基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，包括上屏蔽殼2、下屏蔽殼3、印制電路板微分環(huán)4，所述上屏蔽殼2與下屏蔽殼3配合形成一個密閉的空心殼體，所述印制電路板微分環(huán)4設(shè)置于空心殼體內(nèi)的空腔內(nèi)；所述印制電路板微分環(huán)4包括基板，所述基板上設(shè)置有經(jīng)蝕刻而成的螺旋線圈，所述線圈的兩端分別經(jīng)過導線6引出空心殼體外。本發(fā)明利用基于法拉第電磁感應定律的印制電路板微分環(huán)，實現(xiàn)非接觸式測量，能夠準確的測量輸電線路中的雷電流波形，可對雷電流全波參數(shù)進行測量，測量精度高，成本低，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
【專利說明】基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷電流測量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及架空輸電線路的雷電流參數(shù)在線監(jiān)測傳感器，具體涉及一種基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但由于其分布幅員遼闊，極易遭受雷擊從而發(fā)生雷擊故障事故。為了減小雷害事故，提高電網(wǎng)供電的可靠性，必須采取切實有效的防雷保護措施。雷電參數(shù)在電網(wǎng)防雷中具有非常重要的作用，準確的雷電參數(shù)不僅是電網(wǎng)防雷設(shè)計的基礎(chǔ)，還是研究雷電特性、分析雷害事故等的前提。目前我國線路防雷措施的制定因缺乏雷電參數(shù)而具有一定的盲目性，且由于地域等差異導致各地雷電參數(shù)大相近庭，故需要根據(jù)當?shù)乩讚羟闆r針對性地采取合理的防雷措施，從而實現(xiàn)差異化防雷。廣泛開展對雷電流的直接測量獲得準確的雷電參數(shù)，對解決雷電參數(shù)缺乏的難題具有非常重要的意義
[0003]現(xiàn)有直接測量雷電流裝置有基于磁帶、磁棒法的傳感器，如申請?zhí)枮?00410037602.0的“磁帶式雷電流陡度記錄測量儀”專利，利用外殼、兩個非平行放置的磁卡、預錄有基準信號的磁帶測量磁帶上所流過的雷電流的陡度與幅值。該測量儀的主要缺點是:只能測量雷電流的幅值和陡度，不能測量雷電流的波形及雷電流的極性，且每次測量之后都必須及時讀數(shù)，不能實現(xiàn)對雷電流的實時在線監(jiān)測，重復測量比較麻煩等。
[0004]應用最廣泛的是能夠測量雷電流全波形的羅格夫斯基線圈，如申請?zhí)枮?00820029454.1的“架空輸電線路雷擊記錄裝置”專利，其雷電流傳感器為羅格夫斯基線圈(簡稱羅氏線圈)的大電流傳感器，被測電流的載流導體需穿過羅氏線圈的中心。再如申請?zhí)枮镃N102944716A的“基于印制電路板的羅戈夫斯基線圈的雷電流傳感器”專利，該專利能夠測量雷電流并且具有測量頻帶寬，測量精度高，工作可靠且穩(wěn)定性好，便于安裝和推廣等特點。再如申請?zhí)枮镃N103558448A的“一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測裝置”專利，該利用多個金屬棒和多個雷電流傳感器以實現(xiàn)多通道雷電流監(jiān)測。再如申請?zhí)枮?00520070558.3的“基于數(shù)字積分的空芯線圈電流互感器”專利，利用數(shù)字積分對空芯線圈的輸出信號進行積分，積分由可編程邏輯控制期間FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA同時完成對電路的邏輯控制及有關(guān)數(shù)字計算。以上幾種專利中所涉及到的傳感器均為羅格夫斯基線圈，其主要缺點是:被測電流的載流導體必須穿過羅氏線圈的中心，這給羅氏線圈在輸電桿塔上的安裝帶來了非常大的困難。若在輸電桿塔上安裝引雷針作為雷電流的載流導體，這勢必會增加輸電桿塔被雷擊的概率，對電力系統(tǒng)的安全運行帶來隱患；若將羅氏線圈安裝于絕緣子串金具處，這對于絕緣子未發(fā)生雷擊閃絡(luò)時的雷電流就不能進行測量。這些因素都限制了將羅氏線圈應用于架空輸電線路的雷電流測量。
