一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置制造方法
【專利摘要】一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，氧化鋅避雷器Z1的輸入端連接到待測(cè)線路，輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端，第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸出端接地；隔離采樣電路的輸入端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端。還包括過(guò)壓保護(hù)電路、第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2和放電計(jì)數(shù)電路。本實(shí)用新型通過(guò)在一次側(cè)避雷器下方設(shè)置氧化鋅壓敏電阻閥片，從氧化鋅壓敏電阻閥片采集電壓信號(hào)后根據(jù)氧化鋅壓敏電阻的伏安特性曲線、閥片的分壓關(guān)系以及一定的運(yùn)放比例推算出被測(cè)線路實(shí)際過(guò)電壓，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)抗干擾信號(hào)能力強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確采集到被測(cè)線路的工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓以及雷電過(guò)壓信號(hào)，最高可以采集到頻率為40MHz的信號(hào)。
【專利說(shuō)明】—種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電壓信號(hào)采集【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前過(guò)電壓現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試主要在電壓互感器二次側(cè)采集電壓信號(hào)，由于二次設(shè)備對(duì)外界電磁干擾的敏感度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的保護(hù)控制設(shè)備，微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)化裝置中的信號(hào)電纜和電源極線極易耦合空間輻射和電磁場(chǎng)。雷擊、系統(tǒng)短路故障、開(kāi)關(guān)操作等會(huì)產(chǎn)生瞬變的電磁場(chǎng)對(duì)二次側(cè)信息的采集造成強(qiáng)烈電磁干擾。傳統(tǒng)電壓互感器和電容式電壓互感器存在鐵磁諧振和磁飽和現(xiàn)象，高頻相應(yīng)差，基于高頻暫態(tài)分量的快速保護(hù)難以實(shí)現(xiàn)。新型電子式互感器進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)由于分布電容的存在以及濾波電路的影響導(dǎo)致采集信號(hào)失真甚至丟失。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，通過(guò)在一次側(cè)避雷器下方設(shè)置氧化鋅壓敏電阻閥片，從氧化鋅壓敏電阻閥片采集電壓信號(hào)后根據(jù)氧化鋅壓敏電阻的伏安特性曲線、閥片的分壓關(guān)系以及一定的運(yùn)放比例推算出被測(cè)線路實(shí)際過(guò)電壓。
[0004]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的的技術(shù)方案如下:一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，氧化鋅避雷器Zl的輸入端連接到待測(cè)線路，輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端，第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸出端接地；隔離采樣電路的輸入端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端。
[0005]進(jìn)一步地，所述隔離采樣電路:電壓跟隨器Al的輸入端構(gòu)成隔離采樣電路的輸入端，電壓跟隨器Al的輸出端連接到運(yùn)算放大器A2的同相輸入端，運(yùn)算放大器A2的反相輸入端通過(guò)電阻R5接地，運(yùn)算放大器A2的反相輸入端和輸出端之間還連接有電容C2 ;第一光率禹合器的高電平輸入端連接到運(yùn)算放大器A2的輸出端,第一光稱合器的低電平輸入端連接到第二光稱合器的高電平輸入端，第二光稱合器的低電平輸入端接地；第一光稱合器的輸出端連接到電壓跟隨器A3的輸入端，第二光耦合器的輸出端連接到運(yùn)算放大器A2的反相輸入端；電壓跟隨器A3的輸入端通過(guò)電阻R6接地，輸出端構(gòu)成隔離采樣電路的輸出端。
[0006]進(jìn)一步地，還包括過(guò)壓保護(hù)電路:由一個(gè)以上二極管同向串聯(lián)構(gòu)成，正極連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端，負(fù)極連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸出端。
