一种集成有监测组件的一体式避雷器的制作方法

1.本技术涉及避雷器监测技术领域，特别涉及一种集成有监测组件的一体式避雷器。


背景技术：

2.避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。其中，氧化锌避雷器是一种保护性能优越、质量轻、耐污秽、性能稳定的避雷设备，主要利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小(微安或毫安级)；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。同时，在电网电压作用下，有部分泄漏电流流过氧化锌阀片，电流将使阀片发热从而引起避雷器伏安特性的变化，这是一个正反馈的过程，长期作用的结果将导致氧化锌阀片的老化，直至出现热击穿。受到冲击电压的作用，氧化锌阀片也会在电压能量的作用下发生老化。因此，实现在线监测避雷器的运行状态，对其健康状况进行预判势在必行。
3.市场上现有避雷器一部分无自带监测功能，需配套加装外置式监测装置，在安装好避雷器情况的下，再把避雷器接地线与监测装置连接，用螺丝和支架把监测装置固定好，施工操作复杂，实施难度大。之所以监测装置要设置在避雷器外部，很大一部分原因在于，无法解决监测装置自供电的问题。由于流过氧化锌阀片的漏电流一般非常微小，受限于取电工艺，当监测装置置于避雷器内部时，难以为监测装置提供其用于漏电流监测和信号发送所需的工作电压。
4.中国专利202021982548.8公开了一种直流避雷器在线监测仪，包括：底座和壳体；所述底座上设置有固定部，所述壳体安装于所述固定部；所述壳体内部设置有检测组件以及监测装置，所述检测组件与所述监测装置之间电连接，所述检测组件对建筑电压设备中的过压进行检测，监测本体包括电池以及电路板，所述电池向所述电路板供电。该专利将监测装置集成于避雷器内部，但采用的是电池供电，只要是电池供电就存在电池电量用尽，产品更换的问题，但考虑到避雷器安装环境的特殊性，对于供电电源的要求较高，如何保证避雷器能够长期稳定的工作也是亟待解决的重要问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供新的集成有监测组件的一体式避雷器，无需内置电池，采用无源供电方式，保证避雷器的使用寿命和监测功能不会受到供电影响。
6.本发明是通过以下技术措施来实现的：一种集成有监测组件的一体式避雷器，包括避雷器本体，避雷器本体包括壳体、上连接组件、氧化锌片组以及下连接组件；还包括位于氧化锌片组与上连接组件之间、或氧化锌片组与下连接组件之间，用于监测漏电流大小并实现漏电流数据对外传输的监测组件；所述监测组件包括沿避雷器高度方向依次连接的金属片、电压限制器和金属结构件，还包括电路板；金属片和金属结构件分别与电路板的第
一采样端、第二采样端电连接；该一体式避雷器以流过金属片和金属结构件的漏电流为电路板供电。
7.作为优选，所述电压限制器为平行板电容器。
8.作为优选，所述平行板电容器两个极板之间以气体或者真空作为绝缘介质。
9.作为优选，所述平行板电容器的两个极板均包括外大内小、同轴分布的两层具有一定厚度的平板结构，在位于两个极板内侧平板结构的周围套设有一支撑件；支撑件的上下两端分别与外侧平板结构的内表面相抵，用于在两个内侧平板结构之间撑起适用的间隙。
10.作为优选，所述平行板电容器两个内侧平板结构之间的间隙高度小于等于5mm。
11.作为优选，所述电压限制器为检测用氧化锌阀片或放电管。
12.作为优选，所述监测组件还包括用于检测雷击电压的采样线圈，采样线圈与电路板电连接，电路板根据采样线圈检测到的雷击电压获得雷击次数并实现对外传输。
13.作为优选，所述避雷器本体包括呈t字状的金属固定件；所述采样线圈套设在金属固定件的下竖杆上。
14.作为优选，所述监测组件包括呈t字状的金属固定件；所述采样线圈套设在金属固定件的下竖杆上。
15.作为优选，所述电路板包括：包括通讯模块的mcu微处理器；包括第一采样端和第二采样端的取电模块，取电模块将获取的电压进行存储并在处理后为mcu微处理器供电；以及输入端与取电模块连接，输出端与mcu微处理器连接，用于采集漏电流并传输至mcu微处理器的电流采样单元。
