一種雷電流測(cè)量線圈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及了一種雷電流測(cè)量裝置，具體涉及一種測(cè)量雷電流的線圈。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷電是一種能產(chǎn)生大電流、高電壓的自然現(xiàn)象，雷電事故會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)生活造 成巨大危害。而雷電流測(cè)量對(duì)研究雷電特性及研究相應(yīng)的雷電防護(hù)措施有著重要的意義。 目前常用的針對(duì)雷電流測(cè)量方法主要包括磁鋼棒法、磁帶法和羅氏線圈測(cè)量法三種。磁鋼 棒法利用雷電流產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使鋼棒磁化，由于磁鋼棒有較強(qiáng)的磁驕頑特性，雷電流通過 之后會(huì)殘留較大的剩磁，通過檢測(cè)剩磁的大小即可得知雷電流的大小，磁鋼棒一般放置于 避雷針處進(jìn)行測(cè)量。磁帶法主要采用高靈敏度的磁帶預(yù)錄基準(zhǔn)信號(hào)，安裝在避雷針等載流 體附近，雷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)及磁帶上的感應(yīng)電流會(huì)改變磁帶上的磁籌，抹掉基準(zhǔn)信號(hào)。且抹 去部分的長(zhǎng)度與幅值大小呈現(xiàn)比例關(guān)系，從而可以測(cè)量出雷電流幅值。羅氏線圈測(cè)量是利 用電磁感應(yīng)原理，使用羅氏線圈作為電流互感器，將羅氏線圈環(huán)繞在測(cè)針上，通過電纜、光 纖或無線通訊等手段將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行分析處理。
[0003] 磁鋼棒法由于磁鋼棒的原料配方及生產(chǎn)工藝具有分散性，其檢測(cè)方法受環(huán)境因素 的影響較大，可能會(huì)，剩磁的檢測(cè)方法對(duì)結(jié)果偏差影響較大，在磁鋼棒的運(yùn)輸過程中也可能 會(huì)倒是磁性減弱。所以磁鋼棒發(fā)的測(cè)試靈敏度較低，誤差較大，通常誤差可達(dá)10% -30%。
[0004] 磁帶法不能實(shí)時(shí)測(cè)量雷電流數(shù)據(jù)，且在測(cè)量過程中需要預(yù)制大量磁帶，需要的磁 帶數(shù)較多，處理操作不便，不能滿足雷電流測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)快速簡(jiǎn)單的操作需求，不利于廣泛開展 雷電流參數(shù)及特性的實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0005] 羅氏線圈法量程固定，對(duì)超過量程的雷電流會(huì)產(chǎn)生截止效應(yīng)，固定安裝于避雷針 上，且由于固定物遭受雷擊的概率較小，所以測(cè)量周期較長(zhǎng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本申請(qǐng)的實(shí)用新型目的在于解決目前的雷電流測(cè)量設(shè)備存在的上述技術(shù)問題，而 提供一種測(cè)量全面，準(zhǔn)確性高，測(cè)量周期短且應(yīng)用簡(jiǎn)便的雷電流測(cè)量線圈。
[0007] 為了完成本申請(qǐng)的實(shí)用新型目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案：
[0008] 本實(shí)用新型的雷電流測(cè)量線圈，包括多個(gè)并聯(lián)的量程不同的線圈，所述線圈包括 直線型骨架，所述直線型骨架上均勻纏繞著漆包線構(gòu)成空心單層直線式線圈，所述線圈內(nèi) 部設(shè)有匹配電阻，所述匹配電阻使用環(huán)氧樹脂澆注集成到所述線圈內(nèi)，所述匹配電阻串入 線圈電纜首端的芯線中。
[0009] 本實(shí)用新型所述測(cè)量線圈的外部設(shè)置保護(hù)盒，所述保護(hù)盒垂直漆包線方向上開 槽，槽內(nèi)放置所述線圈屏蔽外部磁場(chǎng)。
[0010] 本實(shí)用新型所述直線型骨架采用非鐵磁性材料制成，所述測(cè)量線圈和匹配電阻使 用BNC接頭與外部的數(shù)據(jù)采集卡連接。
[0011] 本實(shí)用新型所述線圈和數(shù)據(jù)采集卡之間串聯(lián)調(diào)壓模塊，所述數(shù)據(jù)采集卡通過光纖 模塊使用光纖傳輸信號(hào)給計(jì)算機(jī)。
[0012] 本實(shí)用新型的雷電流測(cè)量線圈與現(xiàn)有技術(shù)相比區(qū)別在于：1)通過多組線圈測(cè)量 雷電流，可以減小測(cè)量數(shù)據(jù)的分散性，得到的雷電流幅值參數(shù)更為準(zhǔn)確，并使用多個(gè)不同量 程線圈并聯(lián)，進(jìn)一步提高了測(cè)量線圈的測(cè)量精度，相較于現(xiàn)有的磁鋼棒法、磁帶法及羅氏線 圈法測(cè)量的雷電流幅值更為可靠。
[0013] 2)有完整的線圈理論分析及電氣參數(shù)分析，并通過電氣參數(shù)分析選定合適的線圈 結(jié)構(gòu)參數(shù)，整體測(cè)量線圈的設(shè)計(jì)過程及應(yīng)用過程較為簡(jiǎn)便。
[0014] 3)測(cè)量時(shí)測(cè)量線圈不用設(shè)在雷電流載體上，由于雷電流通常有較大幅值，測(cè)量線 圈在測(cè)量時(shí)距離雷電流載流體距離相對(duì)較遠(yuǎn)，保證了測(cè)量系統(tǒng)的安全性。
