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(gè)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(dǎo)線6引出空心殼體外。本發(fā)明利用基于法拉第電磁感應(yīng)定律的印制電路板微分環(huán)，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量輸電線路中的雷電流波形，可對(duì)雷電流全波參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度高，成本低，可實(shí)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(cè)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(cè)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(shí)有效的防雷保護(hù)措施。雷電參數(shù)在電網(wǎng)防雷中具有非常重要的作用，準(zhǔn)確的雷電參數(shù)不僅是電網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)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(dǎo)致各地雷電參數(shù)大相近庭，故需要根據(jù)當(dāng)?shù)乩讚羟闆r針對(duì)性地采取合理的防雷措施，從而實(shí)現(xiàn)差異化防雷。廣泛開展對(duì)雷電流的直接測(cè)量獲得準(zhǔn)確的雷電參數(shù)，對(duì)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(cè)量雷電流裝置有基于磁帶、磁棒法的傳感器，如申請(qǐng)?zhí)枮?00410037602.0的“磁帶式雷電流陡度記錄測(cè)量?jī)x”專利，利用外殼、兩個(gè)非平行放置的磁卡、預(yù)錄有基準(zhǔn)信號(hào)的磁帶測(cè)量磁帶上所流過的雷電流的陡度與幅值。該測(cè)量?jī)x的主要缺點(diǎn)是:只能測(cè)量雷電流的幅值和陡度，不能測(cè)量雷電流的波形及雷電流的極性，且每次測(cè)量之后都必須及時(shí)讀數(shù)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電流的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，重復(fù)測(cè)量比較麻煩等。
[0004]應(yīng)用最廣泛的是能夠測(cè)量雷電流全波形的羅格夫斯基線圈，如申請(qǐng)?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(jiǎn)稱羅氏線圈)的大電流傳感器，被測(cè)電流的載流導(dǎo)體需穿過羅氏線圈的中心。再如申請(qǐng)?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(cè)量雷電流并且具有測(cè)量頻帶寬，測(cè)量精度高，工作可靠且穩(wěn)定性好，便于安裝和推廣等特點(diǎn)。再如申請(qǐng)?zhí)枮镃N103558448A的“一種輸電線路多通道雷電流監(jiān)測(cè)裝置”專利，該利用多個(gè)金屬棒和多個(gè)雷電流傳感器以實(shí)現(xiàn)多通道雷電流監(jiān)測(cè)。再如申請(qǐng)?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(duì)空芯線圈的輸出信號(hào)進(jìn)行積分，積分由可編程邏輯控制期間FPGA實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA同時(shí)完成對(duì)電路的邏輯控制及有關(guān)數(shù)字計(jì)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(diǎn)是:被測(cè)電流的載流導(dǎo)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(dǎo)體，這勢(shì)必會(huì)增加輸電桿塔被雷擊的概率，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來隱患；若將羅氏線圈安裝于絕緣子串金具處，這對(duì)于絕緣子未發(fā)生雷擊閃絡(luò)時(shí)的雷電流就不能進(jìn)行測(cè)量。這些因素都限制了將羅氏線圈應(yīng)用于架空輸電線路的雷電流測(cè)量。
[0005]為了解決穿心式線圈的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非接觸式監(jiān)測(cè)的目的，一種新型的雷電流傳感器出現(xiàn)。如申請(qǐng)?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(dǎo)電骨架，空心電感線圈焊接于矩形導(dǎo)電骨架印制板上，結(jié)合數(shù)字積分器實(shí)現(xiàn)對(duì)微分信號(hào)的還原以獲得被測(cè)電流全波形。該傳感器的缺點(diǎn)主要是:該傳感器感應(yīng)的是矩形導(dǎo)電骨架區(qū)域中的磁場(chǎng)，而空心電感線圈與載流導(dǎo)體電流形成的磁場(chǎng)方向相平行，無法真正起到感應(yīng)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(yīng)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(cè)量傳感器的改進(jìn)形式，在具有其非接觸式、準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快、安裝方便等特點(diǎn)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(duì)傳感器所測(cè)的微分信號(hào)，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(diǎn)。
[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(yīng)電勢(shì)，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(hào)。當(dāng)輸電線路導(dǎo)線I和避雷線流過雷電流時(shí)，在導(dǎo)線和避雷線周圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)暫態(tài)磁場(chǎng)。當(dāng)暫態(tài)磁場(chǎng)穿過印制電路板微分環(huán)時(shí)，其引出線兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與磁通量對(duì)時(shí)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(gè)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(dǎo)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(tái)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(tái)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(dǎo)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(shí)時(shí)采集雷電流微分信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK104076185SQ201410341141
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:重慶大學(xué)