电涌保护器性能检测装置和方法与流程

本发明涉及安全防护领域，特别涉及一种电涌保护器性能检测装置和方法。

背景技术：

通信局站低压配电系统用电涌保护器(surgeprotectivedevice，简称为：spd)是通信电源系统的主要防雷设备，能有效降低通信网的雷电灾害损失。通信局站内安装了大量的以压敏电阻(metaloxidevaristors，简称为mov)为主要防护器件的限压型电源spd。压敏电阻是一种以氧化锌(zno)为主要成分的金属氧化物半导体过电压抑制器件，它的防雷原理是：当压敏电阻两端的电压小于标称导通电压时，呈现高阻状态，流过它的电流很小(这种电流称为漏电流，正常时为μa量级)；当所加电压大于标称导通电压时，压敏电阻击穿导通，呈低阻状态，能泄放大量的雷电流，对过电压起到抑制作用；当过电压消失，它立即恢复到高阻状态。

现有的电源spd存在以下一些问题：限压型spd使用一段时间后，由于自然老化及多次雷击后性能会下降，压敏电阻漏电流会逐渐增大(这个过程称为“spd劣化”)，当漏电流增大到一定的程度后(一般是几十ma的量级)不能维持热平衡(大漏电流导致压敏电阻发热，当发热量大于散热时即不能维持热平衡)，并最终自燃烧毁。

目前的技术主要是通过压敏电阻劣化过程中产生的热量烧断串接在spd电路中的温度保险或融化低温焊锡，使压敏电阻与被保护的主电路脱离的热脱扣技术，但热脱扣技术很难做到100％可靠，spd起火自燃的事件时有发生。另外一个方案就是间隔一段时间由人工手动测量spd的漏电流值，但如果对现网运行的spd逐一开展现场测试，需要断电甚至割接，在人力、物力和时间方面代价较大，而且有可能在两次测试之间的期间，spd已发生劣化起火。

技术实现要素：

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种电涌保护器性能检测装置，包括：电流互感器、电阻、电压检测单元和比较单元；电涌保护器的接线缠绕所述电流互感器；所述电流互感器的二次绕组串接所述电阻；所述电压检测单元的测量端连接在所述电阻的两端，所述电压检测单元的输出端连接至所述比较单元的第一比较输入端；所述比较单元的第二比较输入端输入告警预设值；其中，所述电压检测单元实时测量所述电阻的电压有效值，并将所述电压有效值传送至所述比较单元；所述比较单元对所述电压有效值和所述告警预设值进行比较，并且所述比较单元还测量所述电压有效值的持续时间；当所述电压有效值大于所述告警预设值，且所述电压有效值的持续时间大于阈值时间时，所述比较单元确定所述电涌保护器的性能劣化。

在一个实施例中，所述电涌保护器性能检测装置还包括：告警单元，与所述比较单元的输出端连接；其中，所述比较单元在确定所述电涌保护器的性能劣化后向所述告警单元传送告警信号，所述告警单元在接收到所述告警信号后进行告警。

在一个实施例中，所述电涌保护器的接线缠绕所述电流互感器的匝数小于所述电流互感器的二次绕组的匝数。

在一个实施例中，所述电涌保护器的接线穿过所述电流互感器。

在一个实施例中，所述电压检测单元包括：放大器、模数转换器和数字处理模块；其中，所述放大器的第一放大输入端和第二放大输入端作为所述电压检测单元的测量端，分别连接所述电阻的两端，所述放大器的输出端连接至所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接至所述数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接至所述比较单元的第一比较输入端。

在一个实施例中，所述放大器采集所述电阻两端的电压实际值，对采集到的所述电压实际值进行放大处理，并将放大后的电压实际值传送到所述模数转换器；所述模数转换器将所述放大后的电压实际值转化为数字信号，并将所述数字信号传送到所述数字处理模块；以及所述数字处理模块对所述数字信号进行积分处理，得到所述电阻的电压有效值，并将所述电压有效值传送至所述比较单元。

在一个实施例中，所述电涌保护器性能检测装置还包括：电阻保护器件，与所述电阻并联；其中，当有超过阈值电流的电流即将流过所述电阻时，所述电阻保护器件导通，使得所述电流流过所述电阻保护器件，从而保护所述电阻。

