一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能避雷器，其將常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器和智能監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)低成本、一體化封裝。上述智能監(jiān)測模塊收集和存儲避雷器泄漏電流的能量作為主要電源，監(jiān)測避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、管芯溫度等狀態(tài)參數(shù)，并通過無線信道將這些參數(shù)發(fā)送出去。本發(fā)明具有智能化程度高、成本低、可靠性高、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能避雷器，具體地說是一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的中壓類氧化鋅避雷器不具備監(jiān)測本身工作狀態(tài)的功能，需要安裝避雷器在線監(jiān)測表或使用避雷器測試儀查看避雷器運(yùn)行狀態(tài)。
[0003]避雷器在線監(jiān)測表用于監(jiān)測避雷器泄漏電流和動作次數(shù)，其成本大大高于避雷器的本身成本，不適合配電系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。另外，模擬式避雷器在線監(jiān)測表需要人工巡檢抄表，人工工作量大、實(shí)時(shí)性差；數(shù)字式避雷器在線監(jiān)測表成本很高，還需要解決供電和通訊問題，性價(jià)比較低。因此，中壓配電系統(tǒng)的避雷器通常不會安裝避雷器在線監(jiān)測表。
[0004]避雷器測試儀可應(yīng)用于氧化鋅避雷器的現(xiàn)場帶電或停電測試，具備較強(qiáng)的分析能力，但現(xiàn)場涉及接線操作，人工工作量大、實(shí)時(shí)性很差，因此避雷器測試儀較常用于檢修作業(yè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種可以提高避雷器故障診斷效率，降低人工工作量，智能化程度高、成本低、可靠性高、免維護(hù)的低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器，將常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器和智能監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)低成本、一體化封裝，在不影響常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器原有優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、管芯溫度等狀態(tài)的無線智能化監(jiān)測；
上述智能監(jiān)測模塊通過收集和存儲避雷器泄漏電流的能量作為主要工作電源，內(nèi)置長壽命電池作為備用電源；避雷器在線運(yùn)行后，智能監(jiān)測模塊主要利用避雷器泄漏電流工作，極少或不消耗電池的能量，在整個(gè)產(chǎn)品壽命周期內(nèi)無需維護(hù)；
上述智能監(jiān)測模塊支持無線通信功能，智能監(jiān)測模塊通過無線信道將避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、管芯溫度等數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
[0007]優(yōu)選地，該避雷器包括閥芯、內(nèi)絕緣層、外傘套、金屬護(hù)套、內(nèi)電極、螺母、螺絲，所述閥芯上設(shè)有智能監(jiān)測模塊，所述智能監(jiān)測模塊包括電池、控制電路板、電源電路板、電極上蓋、O型密封圈、電極殼體、彈簧片、電路板外殼、天線絕緣柱、天線、絕緣柱、氧化鋅閥片、電極片、電極片觸點(diǎn)，
所述電池焊接在控制電路板上，控制電路板通過連接器固定在電源電路板上并與其實(shí)現(xiàn)電氣連接；電池、控制電路板、電源電路板固定在電路板外殼上；電路板外殼固定在電極殼體底部；電源電路板邊沿與電極殼體接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接；
所述天線絕緣柱通過螺紋固定在電極殼體上，天線通過螺紋固定在天線絕緣柱上，天線與控制電路板上的天線饋線點(diǎn)接觸；
所述氧化鋅閥片固定在電極殼體與電極片之間，電極片觸點(diǎn)穿過電極殼體、電極片的中心孔與電源電路板實(shí)現(xiàn)電氣連接；
所述電極上蓋和電極殼體通過螺紋連接，所述彈簧片壓緊電路板外殼，所述電源電路板與電極殼體緊密貼合；
所述電極上蓋中心帶螺紋孔，通過螺絲引出作為外部接線端子。
[0008]本發(fā)明的避雷器利用避雷器本身泄漏電流進(jìn)行供電，監(jiān)測避雷器的泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、閥芯溫度等狀態(tài)，通過無線信道將狀態(tài)信息發(fā)送出去；同時(shí)直接替換對應(yīng)規(guī)格的氧化鋅避雷器使用，通過配套無線接收設(shè)備可直接查看避雷器運(yùn)行工況，由此可大大提高避雷器故障診斷效率，降低人工工作量。
