专利名称：记录电涌波防雷箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种记录电涌波防雷箱，尤其是能对雷击电流和电涌电流的波形 记录查询的防雷箱。
背景技术：
目前，公知的防雷箱是由外壳、接线端子、导电连接线、电极、半导体芯片、机械热 脱扣装置、指示装置、计数器装置、电流峰值显示和安装夹具组成。其工作原理是分别安装 在配电系统的相线与地线、零线与地线之间。当配电系统中出现高电压电涌波或雷电波并 达到激发半导体芯片导通时，芯片的自身高电阻急剧下降使之变为低电阻的导体而对地放 电，这时配电系统中的电涌高电压急剧下降，当对地放电过程中的电压下降到某额定正常 电压时，半导体芯片的自身电阻迅速增大使之进入关闭状态，这时半导体芯片相当于绝缘 体，使配电系统电压恢复正常，从而把配电系统出现的高压过电压排除掉。显示器显示电流 峰值、时间，计数器记录下这个过程为一次。但是，随着用电设备和电子设备对电源品质要 求的提高，使得人们必须了解电源及信号线路上出现的电涌杂波，尤其需要了解波形的宽 度、形状、大小、能量和发生的时间，而在防雷工作的过程中，只显示电流峰值、时间和次数， 是不能鉴别和区分这个过电压是什么样的电涌波或雷电波，这就无法对由于电涌波或雷电 波所造成的事故进行分析，无法显示出这个过程的能量大小，无法对事故进行全面评估。
实用新型内容为了克服现有防雷箱不能鉴别和记录电涌波或雷电波的波形和能量大小，本实用 新型提供一种能完整记录过电压波形的防雷箱，该防雷箱采用本实用新型中的脉冲电流传 感器，因而能鉴别和记录每次通过的雷电波、电涌波过电压发生的时间、波形形状和参数， 解决了现有防雷箱无法记录波形从而无法对雷电或电涌波形造成的事故进行分析和评估。为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案本实用新型包括在每个相线和零线上串联设置的开关、热脱扣继电装置和电极， 在电极的两极之间设置有半导体芯片，所述的相线和零线均与接地线相连接，在所述的接 地线上设置脉冲电流传感器，脉冲电流传感器通过A/D转换接口与单片机相连接，所述的 单片机与显示屏相连接。所述的单片机通过通信接口与计算机系统相连接，计算机系统与显示设备和打印 机相连接。所述的通信接口为RS232接口。所述的单片机还与后备电池相连接。在所述的每个相线和零线上均设置工作失效指示灯和工作正常指示灯。采用上述技术方案的本实用新型，在接地线上设置了脉冲电流传感器，该脉冲电 流传感器在两个半圆弧磁芯对称的两个间隙中分别安装了两个无磁性金属导电环，这样， 在两个半圆弧磁芯的作用下，该脉冲电流传感器不会出现磁路饱和现象，提高了脉冲电流
3传感器的输出精度和输出范围，为显示整个电压波形图奠定了基础，并且该脉冲电流传感 器提高了测试灵敏度，减小了测量误差。这样，当雷电波或电涌波发生时，半导体芯片被激 发导通，使过电压沿接地线对地放电，安装在接地线上的脉冲电流传感器将采集数据通过 电阻分压、隔离放大、电平转换、A/D转换，又经前置隔离、触发比较、CPLD控制通过单片机 系统存储在FLASH存储器中并在显示屏上显示，计算机软件系统可将存储记录的整个波形 图、时间、参数传到计算机中，可逐条显示在带有参数坐标的显示器上并打印出波形、实时 时间和历史记录，即可对雷电或电涌波造成的事故进行直观的分析和判定。
图1为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型的电路原理框图；图3为本实用新型中采用的脉冲电流传感器的电气原理结构图；图4为本实用新型中采用的脉冲电流传感器的整体结构示意图；图5为图4的A-A向剖视图；图6是本实用新型获取电流波形的流程图；图7是本实用新型最终可获取的电流波形图。