在一个实施例中，所述电阻保护器件为瞬变电压抑制二极管。

上述电涌保护器性能检测装置可以实现对电涌保护器的性能检测。该性能检测装置可以防范电涌保护器的火灾隐患，可以最大限度的利用电涌保护器的工作寿命，节约建设资金，并且无需人工手动现场测试，减少维护成本。

根据本发明的第二方面，提供了一种电涌保护器性能检测方法，包括：将电涌保护器的接线缠绕电流互感器，以及将所述电流互感器的二次绕组串接电阻；实时测量所述电阻的电压有效值；以及对所述电压有效值和告警预设值进行比较，并且测量所述电压有效值的持续时间，当所述电压有效值大于所述告警预设值，且所述电压有效值的持续时间大于阈值时间时，确定所述电涌保护器的性能劣化。

在一个实施例中，所述方法还包括：在确定所述电涌保护器的性能劣化后进行告警。

在一个实施例中，所述电涌保护器的接线缠绕所述电流互感器的匝数小于所述电流互感器的二次绕组的匝数。

在一个实施例中，所述电涌保护器的接线穿过所述电流互感器。

在一个实施例中，实时测量所述电阻的电压有效值的步骤包括：采集所述电阻两端的电压实际值，对采集到的所述电压实际值进行放大处理；将放大后的电压实际值转化为数字信号；以及对所述数字信号进行积分处理，得到所述电阻的电压有效值。

在一个实施例中，所述方法还包括：将电阻保护器件与所述电阻并联；以及当有超过阈值电流的电流即将流过所述电阻时，所述电阻保护器件导通，使得所述电流流过所述电阻保护器件，从而保护所述电阻。

上述方法实现了对电涌保护器的性能检测。该方法可以防范电涌保护器的火灾隐患，可以最大限度的利用电涌保护器的工作寿命，节约建设资金，并且无需人工手动现场测试，减少维护成本。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的电涌保护器性能检测装置的结构图。

图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的电流互感器的电路连接图。

图3示意性地示出根据本发明一个实施例的电涌保护器性能检测装置的部分电路连接图。

图4是示出根据本发明一个实施例的电涌保护器性能检测方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的电涌保护器性能检测装置的结构图。图1中示出了电涌保护器20，与该电涌保护器20连接的三条火线l1、l2和l3，零线n，以及地线pe。

如图1所示，电涌保护器性能检测装置10可以包括：电流互感器11、电阻12、电压检测单元13和比较单元14。电涌保护器20的接线缠绕该电流互感器11。该电流互感器11的二次绕组串接该电阻12。该电压检测单元13的测量端(图1中未示出)连接在电阻12的两端，该电压检测单元13的输出端连接至比较单元14的第一比较输入端(图1中未示出)。比较单元14的第二比较输入端(图1中未示出)输入告警预设值。例如，该告警预设值可以是一个电压值。

该电压检测单元13实时测量该电阻12的电压有效值，并将该电压有效值传送至比较单元14。该比较单元14对该电压有效值和告警预设值进行比较，并且该比较单元还测量该电压有效值的持续时间。当该电压有效值大于该告警预设值，且该电压有效值的持续时间大于阈值时间时，该比较单元14确定该电涌保护器20的性能劣化。

在该实施例中，将电涌保护器的接线缠绕电流互感器，这样电涌保护器的漏电流就可以在电流互感器的二次绕组侧进行测量，由于漏电流很小，在电流互感器二次绕组侧的电流值将会更小，很难直接测量出准确的数值，因此在二次绕组侧串接一个电阻(例如阻值为20kω)，通过电压检测单元测量该电阻的电压有效值(由于该电阻的阻值不变，实际上相当于测量了该电阻的实时功率消耗)，再通过比较单元将该电压有效值与告警预设值进行比较，当该电压有效值大于告警预设值(相当于该电阻的功率消耗大于功率告警值)，并且该电压有效值的持续时间大于阈值时间时，比较单元确定该电涌保护器的性能已经劣化，从而可以实现对(例如在网运行的)电涌保护器的性能检测。

