基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，包括上屏蔽壳2、下屏蔽壳3、印制电路板微分环4，所述上屏蔽壳2与下屏蔽壳3配合形成一个密闭的空心壳体，所述印制电路板微分环4设置于空心壳体内的空腔内；所述印制电路板微分环4包括基板，所述基板上设置有经蚀刻而成的螺旋线圈，所述线圈的两端分别经过导线6引出空心壳体外。本发明利用基于法拉第电磁感应定律的印制电路板微分环，实现非接触式测量，能够准确的测量输电线路中的雷电流波形，可对雷电流全波参数进行测量，测量精度高，成本低，可实现批量生产。
【专利说明】基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于雷电流测量【技术领域】，涉及架空输电线路的雷电流参数在线监测传感器，具体涉及一种基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器。
【背景技术】
[0002]输电线路是电力系统的基础，但由于其分布幅员辽阔，极易遭受雷击从而发生雷击故障事故。为了减小雷害事故，提高电网供电的可靠性，必须采取切实有效的防雷保护措施。雷电参数在电网防雷中具有非常重要的作用，准确的雷电参数不仅是电网防雷设计的基础，还是研究雷电特性、分析雷害事故等的前提。目前我国线路防雷措施的制定因缺乏雷电参数而具有一定的盲目性，且由于地域等差异导致各地雷电参数大相近庭，故需要根据当地雷击情况针对性地采取合理的防雷措施，从而实现差异化防雷。广泛开展对雷电流的直接测量获得准确的雷电参数，对解决雷电参数缺乏的难题具有非常重要的意义
[0003]现有直接测量雷电流装置有基于磁带、磁棒法的传感器，如申请号为200410037602.0的“磁带式雷电流陡度记录测量仪”专利，利用外壳、两个非平行放置的磁卡、预录有基准信号的磁带测量磁带上所流过的雷电流的陡度与幅值。该测量仪的主要缺点是:只能测量雷电流的幅值和陡度，不能测量雷电流的波形及雷电流的极性，且每次测量之后都必须及时读数，不能实现对雷电流的实时在线监测，重复测量比较麻烦等。
[0004]应用最广泛的是能够测量雷电流全波形的罗格夫斯基线圈，如申请号为200820029454.1的“架空输电线路雷击记录装置”专利，其雷电流传感器为罗格夫斯基线圈(简称罗氏线圈)的大电流传感器，被测电流的载流导体需穿过罗氏线圈的中心。再如申请号为CN102944716A的“基于印制电路板的罗戈夫斯基线圈的雷电流传感器”专利，该专利能够测量雷电流并且具有测量频带宽，测量精度高，工作可靠且稳定性好，便于安装和推广等特点。再如申请号为CN103558448A的“一种输电线路多通道雷电流监测装置”专利，该利用多个金属棒和多个雷电流传感器以实现多通道雷电流监测。再如申请号为200520070558.3的“基于数字积分的空芯线圈电流互感器”专利，利用数字积分对空芯线圈的输出信号进行积分，积分由可编程逻辑控制期间FPGA实现，FPGA同时完成对电路的逻辑控制及有关数字计算。以上几种专利中所涉及到的传感器均为罗格夫斯基线圈，其主要缺点是:被测电流的载流导体必须穿过罗氏线圈的中心，这给罗氏线圈在输电杆塔上的安装带来了非常大的困难。若在输电杆塔上安装引雷针作为雷电流的载流导体，这势必会增加输电杆塔被雷击的概率，对电力系统的安全运行带来隐患；若将罗氏线圈安装于绝缘子串金具处，这对于绝缘子未发生雷击闪络时的雷电流就不能进行测量。这些因素都限制了将罗氏线圈应用于架空输电线路的雷电流测量。
[0005]为了解决穿心式线圈的缺点，实现非接触式监测的目的，一种新型的雷电流传感器出现。如申请号为CN202601406U的“基于非贯穿式空心线圈智能化/网络化电子式电流互感器”专利，该专利电流采样传感器包括空心电感线圈和矩形导电骨架，空心电感线圈焊接于矩形导电骨架印制板上，结合数字积分器实现对微分信号的还原以获得被测电流全波形。该传感器的缺点主要是:该传感器感应的是矩形导电骨架区域中的磁场，而空心电感线圈与载流导体电流形成的磁场方向相平行，无法真正起到感应电流的作用，且数字积分、放大移相等单元仍为有源元件，因此存在电源问题而无法应用于野外环境中。
【发明内容】
[0006]鉴于此，本发明提供一种基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，该传感器作为基于微分环的雷电流测量传感器的改进形式，在具有其非接触式、准确度高、响应速度快、安装方便等特点外，采用印制电路板的结构形式，有利于批量生产加工，为传感器的推广提供可能；结合数字积分形式，可对传感器所测的微分信号，利用数字积分程序实现波形的还原，保留了传感器无源化的特点。
[0007]本发明的工作原理:如图1所示，图中i(t)为雷电流，M为互感，e(t)为感应电势，L为印制电路板微分环自感，r为印制电路板微分环电阻，C为杂散电容，u(t)为微分信号。当输电线路导线I和避雷线流过雷电流时，在导线和避雷线周围会产生一个暂态磁场。当暂态磁场穿过印制电路板微分环时，其引出线两端会产生一个与磁通量对时间的变化率-
【权利要求】
1.基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，包括环状上屏蔽壳(2)和环状下屏蔽壳(3)，其特征在于:还包括印制电路板微分环(4)，所述环状上屏蔽壳(2)与环状下屏蔽壳(3)配合形成一个密闭的具有内环和外环的环状空心壳体；所述印制电路板微分环(4)设置于空心壳体的空腔内；所述印制电路板微分环(4)包括基板，所述基板上设置有沿内环依次环绕并向外延伸的螺旋线圈，所述螺旋线圈的两端分别经过导线(6)引出空心壳体外。
2.根据权利要求1所述的基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，其特征在于:所述环状上屏蔽壳的端面上沿着内环的内边缘设置有一圈凸缘，所述环状下屏蔽壳的端面沿着内环的边缘下凹形成一圈与凸缘配合的台阶；所述环状上屏蔽壳的端面上沿着外环的外边缘设置有一圈凸缘，所述环状下屏蔽壳的端面沿着外环的外边缘下凹形成一圈与凸缘配合的台阶。
3.根据权利要求2所述的基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，其特征在于:所述环状上屏蔽壳与环状下屏蔽壳的材料相同，为铝或铜；所述环状上屏蔽壳与环状下屏蔽壳一侧沿传感器的轴线方向开设有1_2_贯通缝隙。
4.根据权利要求1所述的基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，其特征在于:所述螺旋线圈的匝数为1-100，螺旋线圈的绕线线宽为6-50mil，螺旋线圈的绕线直径为 2000-5000mil。
5.根据权利要求1所述的基于印制电路板和数字积分的微分环雷电流传感器，其特征在于:所述空心壳体的外侧安装有一带法兰盘的同轴电缆(7)，螺旋线圈的两端分别通过导线与同轴电缆的地线和芯线连接，所述同轴电缆的另一端与数据采集设备的输入端相连，用以实时采集雷电流微分信号。
【文档编号】G01R19/00GK104076185SQ201410341141
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】姚陈果, 龙羿, 米彦, 李成祥, 王俊凯, 廖瑞金, 刘鑫 申请人:重庆大学