CN102236044A - 脉冲电流传感器及采用该传感器制成的记录电涌波防雷箱 - Google Patents

Abstract

脉冲电流传感器及采用该传感器制成的记录电涌波防雷箱。本发明公开了一种脉冲电流传感器，它包括一对相对设置的半圆弧磁芯，两个半圆弧磁芯之间是气隙，气隙外套无磁性金属导电环，所述无磁性金属导电环的内孔轴线与半圆弧磁芯的磁力线一致；在所述的半圆弧磁芯上缠绕设置线圈，从线圈上引出输出端子。本发明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。

Description

脉冲电流传感器及采用该传感器制成的记录电涌波防雷箱

技术领域

本发明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。

发明内容

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，本发明提供一种能完整记录过电压波形的防雷箱，该防雷箱采用本发明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，本发明采用以下技术方案：

本发明中，一种脉冲电流传感器包括：一对相对设置的半圆弧磁芯，两个半圆弧磁芯之间是气隙，气隙外套无磁性金属导电环，所述无磁性金属导电环的内孔轴线与半圆弧磁芯的磁力线一致；在所述的半圆弧磁芯上缠绕设置线圈，从线圈上引出输出端子。

所述的半圆弧磁芯设置在绝缘机座与带磁屏蔽外壳所形成的腔体内。

在所述的绝缘机座上设置导电柱。

本发明中，一种采用上述脉冲电流传感器而制成的记录电涌波防雷箱包括：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发明，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。

附图说明

图1为本发明中脉冲电流传感器的电气原理结构图；

图2为本发明中脉冲电流传感器的整体结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为本发明中记录电涌波防雷箱的结构示意图；

图5为本发明中记录电涌波防雷箱的电路原理框图；

图6是本发明中记录电涌波防雷箱获取电流波形的流程图；

图7是本发明中记录电涌波防雷箱最终可获取的电流波形图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的脉冲电流传感器是指：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，本发明中的半圆弧磁芯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。

该脉冲电流传感器是对罗氏线圈的改进，其具体的消磁原理是：

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子基础。

如图2、图3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。由于如图1所示的脉冲电流传感器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。

在脉冲电流传感器17的基础上，本发明又制备出了记录电涌波防雷箱。如图4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。

本发明中，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5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。

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所示。

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。

试验时间	电流峰值(KA)	反峰值(％)	波前时间(us)	波尾时间(us)	比能量(KJ/Ω)	电荷量(As)
							10-03-02-09:53:49	62.09	15.28	7.80	20.09	52	1.24

表1

Claims (8)

1.一种脉冲电流传感器，其特征在于：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)，所述无磁性金属导电环(29)的内孔轴线与半圆弧磁芯(22)的磁力线一致；在所述的半圆弧磁芯(22)上缠绕设置线圈(23)，从线圈(23)上引出输出端子(31)。

2.根据权利要求1所述的脉冲电流传感器，其特征在于：所述的半圆弧磁芯(22)设置在绝缘机座(28)与带磁屏蔽外壳(21)所形成的腔体内。

3.根据权利要求2所述的脉冲电流传感器，其特征在于：在所述的绝缘机座(28)上设置导电柱(25)。

4.一种采用如权利要求3所述脉冲电流传感器而制成的记录电涌波防雷箱，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。

5.根据权利要求4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。

6.根据权利要求5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。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求7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)。

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