该性能检测装置可以防范电涌保护器的火灾隐患，可以最大限度的利用电涌保护器的工作寿命，节约建设资金，并且无需人工手动现场测试，减少维护成本。

在一个实施例中，该阈值时间的量级可以为秒(s)级。这样可以避免雷击时流过电涌保护器的微秒(μs)级的大电流造成误判断。

在一个实施例中，如图1所示，该电涌保护器性能检测装置10还可以包括：告警单元15。该告警单元15与比较单元14的输出端连接。该比较单元14在确定电涌保护器20的性能劣化后向该告警单元15传送告警信号，该告警单元15在接收到该告警信号后进行告警。例如该告警单元可以是led或蜂鸣器，可以进行声光告警。该告警单元可以提示电涌保护器已劣化，从而使得维修人员能够及时维修该电涌保护器。如不处理，该电涌保护器进一步劣化就有火灾风险。

在本发明的实施例中，告警预设值是可以设定的。例如该告警预设值能标示电涌保护器已劣化但仍处在热平衡状态时的漏电流值即可(这个漏电流值一般在几百μa至十几ma之间)。

在本发明的另一个实施例中，也可以在采集电阻的电压有效值后，计算该电阻的功率消耗值，而告警预设值可以为功率告警值，通过比较电阻的功率消耗值与功率告警值来判断电涌保护器是否劣化。例如，可以选取功率告警值为2mw(根据功率计算公式p＝i²×r，r为电阻值，例如20kω，可计算电流互感器二次绕组侧的电流值约为300μa，如果电流互感器的匝数比为1:10，则一次绕组侧(即电涌保护器)的漏电流值约为3ma。通常，电涌保护器的漏电流在3ma时，电涌保护器已经劣化到一定的程度但还不至于自燃起火。

需要说明的是，虽然图1中仅画出了在电涌保护器的一个限压型模块上安装该电涌保护器性能检测装置，实际上，还可以在其他限压型模块上安装该检测装置，例如，在每个限压型模块上安装该检测装置。

图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的电流互感器的电路连接图。如图2所示，该电流互感器11可以包括铁芯114和缠绕该铁芯114的二次绕组112。该二次绕组112串联一个电阻12。电涌保护器的接线201缠绕该电流互感器11，具体地，缠绕该电流互感器11的铁芯114。这里，电涌保护器的接线201作为电流互感器的一次绕组。

在一个实施例中，电涌保护器的接线201缠绕该电流互感器11的匝数小于电流互感器11的二次绕组112的匝数。这样可以使得二次绕组侧的电流值比电涌保护器的漏电流值更小，可以防止雷击时二次绕组电流很大导致烧断二次绕组。例如，一次绕组与二次绕组的匝数比可以为1:10、1:100或1:1000等。

优选地，该电涌保护器的接线201穿过电流互感器11。即，相当于一次绕组仅1匝。这样既使得电流互感器的一次绕组的匝数最少，也不会增加电涌保护器接线的长度和感抗，从而在发生雷击时不会降低防雷保护效果。

图3示意性地示出根据本发明一个实施例的电涌保护器性能检测装置的部分电路连接图。

在一个实施例中，如图3所示，电压检测单元13可以包括：放大器131、模数转换器132和数字处理模块133。该放大器131的第一放大输入端1311和第二放大输入端1312作为电压检测单元13的测量端，分别连接电阻12的两端。该放大器131的输出端连接至该模数转换器132的输入端。该模数转换器132的输出端连接至该数字处理模块133的输入端。该数字处理模块133的输出端连接至比较单元14的第一比较输入端141。

该放大器131采集电阻12两端的电压实际值，对采集到的该电压实际值进行放大处理，并将放大后的电压实际值传送到模数转换器132。该模数转换器132将放大后的电压实际值转化为数字信号，并将该数字信号传送到数字处理模块133。该数字处理模块133对该数字信号进行积分处理，得到该电阻12的电压有效值，并将该电压有效值传送至比较单元14。在该实施例中，这里的电压有效值实际上是放大后的电压有效值。

例如，选用1:1000的电流互感器，电流互感器二次绕组上的电流i2为一次绕组i1的千分之一。i2流过电阻12从而产生电压u(该u值是交流值)。这个u值很小，所以再连接例如100倍的放大器放大u值(综合起来相当于1:10的电流互感器)，再连接一个(例如24位的)模数转换器(a/d转换器)，再连接一个数字处理模块(也可以是dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)电路)，即可计算出电阻12上的实时电压u值的有效值ue。这里的电压有效值ue实际上是放大后的电压有效值。这里，之所以进行如上设计而不直接选用1:10的电流互感器，主要是考虑到雷击时流过一次绕组的电流i1很大，如果直接选用1:10的电流互感器，二次绕组中的电流i2也很大，电阻12可能会烧毁，所以选用1:1000的电流互感器，再连接100倍的放大器，这样可以防止雷击时电阻烧毁。

