一種避雷器阻性電流測試傳感器的制作方法

本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種避雷器阻性電流測試傳感器。

背景技術：

在電力系統中，為保證安全供電，在高壓輸電線路中通常采用設置避雷器來對雷電及操作過電壓進行防護，氧化鋅避雷器(Metal Oxide SurgeArrester，簡稱MOA)自20世紀70年代初期出現以來，以其優良的特性已逐步取代了傳統的Si C避雷器，廣泛地在各電壓等級的電網中投入運行。

MOA具有如下優點：

1)保護特性好

MOA具有良好的非線性特性，在正常工作電壓下呈現很高的阻值，通過它的電流只有微安級，接近絕緣狀態；當加在它上面的電壓超過參考電壓時，通過它的電流迅速增加，可有效抑制過電壓，保護其它電氣設備的安全運行。

2)耐重復，動作能力強

MOA保護動作只泄放雷電流，雷電流泄放(小于100μs)完畢，立即恢復到可進行再次動作能力，故MOA具有連續雷電沖擊保護能力，耐重復，動作能力強。

3)通流能力大

MOA的通流量完全由其閥片決定，不像Si C避雷器，不僅受Si C閥片的限制還受間隙滅弧能力的影響，同時，氧化鋅閥片的密度高，比熱大，一般單位面積Zn O閥片的通流能力比Si C大4～4.5倍。

4)體積小，重量輕

MOA因其具有良好的非線性特性而不需要串聯間隙，同時其單位面積的通流能力大，所以簡化了其結構，較傳統的Si C避雷器高度可降低1/3～1/2，質量可減輕1/3以上，可節省變配電所的占地面積，節約投資。

在我國，MOA已廣泛應用于3～500k V的電網中，從運行情況看，絕大多數運行良好。

為了提高輸電線路供電的可靠性，防止雷擊過電壓而造成斷路器跳閘，高電壓等級輸電線路廣泛應用氧化鋅避雷器(MOA)，因此MOA避雷器性能的好壞直接影響電力系統安全運行。MOA避雷器長期接于工頻高電壓下，會逐漸形成老化，在運行中可能發生擊穿損壞而失去保護作用，產生極其嚴重的后果，為保障MOA避雷器安全運行，必須對MOA避雷器進行嚴格的監測。

但是，目前并沒有一種檢測較為可靠的MOA避雷器。

技術實現要素：

為了彌補以上MOA避雷器檢測手段不夠可靠的不足，本發明提供了一種避雷器阻性電流測試傳感器，以解決上述背景技術中的問題。

本發明的技術方案為：

一種避雷器阻性電流測試傳感器，包括

單匝穿芯電流傳感器電路，所述單匝穿芯電流傳感器電路連接到取電線路，單匝穿芯電流傳感器電路中設置雙向瞬態抑制二極管，起過電壓保護作用，設置有將電流信號轉換成電壓信號并分壓取樣的電阻R1、電阻R6，設置有對取樣電壓嵌位的二極管D1和二極管D2，以及用于對瞬時雷擊過電壓進行整流的二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，

LM358雙運算放大器，所述LM358雙運算放大器用以將整流后的電壓進行調理；

以及CPU，所述CPU對避雷器動作次數計數。

作為一種優化的技術方案，將避雷器泄漏電流取樣信號，送到AD芯片的電流輸入端。

作為一種優化的技術方案，將避雷器泄漏電流取樣信號首先經有源二階帶通濾波器濾波后得到取樣信號的三次諧波分量，再送到AD芯片的電壓輸入端。

作為一種優化的技術方案，所述AD芯片為CS5460。

作為一種優化的技術方案，將測量結果通過物聯網接口進行數字無線傳輸，實現實時監測。使工作人員隨時掌握并提前處理事故隱患，保障電力電網安全供電。

作為一種優化的技術方案，數字無線傳輸采用ZigBee網絡實現組網通信。

作為一種優化的技術方案，ZigBee網絡采用CC2530芯片作為傳感器節點。

由于采用了上述技術方案，本發明具有如下有益效果：

MOA避雷器傳感器的電流檢測采用單匝穿芯電流傳感器，實現全隔離無殘壓的取樣方式，采用“三次諧波法”測量MOA避雷器的阻性電流，應用先進的微處理器技術進行線性化處理與計算。本發明利用物聯網技術對運行中的MOA避雷器實行“在線、實時、遠傳、智能、可靠”的監測，這就要求每一個MOA避雷器傳感器成為物聯網的一個結點，從而組成一個MOA避雷器監測系統，對MOA避雷器的運行參數進行實時監測，保障電力系統安全運行。

綜上所述，本發明提高MOA避雷器傳感器檢測的正確性，抗干擾能力強，穩定性強，便于在線檢測。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明的單匝穿芯電流傳感器電路示意圖；

