采集信息发送给所述积分模块；

所述积分模块，用于对所述采集信息进行积分，得到模拟的感应电动势积分值，将所述模拟的感应电动势积分值发送给所述模数转换模块；

模数转换模块，用于将所述模拟的感应电动势积分值转换为数字的感应电动势积分值，并将所述数字的感应电动势积分值发送给所述智能监控系统，以使所述智能监控系统根据所述数字的感应电动势积分值计算经过所述浪涌保护装置的瞬态浪涌电能。

进一步地，所述瞬态浪涌电能检测装置还包括：

远程变送模块，与所述模数转换模块相连接，用于对所述数字的感应电动势积分值进行包括信号放大、滤波的处理，将得到的处理信号通过无线传输协议发送给所述智能监控系统。

进一步地，所述瞬态浪涌电能检测装置还包括：

保护模块，与所述瞬态浪涌电能检测装置中的其他模块相连接，用于为所述瞬态浪涌电能检测装置中的其他模块提供保护措施。

进一步地，所述骨架的形状为圆环状。

进一步地，所述骨架为中空的矩形框架。

进一步地，所述骨架采用相对磁导率为1的非磁化材料。

进一步地，所述瞬态浪涌电能检测装置还包括壳体；

所述壳体对应所述骨架的中空的位置具有中空区域。

进一步地，所述采集模块、积分模块以及模数转换模块均集成在一块电路基板上，并共同构成电路板组件，所述电路板组件及电磁感应模块均安装于所述壳体内。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置包括电磁感应模块、采集模块、积分模块以及模数转换模块，通过采集模块采集电磁感应模块产生的感应电动势，并通过积分模块进行积分后，将得到的感应电动势积分值发送给模数转换模块，模数转换模块能实现输出数字信号，以使智能监控系统直接能够根据数字信号进行计算。本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置简单实用，能有效、准确地采集经过该浪涌保护装置的瞬态浪涌能量，为该浪涌保护装置的更换或维修提供了有效数据，进而能够保障电气设备的安全。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置的结构示意图；

图2a是图1所示实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置的立体结构示意图；

图2b是图1所示实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置的剖视示意图；

图2c是图1所示实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置套在接地导线周缘上的剖视示意图；

图2d是图1所示实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置套在接地导线周缘上的立体结构示意图；

图2e是图1所示实施例提供的另一种瞬态浪涌电能检测装置的立体结构示意图；

图2f是图1所示实施例提供的另一种瞬态浪涌电能检测装置的剖视示意图；

图2g是图1所示实施例提供的另一种瞬态浪涌电能检测装置套在接地导线周缘上的剖视示意图；

图2h是图1所示实施例提供的另一种瞬态浪涌电能检测装置套在接地导线周缘上的立体结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置的结构示意图；

图4是本实用新型又一实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的采集模块的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的积分模块的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的模数转换模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种瞬态浪涌电能检测装置10，包括电磁感应模块101、采集模块102、积分模块103以及模数转换模块104。

电磁感应模块101，包括中空状的骨架1以及绕置于所述骨架1上的感应导线，所述感应导线经绕置后，形成多个感应线圈，所述感应线圈的径向截面的投影形状为圆形，经过浪涌保护装置的接地导线200穿过所述感应线圈后接地，所述感应导线的两端为所述电磁感应模块101的输出端，电磁感应模块101的输出端与采集模块102的输入端相连接。

具体的，瞬态浪涌电能检测装置10中的骨架1形状根据接地导线200的形状或类型进行调整。例如，请参见图2a及图2d，该接地导线200的截面为圆形，为了与接地导线200的形状匹配，骨架1呈圆环状，瞬态浪涌电能检测装置10的壳体2上的中空区域21也呈圆形，以便接地导线200穿过。请参见图2e及图2h，该接地导线200的截面呈矩形，骨架1呈中空的矩形状，电磁感应模块101的壳体2上的中空区域21也呈矩形状。

采集模块102，用于采集电磁感应模块101产生的感应电动势，及获取电磁感应模块101产生所述感应电动势的时间信息，将所述感应电动势和所述时间信息作为采集信息发送给积分模块103。

积分模块103，用于对所述采集信息进行积分，得到感应电动势积分值，将所述感应电动势积分值发送给智能监控系统，以使所述智能监控系统根据所述感应电动势积分值计算经过所述浪涌保护装置的瞬态浪涌电能。

在本实用新型实施例中，积分模块积分得到的是模拟信号，为了实现输出数字信号，以使智能监控系统直接能够根据数字信号进行计算，本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置还包括