具体实施方式
实施例1如图1所示，该记录电涌波防雷箱在外壳20内设有三根相线6、零线7、接线端子 18和接地线16，相线6和零线7均与接地线16相连接，接地线16与外壳电连接接地。其 中，在每个相线6和零线7上均串联设置开关5、热脱扣继电装置4和电极1，在电极1的两 极之间设置有半导体芯片19，这样，每个半导体芯片19就均能与接地线16相连。本实用新型中，在接地线16上设置脉冲电流传感器17，脉冲电流传感器17用于采 集对地放电的电压电流数据。脉冲电流传感器17输出端经过分压电阻分压后，分为两路。 如图2所示，一路经过隔离放大、电平转换和A/D转换，然后经FIFO存储至单片机14 ；另一 路经过前置隔离、触发比较、CPLD控制后，经FIFO存储至单片机14。单片机14外围配有时 钟电路、FLASH存储器，单片机14输出连接至液晶显示屏8。需要指出的是，单片机14的输出端还可以通过通信接口 10与外围计算机系统11 相连接，上述的通信接口 10可以为RS232通讯接口，也可以为485接口。这样，外围计算机 系统11可以进行远程控制，并可以通过连接的显示设备12和打印机13等外设进行显示输
出ο另外，还可以在各相线6和零线7上接入工作指示灯电源线，工作指示灯分为工作 失效指示灯2和工作正常指示灯3 二种，由热脱扣继电装置4驱动指示控制电路。同时，为 保证断电时工作正常，单片机14与后备电池9相连接。这样，当雷电波或电涌波发生时，半导体芯片9被激发导通，使过电压沿接地线16 对地放电，安装在接地线上的脉冲电流传感器17将采集到的数据通过电阻分压、隔离放 大、电平转换、A/D转换，又经前置隔离、触发比较、CPLD控制通过单片机系统存储在FLASH 存储器中并在显示屏上显示，计算机通过RS232接口连接，计算机软件系统可将存储记录
4的波形、时间、参数传到计算机中，可逐条显示在带有参数座标的显示器上并打印出波形、 实时时间和历史记录，即可对雷电或电涌波造成的事故进行直观的分析和判定，如图6所
7J\ ο在图7所示实施例中，显示器给出了平面坐标中电涌波的电流波形，表1中给出了 这个电涌波的电流峰值、反峰值、波前时间、波尾时间、比能量、电荷量参数。 表 1实施例2在本实施例中，脉冲电流传感器17为新型的数据采集传感器，如图3所示，它包括 一对相对设置的半圆弧磁芯22，两个半圆弧磁芯22之间是气隙30，气隙30外套无磁性金 属导电环29，无磁性金属导电环29的内孔轴线与半圆弧磁芯22的磁力线一致；在半圆弧 磁芯22上缠绕设置线圈23，从线圈23上引出输出端子31。需要指出的是，本实用新型中 的半圆弧磁芯22是指类似于半圆的形状，即它既可以是两个规则的半圆，且中间留有气 隙30 ；也可以是比半圆略小的一对圆弧，两个圆弧中间是气隙30。该脉冲电流传感器的消磁原理是首先，将原本封闭的整圆磁芯改变为两个半圆弧磁芯22，并使两个半圆弧磁芯22 和两个气隙30共同构成磁路，由于气隙30的磁阻远远大于两个半圆弧磁芯22磁性材料的 磁阻，使大部分磁场能量聚在气隙30中，从而比原磁场能够承受更大的磁场强度；其次，当 两个半圆弧磁芯22和两个气隙30共同构成磁路上产生磁场的同时，由于气隙30沿磁路中 心线通过两个无磁性金属导电环29并被其径向包围，这样就会在两个无磁性金属导电环 29中产生径向环电流，而两个无磁性金属导电环29上环电流产生的磁场与原磁场方向相 反，也可抵消磁路的磁场强度；最后，由于两个无磁性金属导电环29中产生有径向环电流， 而两个气隙30本身存在电阻，通过电流后会产生焦耳热，焦耳热使两个无磁性金属导电环 29温度升高，即两个气隙磁场中的磁场能量通过这两个无磁性金属导电环29转变为热能， 这样比原磁场能够承受更大的磁场强度。