[0007]更進(jìn)一步地，還包括第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2和放電計(jì)數(shù)電路；第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2的輸入端連接到氧化鋅避雷器Zl的輸出端，第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2的輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端；放電計(jì)數(shù)電路:橋式整流電路的輸入端分別連接到第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2的輸入端和輸出端；限流電阻R4依次串聯(lián)電磁計(jì)數(shù)器線圈L和電流計(jì)A后，再與電容Cl并聯(lián)后構(gòu)成橋式整流電路的負(fù)載。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)抗干擾信號(hào)能力強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確采集到被測(cè)線路的工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓以及雷電過(guò)壓信號(hào)，最高可以采集到頻率為40MHz的信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的電路原理圖。
[0011]圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，氧化鋅避雷器Zl的輸入端連接到待測(cè)線路，輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端，第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸出端接地；隔離采樣電路的輸入端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端，隔離采樣電路的輸出端連接到測(cè)量?jī)x器。
[0013]避雷器選用具有良好非線性伏安特性的無(wú)間隙的氧化鋅避雷器，根據(jù)被測(cè)線路電壓等級(jí)選擇適當(dāng)?shù)男吞?hào)。避雷器下設(shè)置閥片，閥片由一定數(shù)量的氧化鋅壓敏電阻片制成，閥片材料與所選避雷器內(nèi)部非線性材料特性完全相同，避免非線性曲線不一致而給測(cè)量分析帶來(lái)干擾，閥片的基本單元氧化鋅壓敏電阻片數(shù)量不宜過(guò)多，防止避雷器的殘壓不必要升高而干擾被保護(hù)電路動(dòng)作。氧化鋅壓敏電阻不含電容電感原件，不會(huì)發(fā)生電磁振蕩，能真實(shí)完整反應(yīng)過(guò)電壓的頻率響應(yīng)。為防止電磁干擾，測(cè)量?jī)x器外接屏蔽罩，測(cè)量電纜采用高頻同軸電纜。
[0014]隔離采樣電路如圖2所示:電壓跟隨器Al的輸入端構(gòu)成隔離采樣電路的輸入端，電壓跟隨器Al的輸出端連接到運(yùn)算放大器A2的同相輸入端，運(yùn)算放大器A2的反相輸入端通過(guò)電阻R5接地，運(yùn)算放大器A2的反相輸入端和輸出端之間還連接有電容C2 ;第一光耦合器的高電平輸入端連接到運(yùn)算放大器A2的輸出端，第一光耦合器的低電平輸入端連接到第二光稱合器的高電平輸入端，第二光稱合器的低電平輸入端接地；第一光稱合器的輸出端連接到電壓跟隨器A3的輸入端，第二光耦合器的輸出端連接到運(yùn)算放大器A2的反相輸入端；電壓跟隨器A3的輸入端通過(guò)電阻R6接地。
[0015]第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3兩端的電壓信號(hào)為Ui，經(jīng)過(guò)電壓跟隨器Al輸出信號(hào)為Vi。光電隔離器為高速型光電隔離器,最快響應(yīng)時(shí)間可低于1ns,最大頻率響應(yīng)可達(dá)到40MHz。內(nèi)部封裝了兩片相互獨(dú)立的光耦，每一片光耦均由一個(gè)發(fā)光二極管和光敏三極管組成。發(fā)光二極管的正向壓降和光敏三極管的集電極電流不是線性的，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)光電耦合器之后的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間不是線性關(guān)系。運(yùn)放A2用于構(gòu)成負(fù)反饋電路改善輸入輸出信號(hào)的線性度，運(yùn)放A3構(gòu)成電壓跟隨器，增強(qiáng)帶負(fù)載的能力。采樣電壓信號(hào)Vi經(jīng)由運(yùn)放A2構(gòu)成的負(fù)反饋電路、光電耦合器、運(yùn)放A3構(gòu)成的電壓跟隨器后變成輸出信號(hào)Vo。Vo= (R6 / R5)Vi，比例系數(shù)由R6、R5的大小確定。根據(jù)氧化鋅壓敏電阻的伏安特性曲線和閥片分壓關(guān)系通過(guò)測(cè)量?jī)x器記錄的數(shù)據(jù)即可推算出被測(cè)線路實(shí)際過(guò)電壓。
[0016]圖2中，過(guò)壓保護(hù)電路由一個(gè)以上二極管同向串聯(lián)構(gòu)成，正極連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端，負(fù)極連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸出端。二極管數(shù)目由測(cè)量?jī)x器輸入電壓上限值確定，保護(hù)電路閥值低于測(cè)量?jī)x器輸入電壓上限值。由分壓關(guān)系可知該閥片分得電壓很小，保護(hù)電路不會(huì)鉗制閥片兩端電壓且能有效保護(hù)測(cè)量?jī)x器。當(dāng)過(guò)電壓特別高，電流特別大時(shí)，保護(hù)電路上的二極管組導(dǎo)通，大電流從保護(hù)電路入地，保護(hù)測(cè)量?jī)x器。
[0017]圖3給出了更進(jìn)一步的實(shí)施例。還包括第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2和放電計(jì)數(shù)電路；第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2的輸入端連接到氧化鋅避雷器Zl的輸出端，第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2的輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片Z3的輸入端；放電計(jì)數(shù)電路:橋式整流電路的輸入端分別連接到第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2的輸入端和輸出端；限流電阻R4依次串聯(lián)電磁計(jì)數(shù)器線圈L和電流計(jì)A后，再與電容Cl并聯(lián)后構(gòu)成橋式整流電路的負(fù)載。