16.作为优选，所述监测组件还包括天线，天线与电路板连接，mcu微处理器的通讯模块通过天线将漏电流数据传输至远程接收端。
17.作为优选，所述监测组件还包括信号接头，信号接头的前端与电路板固定连接，信号接头末端穿过壳体与外部连通；信号接头与mcu微处理器电连接，用于将漏电流数据的对外传输。
18.作为优选，所述金属结构件包括金属平板部和位于金属平板部四周、向下伸出的支撑部，支撑部在金属平板部下方形成一空置腔，电路板安装在空置腔内，电路板上方和下方均预留有一定的空间高度。
19.本技术的有益效果：(1)本技术的集成有监测组件的一体式避雷器取消了现有集成有监测组件的一体式避雷器中的电池，单靠流过避雷器本体氧化锌片组的漏电流进行自主供电，克服了现有监测组件无法实现自供电的问题。(2)集成有监测组件的一体式避雷器将避雷器功能和监测功能集成为一个整体，使得设备运行更加可靠，免维护。(3)监测组件用于避雷器漏电流和雷击次数的监测，以便于通过避雷器漏电流和雷击次数的变化，及时发现避雷器性能的老化程度，保障了供电系统的安全可靠运行。(4)在现有避雷器结构的基础上，增加了监测组件形成的新型集成有监测组件的避雷器，由于原避雷器本体为上下对称结构，所以监测组件既可以设置在避雷器本体的上半段，也可以设置在避雷器本体的下半段，还可以设置在氧化锌片组相邻两个氧化锌片之间；监测组件的加入没有改变避雷器本体的原有结构特点、连接关系以及生产工艺，对现有的避雷器厂家而言，易于进行产品升级，实施难度低。(5)监测组件和避雷器本体结构之间贴合连接，不存在焊接或是通过其他
部件进行物理连接的工艺，因此组装难度小，工艺要求程度低，易于实现。(6)金属结构件在对应连接组件上方隔离出一空置腔，电路板安装在空置腔内，电路板上方和下方均预留有一定的空间高度。该结构中，明确了电路板的具体安装位置，整体结构简单，符合电路板的结构特点，易于实现。(7)本技术中可选地，可通过天线实现监测信号对外的无线传输，也可以进行有线传输。(8)采用平行板电容器作为电压限制器，平行板电容器两个极板之间也可以采用其他绝缘介质，但是以气体或者真空作为绝缘介质的平行板电容器绝缘效果更佳，实践中常采用空气作为绝缘介质。
附图说明
20.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
21.图1为实施例一所述的一体式避雷器的外形图；
22.图2为图1的拆解图；
23.图3为图2的监测组件部分结构图；
24.图4为图3中金属片结构图；
25.图5为图3中金属结构件结构图；
26.图6为图3中电路结构图；
27.图7为图3中金属固定件结构图；
28.图8为图3中采样线圈结构图；
29.图9为实施例二中监测组件部分结构图；
30.图10为实施例二所述的一体式避雷器的外形图；
31.图11为实施例三采用平行板电容器作为电压限制器的的结构示意图。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
33.一种一体式避雷器，外形如图1所示，包括避雷器本体和位于避雷器本体内的监测组件，监测组件采集流过避雷器本体的漏电流进行自主供电同时检测漏电流大小，将漏电流数据通过无线或有线方式传输至远程接收端。
34.避雷器本体与常见避雷器相同，如图2和图3所示，包括壳体200、上盖、氧化锌片组310、下盖322以及两组连接组件320(即上连接组件和下连接组件)，两组连接组件用于避雷器的上下连接或固定。连接组件包括金属固定件321、螺杆323、螺母324以及垫片(图中未示出)，金属固定件位于氧化锌片组和上盖/下盖之间，螺杆穿过上盖或下盖，辅以螺母和垫片用于避雷器与外界的固定连接。氧化锌片组由多个沿高度方向排列的氧化锌片组成。
35.监测组件位于氧化锌片组与上盖或下盖之间、或氧化锌片组相邻两个氧化锌片之间，监测组件与氧化锌片组一起以灌胶工艺封装于壳体和上下盖之间，在壳体内形成灌胶层100，监测组件之间的空隙也被胶灌满密封。
36.本实施例以将监测组件350设置于氧化锌片组310与下盖322之间的一体式避雷器为例进行结构介绍，将监测组件设置于氧化锌片组与上盖之间或是氧化锌片组相邻两个氧化锌片之间的产品结构与本实施例相类似。