模数转换模块104，与积分模块103相连接，用于将模拟的感应电动势积分值转换为数字的感应电动势积分值，并将所述数字的感应电动势积分值发送给所述智能监控系统。

本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置包括中空的骨架，该骨架上绕置有感应导线，将该瞬态浪涌电能检测装置安装在电气设备柜中，将该电气设备的接地导线穿过该瞬态浪涌电能检测装置的中空位置，即完成安装。本实用新型实施例通过电磁感应模块中的感应线圈产生感应电动势，采集模块进行感应电动势的采样及产生感应电动势的时间进行采集，将采集到的感应电动势和时间发送给积分模块进行积分，得到感应电动势积分值，将该感应电动势积分值发送给智能监控系统，以使智能监控系统根据该感应电动势积分值计算经过该浪涌保护装置的瞬态浪涌电能。具体地，积分模块可将感应电动势积分值发送给智能监控系统外，还可以按照实际要求与其他系统连接，以将感应电动势积分值发送给其他系统。

本实施例的采集模块102、积分模块103以及模数转换模块104均集成在一块电路基板上，并共同构成电路板组件，电路板组件及电磁感应模块101均安装于所述壳体2内。通过将各个模块集成在一起，并统一装配于壳体2内，使得检测装置集成度高、体积小巧、便于安装、检测，同时抗干扰能力强。

具体地，本实用新型实施例通过无线传输协议与智能监控系统进行数据交互，为了提高抗扰能力，并对信号进行放大，以使智能监控系统更好的接收信号，如图3所示，本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置还包括：

远程变送模块105，与模数转换模块104相连接，用于对所述数字的感应电动势积分值进行包括信号放大、滤波的处理，将得到的处理信号通过无线传输协议发送给所述智能监控系统，以使所述智能监控系统根据所述处理信号计算经过所述浪涌保护装置的瞬态浪涌电能。

在本实施例中，使用远程变送模块的作用和好处：1)数字信号放大；2)提升抗干扰能力；3)装置内部不需要电源供电

如图4所示，本实用新型实施例提供的瞬态浪涌电能检测装置还包括：

保护模块106，与所述瞬态浪涌电能检测装置中的其他模块相连接，用于为所述瞬态浪涌电能检测装置中的其他模块提供保护措施。

图5示出了本实用新型实施例提供的采集模块102的详细结构，包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第一电容C1；

第一二极管D1的正极连接第二二极管D2的负极，第一二极管D1的负极连接第三二极管D3的负极；第三二极管D3正极连接所述第四二极管D4的负极；第四二极管D4的正极连接第二二极管的正极，采集模块103的第一输出端连接于第一二极管D1的负极和第三二极管D3的负极之间，采集模块103的第二输出端连接于第二二极管D1的正极和第四二极管D3的正极之间，第一电容C1连接于采集模块103的第一输出端和第二输出端之间。

其中，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4均为肖特耐二极管，第一电容C1为储能电容。

图6示出了本实用新型实施例提供的积分模块103的详细结构，积分模块103包括第一电阻R1和第二电容C2；

第一电阻R1的第一端连接积分模块103的第一输入端，第一电阻R1的第二端连接积分模块103的第一输出端；积分模块103的第二输入端连接其第二输出端；第二电容C2连接于积分模块103的第一输出端和第二输出端之间；

其中，积分模块103的第一输入端与采集模块102的第一输出端相连接，积分模块103的第二输入端与采集模块102的第二输出端相连接。

图7示出了本实用新型实施例提供的模数转换模块104的详细结构，包括第二电阻R2、寄生电容Cgs和场效应管T1；

第二电阻R2的第一端与模数转换模块104的第一输入端，第二电阻R2的第二端连接场效应管T1的栅极；模数转换模块104的第二输入端与其第二输出端相连接；场效应管T1的漏极连接模数转换模块104的第一输出端，场效应管T1的源极连接模数转换模块104的第二输出端；寄生电容Cgs连接于场效应管T1和模数转换模块104的第二输出端之间。

在本实用新型实施例中，通过以下公式1计算瞬态浪涌电能：

其中μ₀＝4π×10^-7N·A^-2是真空(空气)的磁导率，ε为感应电动势，n为感性线圈的匝数，S为感应线圈的单圈截面积，θ为感应线圈平面与磁力线的夹角，r为感应线圈任一点到穿过中心的接地导线的距离。t₀和t为产生浪涌电流的起止时间。

上述公式1完整地体现了浪涌电流的能量积分；t₀和t条件起止，在《GBT33588.6-2016雷电防护系统部件(LPSC)第6部分：雷击计数器(LSC)的要求》中的要求是I_tc＝0.5KA的8/20μs波形电流(接SPD时)，实际工程上也可通过改变参数n来调整此值。