[0018]放電計(jì)數(shù)電路利用通過(guò)避雷器沖擊電流的續(xù)流在第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2上取壓，經(jīng)硅橋式整流器，單向?qū)﹄娙萜鞒潆?，并以直流?duì)電磁計(jì)數(shù)器線圈放電而使計(jì)數(shù)器吸動(dòng)一次，來(lái)實(shí)現(xiàn)記錄動(dòng)作的次數(shù)。同時(shí)由于放電計(jì)數(shù)電路中存在整流橋，當(dāng)?shù)谝谎趸\壓敏電阻閥片Z2兩端過(guò)電壓幅值達(dá)到一定水平時(shí)，整流電路中的硅元件會(huì)對(duì)過(guò)電壓波形進(jìn)行截波，導(dǎo)致波形畸變影響過(guò)電壓分析，所以不能從第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2兩端取測(cè)量信號(hào)。
[0019]以圖3所示的基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置為例，設(shè)氧化鋅避雷器Zl以及第一氧化鋅壓敏電阻閥片Z2、第二氧化鋅壓敏電阻Z3所含電阻片數(shù)分別為nl，n2，n3。測(cè)試前先測(cè)量避雷器下方兩級(jí)閥片的串聯(lián)電壓，通常設(shè)定工頻電壓下取樣電壓為5v左右，根據(jù)氧化鋅壓敏電阻的伏安特性曲線得到線性區(qū)的阻值從而確定兩級(jí)閥片的分壓比。
[0020]測(cè)量?jī)x器上顯示電壓值為Vo，則被測(cè)線路實(shí)際電壓為
,,,,,Jil+ i/2 + ?.1 R5 ? Jil + ?2 + ?3,
= ^ 。 w3M 6?3
【權(quán)利要求】
1.一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，其特征在于，氧化鋅避雷器(ZI)的輸入端連接到待測(cè)線路，輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸入端，第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸出端接地；隔離采樣電路的輸入端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，其特征在于，所述隔離采樣電路:電壓跟隨器Al的輸入端構(gòu)成隔離采樣電路的輸入端，電壓跟隨器Al的輸出端連接到運(yùn)算放大器A2的同相輸入端，運(yùn)算放大器A2的反相輸入端通過(guò)電阻R5接地，運(yùn)算放大器A2的反相輸入端和輸出端之間還連接有電容C2 ;第一光稱合器的高電平輸入端連接到運(yùn)算放大器A2的輸出端，第一光耦合器的低電平輸入端連接到第二光耦合器的高電平輸入端，第二光稱合器的低電平輸入端接地；第一光稱合器的輸出端連接到電壓跟隨器A3的輸入端，第二光耦合器的輸出端連接到運(yùn)算放大器A2的反相輸入端；電壓跟隨器A3的輸入端通過(guò)電阻R6接地，輸出端構(gòu)成隔離采樣電路的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的任意一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，其特征在于，還包括過(guò)壓保護(hù)電路:由一個(gè)以上二極管同向串聯(lián)構(gòu)成，正極連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸入端，負(fù)極連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的任意一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，其特征在于，還包括第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)和放電計(jì)數(shù)電路；第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)的輸入端連接到氧化鋅避雷器(Zl)的輸出端，第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)的輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸入端；放電計(jì)數(shù)電路:橋式整流電路的輸入端分別連接到第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)的輸入端和輸出端；限流電阻R4依次串聯(lián)電磁計(jì)數(shù)器線圈L和電流計(jì)A后，再與電容Cl并聯(lián)后構(gòu)成橋式整流電路的負(fù)載。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于氧化鋅壓敏電阻的過(guò)電壓采集裝置，其特征在于，還包括第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)和放電計(jì)數(shù)電路；第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)的輸入端連接到氧化鋅避雷器(Zl)的輸出端，第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)的輸出端連接到第二氧化鋅壓敏電阻閥片(Z3)的輸入端；放電計(jì)數(shù)電路:橋式整流電路的輸入端分別連接到第一氧化鋅壓敏電阻閥片(Z2)的輸入端和輸出端；限流電阻R4依次串聯(lián)電磁計(jì)數(shù)器線圈L和電流計(jì)A后，再與電容Cl并聯(lián)后構(gòu)成橋式整流電路的負(fù)載。
【文檔編號(hào)】G01R19/17GK203929870SQ201420177319
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月12日
【發(fā)明者】張榆, 李建明, 張 浩, 徐聞, 秦大海 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院, 成都奧力斯電子科技有限公司