37.实施例一：
38.监测组件350依次包括金属片351、电压限制器352、金属结构件353、电路板3544，还包括天线356。氧化锌片组、金属片、电压限制器、金属结构件沿避雷器高度方向依次贴合连接。电压限制器可以采用检测用氧化锌阀片或是平行板电容器或是放电管，本实施例以检测用氧化锌阀片为例进行说明。
39.金属片位于氧化锌片组和检测用氧化锌阀片之间。本实施例中，金属片采用铜片，由于铜片质软，在进行安装时，两侧受到来自氧化锌片组和化锌阀片的挤压时，容易产生变形，以便于增加与氧化锌片组末端和检测用氧化锌阀片上表面的接触面积，减少两个接触面上可能产生的空隙和气泡，有助于灌胶时整体的密封性。
40.检测用氧化锌阀片位于金属片和金属结构件之间。本实施例中，金属结构件353包括金属平板部3531和位于金属平板部四周、向下伸出的支撑部3532，支撑部在金属平板部和金属固定件之间隔离出一空置腔，用于电路板的安装。电路板安装在空置腔的中部，两侧分别与支撑部固定连接，电路板的上表面距离金属平板部、下表面距离金属固定件均预留有一定的间隙。这里的支撑部也可以是两个分开的支撑杆。之所以要这样设置，是因为：在目前的电路水平和工艺条件下，要实现无源供电和漏电流采集的双向功能同时做到节省空间，电路板需采用双面板，上下两面均分布有电气元件，因此需要一个能够容纳两侧元器件高度的空间。当然，随着电气元件的小型化，电路集成度越来越高，将之前需要多元件才能实现的功能用一个新的元器件来代替，未来也可能出现仅用单面板即可实现同样功能的电路结构，到时可根据实际需求对本装置的金属结构件结构进行适应性的调整，但这种情形也应涵盖于本技术的保护范围内。进一步地，金属结构件的结构不限于本实施例中所描述的包括金属平板部和支撑部的形式，金属结构件能在对应连接组件或氧化锌片上方隔离出一适于安装电路板的其他结构形式也应涵盖于本技术的保护范围内。
41.金属片和金属结构件与电路板电连接，当有电流流过检测用氧化锌阀片时，在金属片和金属结构件间形成电压差，电路板采集该电压差经过处理后自主供电。作为一种实现方式，如图4、5所示，金属片上引出一导电条3511，导电条可设置于金属片的任何位置，金属平板部在与导电条相适应的位置处设有一缺口，导电条穿过缺口与电路板的第一采样端电连接。本实施例中，考虑到工艺难度和密封性要求，将导电条设置于金属片的边缘处向下引出，金属平板部边缘相应处设有一缺口3533，导电条穿过该缺口与电路板的第一采样端电连接。此外，导电条上套接有绝缘套管，以防止导电条与金属平板部缺口边缘处可能产生的接触。金属平板部通过导线与电路板的第二采样端电连接，金属平板部下表面和电路板上表面间预留空隙，走线便捷。作为另一种实现方式，检测用氧化锌阀片的横截面可做成稍小于金属片横截面，导电条可从检测用氧化锌阀片的外围不接触地与电路板第一采样端电连接。
42.电路板包括带有通信模块的mcu微处理器；包括第一采样端和第二采样端的取电模块，取电模块将获取的电压进行存储并在处理后为mcu微处理器供电；以及输入端与取电模块连接，输出端与mcu微处理器连接，用于采集漏电流并传输至mcu微处理器的电流采样
单元。如图6所示，电路板上设有限流电阻、电压整流器、取电储能与电流采样切换器、储能电容器、电流采样电阻器、adc采集器、电压检测器、电压转换器、mcu微处理器与通信模块，其中，取电模块包括限流电阻、电压整流器、取电储能与电流采样切换器、储能电容器、电压检测器和电压转换器，电流采样单元包括电流采样电阻器和adc采集器，电压检测器控制电压转换器给mcu处理器供电，mcu处理器接受来自adc采样器的电流数据。电路中采用的均为现有市场上常见的电气元件，可采购获得。来自第一采样端和第二采样端的电压信号经限流电阻后连接至电压整流器的两个输入端，电压整流器的电压输出端与取电储能与电流采样切换器连接，取电储能与电流采样切换器一方面为储能电容器供电，当储能电容器充足电后，mcu微处理器下达电流采集指令将取电储能与电流采样切换器切换至电流采样电阻器，由adc采集器采集漏电流数据传送至mcu微处理器，经mcu微处理器处理计算后，将漏电流数据输送给通信模块通信模块，通信模块通信模块通过天线将漏电流数据发送至远程接收端。