在一个实施例中，比较单元14可以采用包含减法器和计时器的电路。该减法器可以包括第一减法器和第二减法器。将通过电压检测单元13获得的电压有效值输入到第一减法器的第一输入端，将告警预设值输入到该第一减法器的第二输入端。另外，该电压有效值还作为计时器的输入值，该计时器对电压有效值的持续时间计时，并将得到的电压有效值的持续时间输送到第二减法器的第一输入端，将阈值时间输入到该第二减法器的第二输入端。两个减法器分别进行减法运算。其中，第一减法器利用电压有效值减去告警预设值，第二减法器利用电压有效值的持续时间减去阈值时间。当该电压有效值小于或等于该告警预设值或者该电压有效值的持续时间小于或等于该阈值时间时，比较单元14无输出信号；当该电压有效值大于该告警预设值，且该电压有效值的持续时间大于该阈值时间时，比较单元14输出告警信号(例如高电平信号)至告警单元15，驱动该告警单元告警，例如驱动led或蜂鸣器发出本地的声光告警等。

在另一个实施例中，比较单元也可以14采用服务器。例如通过程序将电压有效值值上传至服务器并通过软件比较(软件中可设定告警预设值)，则可通过软件在监控平台中产生告警。

在一个实施例中，如图3所示，电涌保护器性能检测装置还可以包括：电阻保护器件16。该电阻保护器件16与电阻12并联。其中，当有超过阈值电流的电流即将流过该电阻12时，该电阻保护器件导通，使得该电流(例如大部分电流)流过该电阻保护器件，从而保护该电阻12。这里的阈值电流是指该电阻保护器件的阈值电流。例如，该电阻保护器件可以为瞬变电压抑制二极管(transientvoltagesuppressors，简称为tvs)。

在本发明的实施例中，电涌保护器性能检测装置可以在限压型电涌保护器损坏前预判该电涌保护器的劣化情况；可靠性更高，安全性更高，可以防范电涌保护器的火灾隐患；可以最大限度的利用电涌保护器的工作寿命，节约建设资金；此外，无需人工手动现场测试，减少维护成本。

图4是示出根据本发明一个实施例的电涌保护器性能检测方法的流程图。

在步骤s401，将电涌保护器的接线缠绕电流互感器，以及将该电流互感器的二次绕组串接电阻。

在步骤s402，实时测量电阻的电压有效值。

可选地，该步骤s402可以包括：采集电阻两端的电压实际值，对采集到的电压实际值进行放大处理。可选地，该步骤s402还可以包括：将放大后的电压实际值转化为数字信号。可选地，该步骤s402还可以包括：对该数字信号进行积分处理，得到电阻的电压有效值。

在步骤s403，对电压有效值和告警预设值进行比较，并且测量该电压有效值的持续时间，当该电压有效值大于该告警预设值，且该电压有效值的持续时间大于阈值时间时，确定电涌保护器的性能劣化。

上述方法实现了对电涌保护器的性能检测。该方法可以防范电涌保护器的火灾隐患，可以最大限度的利用电涌保护器的工作寿命，节约建设资金，并且无需人工手动现场测试，减少维护成本。

在一个实施例中，该电涌保护器性能检测方法还可以包括：在确定电涌保护器的性能劣化后进行告警。通过告警，可以使得维修人员能够及时维修电涌保护器。

在一个实施例中，电涌保护器的接线(作为一次绕组)缠绕电流互感器的匝数小于电流互感器的二次绕组的匝数。优选地，电涌保护器的接线穿过电流互感器。即，相当于一次绕组仅1匝。

在一个实施例中，该电涌保护器性能检测方法还可以包括：将电阻保护器件与电阻并联。可选地，该电涌保护器性能检测方法还可以包括：当有超过阈值电流的电流即将流过所述电阻时，该电阻保护器件导通，使得该电流流过该电阻保护器件，从而保护该电阻。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。