因此，在两个圆弧磁芯22、两个气隙30和两个气 隙30的作用下，在设定的范围内磁场不会出现磁路饱和现象，从而提高了脉冲电流传感器 17的输出精度和输出范围，提高了测试灵敏度，减小了测量误差，进而能够采集到电流峰值 及各个实时点的电流值，为实现输出整个电压电流波形的宽度、形状、大小、能量和发生的 时间奠定了基础。如图4、图5所示，在将该脉冲电流传感器应用到记录电涌波防雷箱中时，上述的 半圆弧磁芯22应设置在绝缘机座28与带磁屏蔽外壳21所形成的腔体内，其被测的导线为绝缘机座28上设置的导电柱25。具体地说，在制备该脉冲电流传感器时，在绝缘机座28上 固定设置一次线圈绕组导电柱25，在一次线圈绕组导电柱25的一端安装绝缘垫片24，绝缘 垫片24被压紧螺母26紧固。另外，绝缘机座28与带磁屏蔽外壳21相连接，在绝缘机座28 与带磁屏蔽外壳21所形成的腔体内，通过无磁性销27固定设置一对半圆弧磁芯22，半圆弧 磁芯22上缠绕设置二次线圈绕组23，在一对半圆弧磁芯22的两个间隙中均固定设置无磁 性金属导电环29，无磁性金属导电环29的内孔轴线与圆弧磁芯22、气隙30的磁力线一致。其工作应用原理是该导电柱25为该脉冲电流传感器的一次线圈绕组，两个半圆 弧磁芯22上的线圈23为该脉冲电流传感器的二次线圈绕组，两半圆弧磁芯22两端对称的 两个间隙中放置的两个无磁金属导电环29为消磁线圈绕组。当一次线圈绕组导电柱25通 过一脉冲电流时，在两个半圆弧磁芯22上的两个二次线圈绕组就会感应出电压，把这个电 压积分即可还原出一次线圈绕组导电柱25上通过的脉冲电流。由于脉冲电流传感器17的 存在，故可提高测量量程，从而获得整个电压电流的波形图。其他技术特征与实施例1相同。
权利要求一种记录电涌波防雷箱，它包括在每个相线(6)和零线(7)上串联设置的开关(5)、热脱扣继电装置(4)和电极(1)，在电极(1)的两极之间设置有半导体芯片(19)，所述的相线(6)和零线(7)均与接地线(16)相连接，其特征在于在所述的接地线(16)上设置脉冲电流传感器(17)，脉冲电流传感器(17)通过A/D转换接口(15)与单片机(14)相连接，所述的单片机(14)与显示屏(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的记录电涌波防雷箱，其特征在于所述的单片机(14)通过通 信接口(10)与计算机系统(11)相连接，计算机系统(11)与显示设备(12)和打印机(13) 相连接。
3.根据权利要求2所述的记录电涌波防雷箱，其特征在于所述的通信接口(10)为 RS232 接口。
4.根据权利要求3所述的记录电涌波防雷箱，其特征在于所述的单片机(14)还与后 备电池(9)相连接。
5.根据权利要求4所述的记录电涌波防雷箱，其特征在于在所述的每个相线(6)和 零线(7)上均设置工作失效指示灯(2)和工作正常指示灯(3)。
专利摘要本实用新型公开了一种记录电涌波防雷箱，它包括在每个相线和零线上串联设置的开关、热脱扣继电装置和电极，在电极的两极之间设置有半导体芯片，所述的相线和零线均与接地线相连接，在所述的接地线上设置脉冲电流传感器，脉冲电流传感器通过A/D转换接口与单片机相连接，所述的单片机与显示屏相连接。当雷电波或电涌波发生时，半导体芯片被激发导通，使过电压沿接地线对地放电，安装在接地线上的脉冲电流传感器将采集数据通过电阻分压、隔离放大、A/D转换，又经前置隔离、触发比较、CPLD控制通过单片机系统存储在FLASH存储器中并在显示屏上显示，计算机软件系统可将存储记录的整个波形图、时间、参数传到计算机中，便于显示和分析。
文档编号G01R19/00GK201656469SQ20102016334
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者梁怀均, 袁英 申请人:安阳安科电器股份有限公司;梁怀均;袁英