43.进一步地，本技术的一体式避雷器还可用于采集雷击次数，监测组件包括用于采集雷击时电压信号的采样线圈355。
44.一种情况，监测组件位于氧化锌片组与上盖或下盖之间时，可借助一般避雷器本体本来就有的呈t字状的金属固定件，如图7、8所示，金属固定件包括上下连接的上台面3211和下竖杆3212，金属结构件的支撑部支撑于金属固定件的上台面，采样线圈套设在金属固定件的下竖杆上，上台面上还预留有穿线孔3213，便于来自采样线圈的引线3551连接至电路板。当避雷器受到雷击时，会有高电压大电流流经氧化锌片组、金属片、电压限制器、金属结构件以及金属固定件，套设在金属固定件上的采样线圈感应到电压信号并传输至mcu微处理器，mcu微处理器根据电压变化统计雷击次数，再将雷击次数输送给通信模块，通信模块通过天线将雷击次数发送至远程接收端。进一步地，金属固定件的下竖杆为空心状，螺杆的上部伸入下竖杆内，下部穿过下盖，在盖外与螺母固定连接。如果所选用的避雷器本体本来不带金属固定件或是在产品迭代过程中取消了金属固定件，可以将金属固定件作为本监测组件的一部分或是对金属结构件的结构进行改造，生成用于套设采样线圈的对应结构，这对于本领域技术人员而言，不存在技术障碍，容易实现，这种情形也涵盖于本技术的保护范围内。
45.另一种情况，监测组件位于氧化锌片组相邻两个氧化锌片之间时，结构与上一种情况相类似，可以将金属固定件作为本监测组件的一部分或是对金属结构件的结构进行改造，生成用于套设采样线圈的对应结构。此处不再赘述。
46.电路板上还设有温度传感器(图中未示出)，温度传感器用于采集氧化锌片组段温度，mcu微处理器为温度传感器提供电源并读取温度值，再将温度信号输送给通信模块，通信模块通过天线将温度数据发送至远程接收端。
47.作为一种实现方式，天线竖直设置于金属结构件的一侧，天线上端与电路板固定连接，与设置于电路板上的天线馈线点连接，天线下端立于下盖上，下盖对天线起到支撑和固定作用。
48.实施例二：
49.实施例二与实施例一的区别在于，实施例一采用的是无线传输，实施例二采用的是有线传输，不包括天线。
50.如图9所示，电路板连接有一信号接头，信号接头的前端与电路板固定连接，信号接头末端穿过壳体与外部连通，信号接头与电路板上的mcu微处理器电连接。电路板通过信号接头实现数据的对外传输，外部的数据采集终端通过信号接头读取监测模块获得的漏电流数据和雷击次数。如图10所示，采用有线传输(通过信号接头)的一体式避雷器外形与一般避雷线相近，只是伸出了一个信号接头的末端。
51.实施例三：
52.实施例三与实施例一的区别在于，实施例一采用的是检测用氧化锌阀片作为电压限制器，实施例三采用的是平行板电容器作为电压限制器。采用氧化锌阀片作为电压限制器的缺陷在于，氧化锌阀片的阻值有限，有一部分漏电流通过氧化锌阀片流走，只有部分漏电流可转化为电压，通过取电电路为后级电路供电。由此可见，采用氧化锌阀片无法实现漏电流的充分利用，对于电流及其微弱、取电难度又非常高的使用环境，我们应该尽可能的将全部漏电流用于监测组件的供电所需，提升储电元件的充电速度，以满足避雷器内信息的采集或是数据处理。
53.平行板电容器是在两个相距很近的极板(分别为上极板和下极板)中间夹上一层绝缘介质而成。其中，上极板和下极板之间可以以气体或者真空作为绝缘介质作为介质，此时，两个极板间的电阻趋于无穷大，在金属片和金属结构件之间形成开路，全部漏电流经金属片流入电路板，为电路板供电。当然上极板和下极板之间也可以以其他绝缘物质作为介质。上极板和下极板均包括外大内小、同轴分布的两层具有一定厚度的平板结构，在位于两个极板内侧平板结构的周围套设有一支撑件，支撑件的上下两端分别与外侧平板结构的内表面相抵，用于在两个内侧平板结构之间撑起适用的间隙。如图11所示，上极板3521-2和下极板3521-3之间以空气作为介质、平板结构呈圆柱状为例进行说明。外大内小、呈同轴上下分布的两层圆柱，两个极板的小圆柱相对设置，在位于两个极板小圆柱的周围套设有一支撑件3521-1，支撑件的上下两端分别与两个大圆柱的内表面相抵，用于在两个小圆柱之间撑起适用的间隙。平行板电容器两个极板小圆柱之间的间隙高度小于等于5mm。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。