针对上述公式1的参数，本实用新型实施例的具体设置为：

1、μ₀是真空(空气)的磁导率，是一个常数，所以本实施例提供的装置中，绕置有感应线圈的骨架，将采用相对磁导率为1的非磁化材料，比如PVC等，从而保证了磁导率不会因为时间，外部应力而发生变化；

2、骨架的物理尺寸和线圈绕制的匝数，决定了公式中的S和n为常数；

3、装置的外部尺寸，结构上决定了穿过线圈的泄流导体(接地导线)与感应线圈垂直成90°，从而保证了穿过感应线圈绕组的磁力线与绕组垂直成θ＝90°，于是cosθ＝1；

4、由于接地导线从中心穿过，无论线径多大，线中心到线圈中的距离积分也就是固定值，不会因为偏心而造成积分值变化。

这样上述公式1就简化成以下公式2：

其中：为一个固定值，所以在电路处理中，只需要检测出(t-t0)，和感应电动势的积分即可精确测量到瞬态浪涌电流积分。

在本实用新型的一个实施例中，通过图4来解决实际应用中浪涌电能检测的问题，如图4所示：

瞬态浪涌电能检测装置，包含电磁感应模块101、采集模块102、积分模块103、模数转换模块104、远程变送模块105和保护模块106等。浪涌电流泄放线(接地导线)穿过感应线圈，由于瞬态电流的变化ΔI/Δt而产生感应电动势ε，并同时检测到产生感应电动势的时间(t-t₀)＝Δt。在积分模块中，完成对能量的积分。

该瞬态浪涌电能检测装置由于安装在工况环境比较复杂之地，传输线路远(有时远达3km)，因此线路中不含电源供电电路。电路设计中由于瞬态浪涌的流向不确定，但其损害是一样的，且变化速度在μs级，所以采集模块102采用肖特基二极管组成的全波整流电路，如图5所示：

图5中L为感应线圈，D1～D4为肖特基二极管，C1为储能电容。该采集模块102在采集感应电流外，还完成第一级积分电路。在C1之后，接入模数转换模块104，以及远程变送模块105等，其中,1和T1的寄生电容C_gs，构成了第三级积分电路。

上述电路模块的组合，不仅仅简单实用，有效、准确地采集的瞬态浪涌能量，排除了因为产品制作，安装等外界因素造成的差异，同时抗干扰能力强，远程传输无误，解决了室外(野外)采集传送到室内监测中心数据处理的问题。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种瞬态浪涌电能检测装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，包括电磁感应模块、采集模块、积分模块以及模数转换模块；

所述电磁感应模块，包括中空状的骨架以及绕置于所述骨架上的感应导线，所述感应导线经绕置后，形成多个感应线圈，所述感应线圈的径向截面的投影形状为圆形，经过浪涌保护装置的接地导线穿过所述感应线圈后接地，所述感应导线的两端为所述电磁感应模块的输出端，所述电磁感应模块的输出端与所述采集模块的输入端相连接；

所述采集模块，用于采集所述电磁感应模块产生的感应电动势，及获取所述电磁感应模块产生所述感应电动势的时间信息，将所述感应电动势和所述时间信息作为采集信息发送给所述积分模块；

所述积分模块，用于对所述采集信息进行积分，得到模拟的感应电动势积分值，将所述模拟的感应电动势积分值发送给所述模数转换模块；

模数转换模块，用于将所述模拟的感应电动势积分值转换为数字的感应电动势积分值，并将所述数字的感应电动势积分值发送给智能监控系统，以使所述智能监控系统根据所述数字的感应电动势积分值计算经过所述浪涌保护装置的瞬态浪涌电能。

2.如权利要求1所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述瞬态浪涌电能检测装置还包括：

远程变送模块，与所述模数转换模块相连接，用于对所述数字的感应电动势积分值进行包括信号放大、滤波的处理，将得到的处理信号通过无线传输协议发送给所述智能监控系统。

3.如权利要求1或2所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述瞬态浪涌电能检测装置还包括：

保护模块，与所述瞬态浪涌电能检测装置中的其他模块相连接，用于为所述瞬态浪涌电能检测装置中的其他模块提供保护措施。

4.如权利要求1所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述骨架的形状为圆环状。

5.如权利要求1所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述骨架为中空的矩形框架。

6.如权利要求4或5所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述骨架采用相对磁导率为1的非磁化材料。

7.如权利要求1所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述瞬态浪涌电能检测装置还包括壳体；

所述壳体对应所述骨架的中空的位置具有中空区域。

8.如权利要求7所述的瞬态浪涌电能检测装置，其特征在于，所述采集模块、积分模块以及模数转换模块均集成在一块电路基板上，并共同构成电路板组件，所述电路板组件及电磁感应模块均安装于所述壳体内。