一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器與測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器及其測(cè)量系統(tǒng)，包括六層環(huán)形PCB板和圍繞六層環(huán)形PCB板形成的絕緣層，每層PCB板上布置有一個(gè)電極，其中奇數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極I，偶數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極II；所述六層環(huán)形PCB板中間設(shè)置有通孔，用于穿過被測(cè)導(dǎo)線。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，降低了絕緣要求，響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)范圍廣，靈敏度高。
【專利說明】一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器與測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電氣工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器，應(yīng)用于配電線路感應(yīng)雷過電壓的測(cè)量；同時(shí)還涉及一種感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路常架設(shè)于自然環(huán)境中，容易受到雷擊等外界因素的影響。我國(guó)35kV及以下配電網(wǎng)線路大多沒有安裝避雷線，加上自身絕緣水平不高，容易發(fā)生雷擊事故，其中由感應(yīng)雷過電壓引起的故障率更是超過了 90%。因此，針對(duì)這一現(xiàn)狀，對(duì)35kV以下架空輸電線路感應(yīng)雷過電壓的測(cè)量就具有了非常重要的意義。
[0003]現(xiàn)目前，雷電流參數(shù)的測(cè)量有遙測(cè)和直接測(cè)量?jī)煞N方式，遙測(cè)是由于雷電探測(cè)天線遠(yuǎn)離雷電發(fā)生點(diǎn)，雷電電磁波在傳播過程中，受地形、建筑物等影響，存在不同程度的衰減和色散，因此，通過遙測(cè)測(cè)量得到的雷電流參數(shù)準(zhǔn)確度不高；直接測(cè)量一般是采用在輸電線路桿塔上安裝磁鋼棒的方法，這種方法優(yōu)點(diǎn)是成本低便于大量安裝，但缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果誤差大，不能記錄雷擊時(shí)間、而且獲取數(shù)據(jù)不方便，勞動(dòng)量非常大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的之一是提供一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器，該傳感器實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，降低了絕緣要求，響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)范圍廣，靈敏度高。本實(shí)用新型的目的之二是提供一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的目的之一是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器，包括六層環(huán)形PCB板和圍繞六層環(huán)形PCB板形成的絕緣層，每層PCB板上布置有一個(gè)電極，其中奇數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極I，偶數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極II。
[0006]進(jìn)一步，所述六層環(huán)狀PCB板中間設(shè)置有通孔，用于穿過被測(cè)導(dǎo)線。
[0007]本實(shí)用新型的目的之二是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)，包括若干個(gè)測(cè)量終端，每個(gè)測(cè)量終端包括:用于在雷電擊導(dǎo)線或附近地面時(shí)產(chǎn)生差動(dòng)信號(hào)的傳感器；將差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路；用于對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行低頻濾波的信號(hào)處理電路；將信號(hào)處理電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的高速采集模塊；和將數(shù)字信號(hào)傳輸至服務(wù)器的GPRS無(wú)線傳輸模塊。
[0008]進(jìn)一步，所述放大電路包括電阻R6、電阻R8、電阻R10、電阻R5、電阻Rll和運(yùn)算放大器；所述電阻R6與運(yùn)算放大器的正向輸入端連接，所述電阻R8與運(yùn)算放大器的反向輸入端連接，所述運(yùn)算放大器與電阻R6的公共端通過電阻R5接地，所述運(yùn)算放大器的反向輸入端與電阻R8的公共端通過電阻Rll接地，所述運(yùn)算放大器的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻RlO與運(yùn)算放大器的調(diào)零端連接，所述運(yùn)算放大器的調(diào)零端接地。
[0009]進(jìn)一步，包括六層環(huán)形PCB板和圍繞六層環(huán)形PCB板形成的絕緣層，每層PCB板上布置有一個(gè)電極，其中奇數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極I，偶數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極II。
[0010]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)傳感器實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，降低了絕緣要求，響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)范圍廣，靈敏度高。
[0012](2)通過無(wú)線GPRS數(shù)字化傳輸，保證了信號(hào)的實(shí)時(shí)性，將測(cè)得的波形及大小及時(shí)傳回PC終端監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。
[0013](3)D-dot測(cè)量系統(tǒng)成本低，體積小，安裝方便，適合大面積布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0015]圖1為基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器截面圖；
[0017]圖3為基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)框圖；
[0018]圖4為放大電路電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例一
[0021]D-dot傳感器是通過測(cè)量電位移矢量的變化率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電沖擊電壓信號(hào)的測(cè)量。當(dāng)雷電擊在被測(cè)導(dǎo)線上或?qū)Ь€附近地面時(shí)，傳感器的電極會(huì)通過電場(chǎng)耦合感應(yīng)出電荷，當(dāng)變化的感應(yīng)電荷流過與電極相連接的測(cè)量電阻時(shí)，產(chǎn)生的電阻壓降與被測(cè)導(dǎo)體電位在傳感器測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的變化率成正比。
[0022]基于上述思想，本實(shí)用新型提供一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器。傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中I是被測(cè)導(dǎo)線穿過的通孔rl = 3?5cm ;為了使多重環(huán)狀并聯(lián)電極的結(jié)構(gòu)被用于較小的體積下，并且使其達(dá)到更高的測(cè)量精度和較好的絕緣程度，將電極加工成銅層的印刷電路板(PCB板)如圖2所示，r2 = 10?13cm ；3為傳感器絕緣材料層r3= 17?20cm。Vdif為傳感器電極I和電極II的差動(dòng)輸入電壓，后接信號(hào)放大、處理電路。