[0005]為了解決穿心式線圈的缺點，實現(xiàn)非接觸式監(jiān)測的目的，一種新型的雷電流傳感器出現(xiàn)。如申請?zhí)枮镃N202601406U的“基于非貫穿式空心線圈智能化/網(wǎng)絡(luò)化電子式電流互感器”專利，該專利電流采樣傳感器包括空心電感線圈和矩形導電骨架，空心電感線圈焊接于矩形導電骨架印制板上，結(jié)合數(shù)字積分器實現(xiàn)對微分信號的還原以獲得被測電流全波形。該傳感器的缺點主要是:該傳感器感應的是矩形導電骨架區(qū)域中的磁場，而空心電感線圈與載流導體電流形成的磁場方向相平行，無法真正起到感應電流的作用，且數(shù)字積分、放大移相等單元仍為有源元件，因此存在電源問題而無法應用于野外環(huán)境中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于此，本發(fā)明提供一種基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，該傳感器作為基于微分環(huán)的雷電流測量傳感器的改進形式，在具有其非接觸式、準確度高、響應速度快、安裝方便等特點外，采用印制電路板的結(jié)構(gòu)形式，有利于批量生產(chǎn)加工，為傳感器的推廣提供可能；結(jié)合數(shù)字積分形式，可對傳感器所測的微分信號，利用數(shù)字積分程序?qū)崿F(xiàn)波形的還原，保留了傳感器無源化的特點。
[0007]本發(fā)明的工作原理:如圖1所示，圖中i(t)為雷電流，M為互感，e(t)為感應電勢，L為印制電路板微分環(huán)自感，r為印制電路板微分環(huán)電阻，C為雜散電容，u(t)為微分信號。當輸電線路導線I和避雷線流過雷電流時，在導線和避雷線周圍會產(chǎn)生一個暫態(tài)磁場。當暫態(tài)磁場穿過印制電路板微分環(huán)時，其引出線兩端會產(chǎn)生一個與磁通量對時間的變化率-

【權(quán)利要求】
1.基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，包括環(huán)狀上屏蔽殼(2)和環(huán)狀下屏蔽殼(3)，其特征在于:還包括印制電路板微分環(huán)(4)，所述環(huán)狀上屏蔽殼(2)與環(huán)狀下屏蔽殼(3)配合形成一個密閉的具有內(nèi)環(huán)和外環(huán)的環(huán)狀空心殼體；所述印制電路板微分環(huán)(4)設(shè)置于空心殼體的空腔內(nèi)；所述印制電路板微分環(huán)(4)包括基板，所述基板上設(shè)置有沿內(nèi)環(huán)依次環(huán)繞并向外延伸的螺旋線圈，所述螺旋線圈的兩端分別經(jīng)過導線(6)引出空心殼體外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，其特征在于:所述環(huán)狀上屏蔽殼的端面上沿著內(nèi)環(huán)的內(nèi)邊緣設(shè)置有一圈凸緣，所述環(huán)狀下屏蔽殼的端面沿著內(nèi)環(huán)的邊緣下凹形成一圈與凸緣配合的臺階；所述環(huán)狀上屏蔽殼的端面上沿著外環(huán)的外邊緣設(shè)置有一圈凸緣，所述環(huán)狀下屏蔽殼的端面沿著外環(huán)的外邊緣下凹形成一圈與凸緣配合的臺階。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，其特征在于:所述環(huán)狀上屏蔽殼與環(huán)狀下屏蔽殼的材料相同，為鋁或銅；所述環(huán)狀上屏蔽殼與環(huán)狀下屏蔽殼一側(cè)沿傳感器的軸線方向開設(shè)有1_2_貫通縫隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，其特征在于:所述螺旋線圈的匝數(shù)為1-100，螺旋線圈的繞線線寬為6-50mil，螺旋線圈的繞線直徑為 2000-5000mil。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印制電路板和數(shù)字積分的微分環(huán)雷電流傳感器，其特征在于:所述空心殼體的外側(cè)安裝有一帶法蘭盤的同軸電纜(7)，螺旋線圈的兩端分別通過導線與同軸電纜的地線和芯線連接，所述同軸電纜的另一端與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入端相連，用以實時采集雷電流微分信號。
【文檔編號】G01R19/00GK104076185SQ201410341141
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】姚陳果, 龍羿, 米彥, 李成祥, 王俊凱, 廖瑞金, 劉鑫 申請人:重慶大學