圖2為本發明的AD芯片示意圖；

圖3為本發明有源二階帶通濾波器的示意圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明進行詳細描述。

如圖1所示，一種避雷器阻性電流測試傳感器，包括單匝穿芯電流傳感器電路，所述單匝穿芯電流傳感器電路連接到取電線路，單匝穿芯電流傳感器電路中設置雙向瞬態抑制二極管，起過電壓保護作用，設置有將電流信號轉換成電壓信號并分壓取樣的電阻R1、電阻R6，設置有對取樣電壓嵌位的二極管D1和二極管D2，以及用于對瞬時雷擊過電壓進行整流的二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，LM358雙運算放大器，所述LM358雙運算放大器用以將整流后的電壓進行調理，LM358雙運算放大器內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路和音響報警電路等組成。紅外線探測傳感器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由IC1的②腳輸出微弱的電信號，經三極管VT1等組成第一級放大電路放大，再通過C2輸入到運算放大器IC2中進行高增益、低噪聲放大，此時由IC2①腳輸出的信號已足夠強。IC3作電壓比較器，它的第⑤腳由R10、VD1提供基準電壓，當IC2①腳輸出的信號電壓到達IC3的⑥腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時IC3的⑦腳由原來的高電平變為低電平。IC4為報警延時電路，R14和C6組成延時電路，其時間約為1分鐘。當IC3的⑦腳變為低電平時，C6通過VD2放電，此時IC4的②腳變為低電平，它與IC4的③腳基準電壓進行比較，當它低于其基準電壓時，IC4的①腳變為高電平，VT2導通，訊響器BL通電發出報警聲。人體的紅外線信號消失后，IC3的⑦腳又恢復高電平輸出，此時VD2截止。由于C6兩端的電壓不能突變，故通過R14向C6緩慢充電，當C6兩端的電壓高于其基準電壓時，IC4的①腳才變為低電平，時間約為1分鐘，即持續1分鐘報警。由VT3、R20、C8組成開機延時電路，時間也約為1分鐘，它的設置主要是防止使用者開機后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監視現場，同時可防止停電后又來電時產生誤報。該裝置采用9－12V直流電源供電，由T降壓，全橋U整流，C10濾波，檢測電路采用IC578L06供電。本裝置交直流兩用，自動無間斷轉換。

還包括CPU，所述CPU對避雷器動作次數計數。

其中X0、Y0為避雷器泄漏電流取樣信號，接入單匝穿芯電流傳感器電路中。

如圖2和圖3所示，本發明中，將避雷器泄漏電流取樣信號X0、Y0，送到AD芯片的電流輸入端。將避雷器泄漏電流取樣信號X0、Y0首先經有源二階帶通濾波器濾波后得到取樣信號的三次諧波分量，再送到AD芯片的電壓輸入端，所述AD芯片為CS5460。CS5460是CRYSTAL公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計量集成電路芯片。與目前在電子式電度表應用中廣泛使用的AD7750和AD7755(見《國外電子元器件》1999年第3期文章)相比較，CS5460增加了以下功能：

●具有片內看門狗定時器(Watch Dog Timer)與內部電源監視器；

●具有瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測量及電能計量功能；

●提供了外部復位引腳；

●雙向串行接口與內部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；

●外部時鐘最高頻率可達20MHz；

●具有功率方向輸出指示。

這些增加的功能更加便于與微處理器(MPU)接口，并能方便地實現電壓、電流、功率的測量和用電量累積等功能。

為了實現在線實時監測，將測量結果通過物聯網接口進行數字無線傳輸，實現實時監測。使工作人員隨時掌握并提前處理事故隱患，保障電力電網安全供電。數字無線傳輸采用ZigBee網絡實現組網通信。ZigBee網絡采用CC2530芯片作為傳感器節點。

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(SoC)解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點。CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能，業界標準的增強型8051CPU，系統內可編程閃存，8-KB RAM和許多其它強大的功能。CC2530有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB的閃存。CC2530具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC253x芯片系列中使用的8051CPU內核是一個單周期的8051兼容內核。它有三種不同的內存訪問總線(SFR，DATA和CODE/XDATA)，單周期訪問SFR，DATA和主SRAM。它還包括一個調試接口和一個18輸入擴展中斷單元。中斷控制器總共提供了18個中斷源，分為六個中斷組，每個與四個中斷優先級之一相關。當設備從活動模式回到空閑模式，任一中斷服務請求就被激發。一些中斷還可以從睡眠模式(供電模式1-3)喚醒設備。內存仲裁器位于系統中心，因為它通過SFR總線把CPU和DMA控制器和物理存儲器以及所有外設連接起來。內存仲裁器有四個內存訪問點，每次訪問可以映射到三個物理存儲器之一：一個8-KB SRAM、閃存存儲器和XREG/SFR寄存器。它負責執行仲裁，并確定同時訪問同一個物理存儲器之間的順序。8-KB SRAM映射到DATA存儲空間和部分XDATA存儲空間。8-KB SRAM是一個超低功耗的SRAM，即使數字部分掉電(供電模式2和3)也能保留其內容。這是對于低功耗應用來說很重要的一個功能。32/64/128/256KB閃存塊為設備提供了內電路可編程的非易失性程序存儲器，映射到XDATA存儲空間。除了保存程序代碼和常量以外，非易失性存儲器允許應用程序保存必須保留的數據，這樣設備重啟之后可以使用這些數據。使用這個功能，例如可以利用已經保存的網絡具體數據，就不需要經過完全啟動、網絡尋找和加入過程。