[0023]圖2所示為傳感器的PCB板的截面圖，經(jīng)計(jì)算當(dāng)PCB板為六層時(shí)，傳感器才能工作于自積分狀態(tài)。每一層PCB板設(shè)置有一個(gè)電極，將圖中4、5、6號(hào)電極并聯(lián)組成電極I，7、8、9號(hào)電極并聯(lián)組成電極II，并聯(lián)在一起的電極具有相同的電位。電極I和電極II的電壓差信號(hào)AU接后續(xù)電路。
[0024]本實(shí)新型所述的D-dot傳感器實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，降低了絕緣要求，響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)范圍廣，靈敏度高。
[0025]實(shí)施例二
[0026]如圖3所示，本實(shí)用新型還提供一種基于D-dot原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)，包括若干個(gè)測(cè)量終端，每個(gè)測(cè)量終端包括傳感器、放大電路、信號(hào)處理電路、高速采集模塊和將數(shù)字信號(hào)傳輸至服務(wù)器的GPRS無(wú)線傳輸模塊。
[0027]所述傳感器用于在雷電擊導(dǎo)線或附近地面時(shí)，測(cè)得一對(duì)具有不同電位的電極之間的差動(dòng)信號(hào)；其結(jié)構(gòu)采用實(shí)施例一中的傳感器結(jié)構(gòu)。
[0028]由于前述的傳感器的輸出信號(hào)為一對(duì)具有不同電位的電極之間的差動(dòng)信號(hào)AU，需要將其進(jìn)行放大，以便后續(xù)電路對(duì)信號(hào)的處理。所述放大電路對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大，使其滿足AD要求。如圖4所示，所述放大電路包括電阻R6、電阻R8、電阻R10、電阻R5、電阻Rll和運(yùn)算放大器；所述電阻R6與運(yùn)算放大器的正向輸入端連接，所述電阻R8與運(yùn)算放大器的反向輸入端連接，所述運(yùn)算放大器與電阻R6的公共端通過電阻R5接地，所述運(yùn)算放大器的反向輸入端與電阻R8的公共端通過電阻RlI接地，所述運(yùn)算放大器的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻RlO與運(yùn)算放大器的調(diào)零端連接，所述運(yùn)算放大器的調(diào)零端接地。
[0029]傳感器的輸出信號(hào)中，存在一些工頻等低頻干擾信號(hào)，所述信號(hào)處理電路用于對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行高通濾波，濾除低頻干擾信號(hào)。
[0030]所述高數(shù)采集模塊的任務(wù)是采集由傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸入GPRS無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。
[0031]無(wú)線傳輸模塊采用GPRS傳輸數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和通信。GPRS無(wú)線傳輸支持IP協(xié)議，而且是因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的協(xié)議。GPRS能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線接入。利用移動(dòng)通信服務(wù)建立虛擬專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可以將偏遠(yuǎn)地方變電站(或監(jiān)控遠(yuǎn)程終端)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控遠(yuǎn)程終端與電力監(jiān)控中心的GPRS無(wú)線通信。GPRS無(wú)線通信的穩(wěn)定性、安全性、實(shí)時(shí)性、開放性都很好，其擴(kuò)展能力和經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)通信方式更具優(yōu)勢(shì)。
[0032]服務(wù)器進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，得出對(duì)地閃密度、地閃頻數(shù)等雷電參數(shù)。
[0033]本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):1、通過無(wú)線GPRS數(shù)字化傳輸，保證了信號(hào)的實(shí)時(shí)性，將測(cè)得的波形及大小及時(shí)傳回PC終端監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)；2、測(cè)量系統(tǒng)成本低，體積小，安裝方便，適合大面積布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
[0034]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于0-如丨原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器，其特征在于:包括六層環(huán)形板和圍繞六層環(huán)形板形成的絕緣層，每層板上布置有一個(gè)電極，其中奇數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極I，偶數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極II。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于0-如丨原理的感應(yīng)雷過電壓傳感器，其特征在于:所述六層環(huán)形板中間設(shè)置有通孔，用于穿過被測(cè)導(dǎo)線。
3.基于0-如丨原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括若干個(gè)測(cè)量終端，每個(gè)測(cè)量終端包括: 用于在雷電擊導(dǎo)線或附近地面時(shí)輸出差動(dòng)信號(hào)的傳感器； 將差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路； 用于對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行低頻濾波的信號(hào)處理電路； 將信號(hào)處理電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的高速采集模塊； 和將數(shù)字信號(hào)傳輸至服務(wù)器的⑶舊無(wú)線傳輸模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于0-如丨原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述放大電路包括電阻冊(cè)、電阻狀、電阻町0、電阻陽(yáng)、電阻811和運(yùn)算放大器；所述電阻尺6與運(yùn)算放大器的正向輸入端連接，所述電阻狀與運(yùn)算放大器的反向輸入端連接，所述運(yùn)算放大器與電阻冊(cè)的公共端通過電阻奶接地，所述運(yùn)算放大器的反向輸入端與電阻狀的公共端通過電阻町1接地，所述運(yùn)算放大器的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻[0與運(yùn)算放大器的調(diào)零端連接，所述運(yùn)算放大器的調(diào)零端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于040丨原理的感應(yīng)雷過電壓測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括六層環(huán)形板和圍繞六層環(huán)形板形成的絕緣層，每層板上布置有一個(gè)電極，其中奇數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極I，偶數(shù)層上的電極并聯(lián)形成電極II。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK204166047SQ201420550217
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】李兵, 文金峰, 李中建, 劉振民, 朱永勝, 朱曉文, 劉杰, 楊益 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)重慶彭水縣供電有限責(zé)任公司