[0015] 4)考慮匹配電阻的特性，將線圈與匹配電阻進(jìn)行封裝，使測(cè)量線圈在測(cè)量過程中 使用更加簡(jiǎn)便。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實(shí)用新型的線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)積分式線圈等效電路圖；
[0018] 圖3是本實(shí)用新型的雷電流測(cè)量線圈與一次導(dǎo)體的位置關(guān)系示意圖；
[0019] 圖4是本實(shí)用新型的雷電流測(cè)量線圈的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5是本實(shí)用新型的雷電流測(cè)量線圈的參數(shù)優(yōu)化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 如圖1所示，本實(shí)施例的雷電流測(cè)量線圈，包括多個(gè)并聯(lián)的量程不同的線圈，線圈 包括直線型骨架1，直線型骨架1上均勻纏繞著漆包線2構(gòu)成空心單層直線式線圈，直線型 骨架1采用非鐵磁性材料制成，線圈內(nèi)部設(shè)有匹配電阻，匹配電阻串入電纜首端的芯線中， 匹配電阻使用環(huán)氧樹脂澆注集成到線圈內(nèi)。測(cè)量時(shí)，測(cè)量線圈具有多個(gè)量程不同的線圈，可 以提高測(cè)量線圈的準(zhǔn)確性。如果雷電流幅值較大，則量程小的線圈截止，以量程大的線圈測(cè) 量結(jié)果為準(zhǔn)；如果雷電流幅值較小，則以量程小的線圈測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)。設(shè)計(jì)線圈的輸出電壓 為一百到幾百伏，并盡可能大。通過電纜傳輸?shù)绞覂?nèi)的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并數(shù)據(jù) 采集卡及光電模塊由太陽能供電系統(tǒng)供電，保證系統(tǒng)的獨(dú)立性。由于電纜的傳輸需要考慮 波過程，以及采集卡的輸入電壓范圍，需要在線圈輸出電壓后增加匹配電阻及降壓模塊進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集。
[0022] 具體實(shí)施時(shí)，線圈的外部設(shè)置保護(hù)盒，保護(hù)盒垂直漆包線2方向上開槽，槽內(nèi)放置 線圈屏蔽外部磁場(chǎng)，線圈和匹配電阻使用BNC接頭與外部的數(shù)據(jù)采集卡連接，線圈和數(shù)據(jù) 采集卡之間串聯(lián)調(diào)壓模塊，數(shù)據(jù)采集卡通過光纖模塊使用光纖傳輸信號(hào)給計(jì)算機(jī)，通過計(jì) 算機(jī)記錄并儲(chǔ)存雷電流發(fā)生的時(shí)間、幅值、波形等參數(shù)，數(shù)據(jù)采集卡及光纖模塊由太陽能供 電系統(tǒng)供電，保證系統(tǒng)的獨(dú)立性。
[0023] 本實(shí)施例的雷電流測(cè)量線圈可通過以下設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體是對(duì)線圈結(jié) 構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，測(cè)量線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)有：n匝數(shù)，A線圈截面積，1線圈長(zhǎng)度，匝距1/n，S漆包 線截面積，從提高被測(cè)信號(hào)在傳輸過程中的抗干擾性能及改善測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性角度出 發(fā)，確立線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的兩個(gè)目標(biāo)：（1)端口電壓uR設(shè)計(jì)為100-1000伏（不包括1000 伏），并且盡可能大，（2)系統(tǒng)階躍波響應(yīng)時(shí)間T(部分響應(yīng)時(shí)間Ta)不大于被測(cè)雷電流波 形波前時(shí)間的1/10。
[0024] 具體地，線圈設(shè)計(jì)的約束條件如下：
[0025] (1)符合內(nèi)積分式線圈的積分條件。
[0026] 如圖2所示，對(duì)于測(cè)量快速變化的雷電流，采用內(nèi)積分式線圈（即不需外加積分電 路），U2為線圈感應(yīng)的二次電壓，L為線圈自感，Rs為線圈內(nèi)阻，R為端口電阻，線圈自感L 和端口電阻R構(gòu)成LR積分器，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次電壓U2的積分，從而得到和一次電流i:成比例的 電壓信號(hào)Ur。
[0027] -次電流I1在線圈兩端感應(yīng)的二次電壓1!2和其自身的微分成正比，羅氏線圈相當(dāng)
圈感應(yīng)的二次電流。
[0028] 對(duì)于內(nèi)積分式線圈，為滿足L和Rs+R構(gòu)成的LR積分器的積分條件，需使LR積分 器的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于二次電壓的上升時(shí)間，即《L>>RS+R，其中《為二次電壓的等效角
較大，從提高測(cè)量精度的角度考慮，對(duì)每個(gè)線圈的靈敏度進(jìn)行階梯式設(shè)計(jì)，即使用多個(gè)量程 不同的線圈感應(yīng)雷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，如果雷電流幅值較大，則量程小的線圈截止，以量程大 的線圈測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)，如果雷電流幅值較小，則以量程小的線圈測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)。由于此線圈 設(shè)計(jì)測(cè)量