時鐘和電源管理

數字內核和外設由一個1.8-V低差穩壓器供電。它提供了電源管理功能，可以實現使用不同供電模式的長電池壽命的低功耗運行。有五種不同的復位源來復位設備。

外設

CC2530包括許多不同的外設，允許應用程序設計者開發先進的應用。調試接口執行一個專有的兩線串行接口，用于內電路調試。通過這個調試接口，可以執行整個閃存存儲器的擦除、控制使能哪個振蕩器、停止和開始執行用戶程序、執行8051內核提供的指令、設置代碼斷點，以及內核中全部指令的單步調試。使用這些技術，可以很好地執行內電路的調試和外部閃存的編程。

設備含有閃存存儲器以存儲程序代碼。閃存存儲器可通過用戶軟件和調試接口編程。閃存控制器處理寫入和擦除嵌入式閃存存儲器。閃存控制器允許頁面擦除和4字節編程。

I/O控制器負責所有通用I/O引腳。CPU可以配置外設模塊是否控制某個引腳或它們是否受軟件控制，如果是的話，每個引腳配置為一個輸入還是輸出，是否連接襯墊里的一個上拉或下拉電阻。CPU中斷可以分別在每個引腳上使能。每個連接到I/O引腳的外設可以在兩個不同的I/O引腳位置之間選擇，以確保在不同應用程序中的靈活性。

系統可以使用一個多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存儲空間訪問存儲器，因此能夠訪問所有物理存儲器。每個通道(觸發器、優先級、傳輸模式、尋址模式、源和目標指針和傳輸計數)用DMA描述符在存儲器任何地方配置。許多硬件外設(AES內核、閃存控制器、USART、定時器、ADC接口)通過使用DMA控制器在SFR或XREG地址和閃存/SRAM之間進行數據傳輸，獲得高效率操作。定時器1是一個16位定時器，具有定時器/PWM功能。它有一個可編程的分頻器，一個16位周期值，和五個各自可編程的計數器/捕獲通道，每個都有一個16位比較值。每個計數器/捕獲通道可以用作一個PWM輸出或捕獲輸入信號邊沿的時序。它還可以配置在IR產生模式，計算定時器3周期，輸出是ANDed，定時器3的輸出是用最小的CPU互動產生調制的消費型IR信號。

MAC定時器(定時器2)是專門為支持IEEE 802.15.4MAC或軟件中其他時槽的協議設計。定時器有一個可配置的定時器周期和一個8位溢出計數器，可以用于保持跟蹤已經經過的周期數。一個16位捕獲寄存器也用于記錄收到/發送一個幀開始界定符的精確時間，或傳輸結束的精確時間，還有一個16位輸出比較寄存器可以在具體時間產生不同的選通命令(開始RX，開始TX，等等)到無線模塊。定時器3和定時器4是8位定時器，具有定時器/計數器/PWM功能。它們有一個可編程的分頻器，一個8位的周期值，一個可編程的計數器通道，具有一個8位的比較值。每個計數器通道可以用作一個PWM輸出。

睡眠定時器是一個超低功耗的定時器，計算32-kHz晶振或32-kHz RC振蕩器的周期。睡眠定時器在除了供電模式3的所有工作模式下不斷運行。這一定時器的典型應用是作為實時計數器，或作為一個喚醒定時器跳出供電模式1或2。

ADC支持7到12位的分辨率，分別在30kHz或4kHz的帶寬。DC和音頻轉換可以使用高達八個輸入通道(端口0)。輸入可以選擇作為單端或差分。參考電壓可以是內部電壓、AVDD或是一個單端或差分外部信號。ADC還有一個溫度傳感輸入通道。ADC可以自動執行定期抽樣或轉換通道序列的程序。

隨機數發生器使用一個16位LFSR來產生偽隨機數，這可以被CPU讀取或由選通命令處理器直接使用。例如隨機數可以用作產生隨機密鑰，用于安全。

AES加密/解密內核允許用戶使用帶有128位密鑰的AES算法加密和解密數據。這一內核能夠支持IEEE 802.15.4MAC安全、ZigBee網絡層和應用層要求的AES操作。

一個內置的看門狗允許CC2530在固件掛起的情況下復位自身。當看門狗定時器由軟件使能，它必須定期清除；否則，當它超時就復位它就復位設備。或者它可以配置用作一個通用32-kHz定時器。

USART 0和USART 1每個被配置為一個SPI主/從或一個UART。它們為RX和TX提供了雙緩沖，以及硬件流控制，因此非常適合于高吞吐量的全雙工應用。每個都有自己的高精度波特率發生器，因此可以使普通定時器空閑出來用作其他用途。

無線設備

CC2530具有一個IEEE 802.15.4兼容無線收發器。RF內核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU和無線設備之間的一個接口，這使得可以發出命令，讀取狀態，自動操作和確定無線設備事件的順序。無線設備還包括一個數據包過濾和地址識別模塊。

以上所述僅是本發明的較佳實施方式，故凡依本發明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發明專利申請范圍內。