高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器的製作方法
2024-03-21 00:54:05
專利名稱：高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器的製作方法
技術領域：
高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器 技術領域 本實用新型涉及一種"髙壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器"，屬於高壓 電器和電子技術領域，它能將高壓電流/電壓波形轉換為光纖輸出數字型光信號。
背景抆術變頻器等電力電子設備應用曰趨廣泛，對電網造成諧波幹擾(電汙染)，影響一些 設備的正常工作，甚至會造成輸電線路諧振或其他用電設備損壞等嚴重事故。採取"高壓電 網在線狀態監測和供電質量自動監測"等應對措施已成趨勢，國內目前尚無適銷對路產品上 巿。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳 感器，以適應"髙壓電網在線狀態監測和供電質量自動監測"之需求。
本實用新型由"電流波形精密取樣模塊"(簡稱"電流取樣模塊")、"電壓波 形精密取樣模塊"(簡稱"電壓取樣模塊")、雙通道輸入A/D轉換器、光纖接口電路、供電 電源電路、絕緣材料、2根輸入線、l根地線、l根光纖和外殼組成，2根輸入線接電流取樣 模塊，2根輸入線之一和地線接電壓取樣模塊，電流取樣模塊和電壓取樣模塊的輸出接雙通 道輸入A/D轉換器、A/D轉換器的輸出接光纖接口電路，光纖接口電路中的發光二極體或半 導體雷射器發出的光射入光纖，經光纖輸出數字型光信號。
電流取樣模塊可由磁平衡霍爾電流傳感器、絕緣材料和銅棒或銅排組成，銅棒或銅排從 磁平衡霍爾電流傳感器的圓形或矩形窗口中穿過，銅棒或銅排的兩端接2根輸入線，2根輸 入線也可以是銅排或鋁排。磁平衡霍爾電流傳感器與從其窗口穿過的銅棒或銅排之間可以有 髙壓絕緣材料，二者之間額定耐壓在10kV至1,000kV範圍內。
電壓取樣模塊可由2至6,000隻電阻器串聯而成，形成串聯電阻鏈，電阻鏈的一端接2 根輸入線之一，另一端接地線，接地線的電阻器兩端電壓即為電壓取樣模塊的輸出信號。
電流取樣模塊、電壓取樣模塊、雙通道輸入A/D轉換器、光纖接口電路、供電電源電路 和絕緣材料可放在外殼內，2根輸入線、地線和光纖從外殼內引出。外殼內可灌絕緣油或充 SF6氣體絕緣。
由於本實用新型用電子電路實現髙壓電流/電壓波形取樣和傳送，與傳統的高壓電磁式 互感器相比，銅材和鋼材的用i很少，推廣應用本實用新型，替代傳統的高壓電磁互感器， 可大量減少銅材和鋼材的用量，對節能減排和減少資源消耗很有益。而且它的頻帶比傳統的 高壓電磁互感器的頻帶寬，即本實用新型能適應"高壓電網在線狀態監測和供電質量自動監 測"之趨勢，
圖l是本實用新型的一種框圖，圖中方框A代表本實用新型，方框A的上方畫 出了 2根輸入線，它們串入被測髙壓(例如220kV)輸電線；方框A的左方畫出了接地線,方框 A的右方畫出了輸出光纖。圖中左側描述了本實用新型的輸入波形(即髙壓電流和電壓波形) 幅值縮小後的一種情況，圖中右側描述了本實用新型的光纖輸出數字型光信號復原後的波 形。顯然，"光纖輸出數字型光信號復原"需要光纖接收接口電路和雙通道輸出D/A變換器， 它們由圖中方框B(不厲於本實用新型)代表。
圖2是本實用新型的一種電路原理框圖，圖中"^ SAM"是電流波形精密取樣模塊"， 可由磁平衡霍爾電流傳感器、絕緣材料和銅棒或銅排組成，銅棒或銅排從磁平衡霍爾電流傳 感器的圓形或矩形窗口中穿過，銅棒或銅排的兩端接2根輸入線，2根輸入線也可以是銅排 或鋁排。"^SAM"的輸出電流為aa ， Ot是一個小於1的比例係數，例如(X-O. 02% 。
圖2中"t> * SAM"是"t> *電壓波形精密取樣模塊"，它由2至6， 000隻電阻器串聯 而成，圖3描述"t>*SAM"的一種電路原理，它由Ro、 Rl、 R2、 R3至RN組成，Rn的左端 接被測高電壓^*， Ro的下端接地，它與Rl的連結點為"t/《SAM"的輸出，即Ro兩端電
壓為"t>*SAM"的輸出電壓PO;t ，其最大幅值應與雙通道輸入A/D轉換器相適應，因 此P是一個很小的比例係數，例如&=0.001% 。
圖2中"A/D-VC"是雙通道輸入A/D轉換器電路，"ITF"是光纖接口電路。
圖2中"PSC"是供電電源電路，它可由電池或特殊的供電電路和DC-DC開關型穩壓電源 模塊等組成。供電電源電路可在公開發行的科技文獻中查到，此處不贅述。
圖3是圖2中^*電壓波形精密取樣的一種電路原理框圖，其中Rl至RN是精密電阻器，
Ro是電壓取樣電阻器，其阻值將在下面具體實施方式
中說明。
圖4是圖2中雙通道輸入A/D轉換器的一種電路原理框圖，圖中"A/D"代表雙通道輸入
A/D轉換器,LED代表超高亮發光二極體，它發出的光射入光纖。
