專利名稱：高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器 技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)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"，屬于高壓 電器和電子技術(shù)領(lǐng)域，它能將高壓電流/電壓波形轉(zhuǎn)換為光纖輸出數(shù)字型光信號。
背景抆術(shù)變頻器等電力電子設(shè)備應(yīng)用曰趨廣泛，對電網(wǎng)造成諧波干擾(電污染)，影響一些 設(shè)備的正常工作，甚至?xí)斐奢旊娋€路諧振或其他用電設(shè)備損壞等嚴(yán)重事故。采取"高壓電 網(wǎng)在線狀態(tài)監(jiān)測和供電質(zhì)量自動監(jiān)測"等應(yīng)對措施已成趨勢，國內(nèi)目前尚無適銷對路產(chǎn)品上 巿。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)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(yīng)"髙壓電網(wǎng)在線狀態(tài)監(jiān)測和供電質(zhì)量自動監(jiān)測"之需求。
本實(shí)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器的輸出接光纖接口電路，光纖接口電路中的發(fā)光二極管或半 導(dǎo)體激光器發(fā)出的光射入光纖，經(jīng)光纖輸出數(shù)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范圍內(nèi)。
電壓取樣模塊可由2至6,000只電阻器串聯(lián)而成，形成串聯(lián)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(zhuǎn)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(nèi)，2根輸入線、地線和光纖從外殼內(nèi)引出。外殼內(nèi)可灌絕緣油或充 SF6氣體絕緣。
由于本實(shí)用新型用電子電路實(shí)現(xiàn)髙壓電流/電壓波形取樣和傳送，與傳統(tǒng)的高壓電磁式 互感器相比，銅材和鋼材的用i很少，推廣應(yīng)用本實(shí)用新型，替代傳統(tǒng)的高壓電磁互感器， 可大量減少銅材和鋼材的用量，對節(jié)能減排和減少資源消耗很有益。而且它的頻帶比傳統(tǒng)的 高壓電磁互感器的頻帶寬，即本實(shí)用新型能適應(yīng)"高壓電網(wǎng)在線狀態(tài)監(jiān)測和供電質(zhì)量自動監(jiān) 測"之趨勢，

圖l是本實(shí)用新型的一種框圖，圖中方框A代表本實(shí)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(cè)描述了本實(shí)用新型的輸入波形(即髙壓電流和電壓波形) 幅值縮小后的一種情況，圖中右側(cè)描述了本實(shí)用新型的光纖輸出數(shù)字型光信號復(fù)原后的波 形。顯然，"光纖輸出數(shù)字型光信號復(fù)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(不厲于本實(shí)用新型)代表。
圖2是本實(shí)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(gè)小于1的比例系數(shù)，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只電阻器串聯(lián) 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(jié)點(diǎn)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(yīng)與雙通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器相適應(yīng)，因 此P是一個(gè)很小的比例系數(shù)，例如&=0.001% 。
圖2中"A/D-VC"是雙通道輸入A/D轉(zhuǎn)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(guān)型穩(wěn)壓電源 模塊等組成。供電電源電路可在公開發(fā)行的科技文獻(xiàn)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(shí)施方式
中說明。
圖4是圖2中雙通道輸入A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器,LED代表超高亮發(fā)光二極管，它發(fā)出的光射入光纖。
具體實(shí)施方式
下面以220kV/1000A電流/電壓波形測量為例，說明具體實(shí)施技術(shù)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，并在紫銅棒上裹繞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(qiáng)度可達(dá)到不劣 于240kV/mm。然后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(lián)電阻器的數(shù) 量可為801只，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(jù)這些參數(shù)值計(jì)算，"t> *SAM"的輸出電壓與輸入電壓之比為0.001% 。
設(shè)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(zhuǎn)換器件需滿足以下技術(shù)要求
(1) 應(yīng)選用12bit或分辨率和精度更高的器件；
(2) "采樣-A/D轉(zhuǎn)換響應(yīng)時(shí)間"應(yīng)在10pS以內(nèi)；
(3) 可正、負(fù)雙極性輸入；
(4) 串行數(shù)據(jù)輸出模式；
若所購A/D轉(zhuǎn)換器件只允許單極性輸入，則應(yīng)在圖4標(biāo)注P,和P2處分別串入以運(yùn)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(fā)行的科技文獻(xiàn)中查到，無需贅述。
權(quán)利要求1.一種“高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器”，其特征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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器的輸出接光纖接口電路，光纖接口電路中的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光射入光纖，經(jīng)光纖輸出數(shù)字型光信號。
2. 根據(jù)權(quán)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"，其特征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(jù)權(quán)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"，其特征是 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范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)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"，其特征是 電壓波形精密取樣模塊可由2至6,000只精密電阻器串聯(lián)而成，串聯(lián)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(jù)權(quán)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"，其特征是 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(zhuǎn)換器、光纖接口電路、 供電電源和絕緣材料可放在外殼內(nèi)，2根輸入線、地線和光纖從外殼內(nèi)引出。
6. 根據(jù)權(quán)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"，其特征是 其外殼內(nèi)可灌絕緣油或充SF6氣體絕緣。
專利摘要本實(shí)用新型是“高壓電流/電壓波形一體化光纖精密傳感器”，屬于高壓電器和電子技術(shù)領(lǐng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出接光纖接口電路，經(jīng)光纖輸出數(shù)字型光信號，即本實(shí)用新型可將高壓電流/電壓波形轉(zhuǎn)換為光纖輸出數(shù)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(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者孫梅生 申請人:孫梅生