具體實施方式
下面以220kV/1000A電流/電壓波形測量為例，說明具體實施技術問題。
前面所述磁平衡霍爾電流傳感器,又稱為LEM器件(可在北京巿場上買到)，可選圓形窗 口器件和比窗口直徑小6隨、長度L 300mm的紫銅圓棒，並在紫銅棒上裹繞20層0. lmra厚、 寬約160mm(紫銅圓棒兩端需留出一段接輸入線)的絕緣薄膜，絕緣薄膜耐壓強度可達到不劣 於240kV/mm。然後將已裹繞絕緣薄膜紫銅圓棒插入LEM器件窗口 ，保持位置居中固定，再將 紫銅圓棒的兩端分別接輸入線。
在被測高壓輸電線的額定線電壓為220kV(額定相電壓為127kV)條件下，串聯電阻器的數 量可為801隻，即圖3中Ri至Rn均可逸用"3MQ/0. 125W/0. 25%額定耐壓200V(有效值)以上" 的金屬膜電阻器，Ro可選用24kQ/0.125W/0.25y。的金屬膜電阻器，據這些參數值計算，"t> *SAM"的輸出電壓與輸入電壓之比為0.001% 。
設被測電流的額定值為l，OOOA， LEM器件輸出電流OC^與輸入電流^之比OC-0.02y。， 則圖4中Ri可取9. OQ/0. 5W/0. 1%電阻器。沒Vdd-5V，則圖4中R可取160Q電阻器。
圖4中A/D轉換器件需滿足以下技術要求
(1) 應選用12bit或解析度和精度更高的器件；
(2) "採樣-A/D轉換響應時間"應在10pS以內；
(3) 可正、負雙極性輸入；
(4) 串行數據輸出模式；
若所購A/D轉換器件只允許單極性輸入，則應在圖4標註P,和P2處分別串入以運算放大 器為核心的精密整流電路。精密整流電路可在公開發行的科技文獻中查到，無需贅述。
權利要求1.一種「高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器」，其特徵是它由電流波形精密取樣模塊、電壓波形精密取樣模塊、雙通道輸入A/D轉換器、光纖接口電路、供電電源、絕緣材料、2根輸入線、1根地線、1根光纖和外殼組成，2根輸入線接電流波形精密取樣模塊，2根輸入線之一和地線接電壓波形精密取樣模塊，電流波形精密取樣模塊和電壓波形精密取樣模塊的輸出接雙通道輸入A/D轉換器、A/D轉換器的輸出接光纖接口電路，光纖接口電路中的發光二極體或半導體雷射器發出的光射入光纖，經光纖輸出數字型光信號。
2. 根據權利要求l所述的"高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器"，其特徵是電流波形精密取樣模塊可由磁平衡霍爾電流傳感器、絕緣材料和銅棒或銅排組成，銅棒或銅 排從磁平衡霍爾電流傳感器的圓形或矩形窗口中穿過，銅棒或銅排的兩端接2根輸入線，2 根輸入線可以是銅排或鋁排。
3. 根據權利要求1所述的"高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器"，其特徵是 電流波形精密取樣模塊可由磁平衡霍爾電流傳感器、銅棒或銅排和絕緣材料組成，磁平衡霍 爾電流傳感器與從其窗口穿過的銅棒或銅排之間的絕緣材料額定耐壓可在10kV至1，000kV範圍內。
4. 根據權利要求l所述的"高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器"，其特徵是 電壓波形精密取樣模塊可由2至6,000隻精密電阻器串聯而成，串聯形成的電阻鏈的一端接2 根輸入線之一，另一端接地線，與地線相連的電阻器兩端電壓即為電壓波形精密取樣模塊的 輸出信號。
5. 根據權利要求l所述的"高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器"，其特徵是 電流波形精密取樣模塊、電壓波形精密取樣模塊、雙通道輸入A/D轉換器、光纖接口電路、 供電電源和絕緣材料可放在外殼內，2根輸入線、地線和光纖從外殼內引出。
6. 根據權利要求l所述的"高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器"，其特徵是 其外殼內可灌絕緣油或充SF6氣體絕緣。
專利摘要本實用新型是「高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器」，屬於高壓電器和電子技術領域。它由「電流波形精密取樣模塊」「電壓波形精密取樣模塊」、A/D轉換器、光纖接口電路、供電電源、絕緣材料、2根輸入線、1根地線、1根光纖和外殼組成。電流取樣模塊可由磁平衡霍爾電流傳感器、絕緣材料和銅棒或銅排組成，2根輸入線可以是銅排或鋁排，2根輸入線之一和地線接電壓取樣模塊，電流取樣模塊和電壓取樣模塊的輸出接雙通道輸入A/D轉換器，A/D轉換器的輸出接光纖接口電路，經光纖輸出數字型光信號，即本實用新型可將高壓電流/電壓波形轉換為光纖輸出數字型光信號。
文檔編號G08C19/36GK201015061SQ200620137669
公開日2008年1月30日 申請日期2006年10月12日 優先權日2006年10月12日
發明者孫梅生 申請人:孫梅生