[0009]優(yōu)選地，所述O型密封圈包括設(shè)置在電極上蓋與電極殼體之間的上O型密封圈和設(shè)置在電極上蓋、電極殼體與電路板外殼之間的下O型密封圈。
[0010]優(yōu)選地，所述控制電路板包括微處理器、穩(wěn)壓電路、調(diào)理電路，所述電源電路板包括限流電路、取電電路、采樣電路、保護(hù)電路、溫度傳感器；所述電源電路板通過電極殼體、電極片觸點(diǎn)與氧化鋅閥片實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述控制電路板、電源電路板之間通過連接器實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0011]優(yōu)選地，所述限流電路、取電電路、采樣電路組成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路與氧化鋅閥片并聯(lián)，所述保護(hù)電路串聯(lián)在限流電路、氧化鋅閥片之間。所述限流電路和保護(hù)電路分別用于后級電路的過流、過壓保護(hù)。所述保護(hù)電路的信號輸出端與微處理器連接，保護(hù)電路動作時(shí)輸出一個(gè)脈沖至微處理器。
[0012]所述取電電路收集和存儲流過的電流能量，然后通過穩(wěn)壓電路為微處理器、調(diào)理電路提供穩(wěn)定的工作電源。電池作為備用電源與穩(wěn)壓電路連接。
[0013]所述采樣電路將流過的電流值轉(zhuǎn)化為電壓值后發(fā)送給調(diào)理電路，經(jīng)過調(diào)理電路濾波、放大后輸出至微控制器的模擬米樣端口。
[0014]所述溫度傳感器與微處理器連接，微處理器為溫度傳感器提供電源并讀取溫度值。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
1.本發(fā)明基于成熟的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)和封裝技術(shù)，將智能監(jiān)測模塊封裝到復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器內(nèi)部，其封裝成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高；
2.本發(fā)明可監(jiān)測避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、閥芯溫度等狀態(tài)，所有狀態(tài)信息通過無線信道發(fā)送出去；
3.本發(fā)明利用避雷器本身泄漏電流供電和電池輔助供電，在整個(gè)產(chǎn)品壽命周期內(nèi)無需維護(hù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的局部剖面圖；
圖2為本發(fā)明的智能監(jiān)測模塊截面圖；
圖3為本發(fā)明的電路原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體工作原理對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但并不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0018]本發(fā)明將常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器和智能監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)一體化封裝，在不影響常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器原有優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、管芯溫度等狀態(tài)的無線智能化監(jiān)測。
[0019]如圖1所示，低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器包括閥芯15、內(nèi)絕緣層16、外傘套17、金屬護(hù)套18、內(nèi)電極19、螺母20、螺絲21和智能監(jiān)測模塊。
[0020]如圖2所示，上述智能監(jiān)測模塊包括電池1、控制電路板2、電源電路板3、電極上蓋
4、上O型密封圈5、電極殼體6、彈簧片7、電路板外殼8、下O型密封圈9、天線絕緣柱10、天線11、絕緣柱12、氧化鋅閥片13、電極片14、電極片觸點(diǎn)14-1。
[0021]電池I焊接在控制電路板2上，控制電路板2通過連接器固定在電源電路板3上并與其實(shí)現(xiàn)電氣連接。電池1、控制電路板2、電源電路板3固定在電路板外殼8上；電路板外殼8固定在電極殼體6底部；電源電路板3邊沿與電極殼體6接觸從而實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0022]天線絕緣柱10通過螺紋固定在電極殼體6上，天線11通過螺紋固定在天線絕緣柱上，天線11與控制電路板2上的天線饋線點(diǎn)接觸。天線絕緣柱10用于天線11、電極殼體6之間的電氣隔離。天線11被完整地保護(hù)于外傘套17之內(nèi)，外觀上會有一個(gè)小小的凸起部分，這不會影響避雷器本身的性能。
[0023]氧化鋅閥片13固定在電極殼體6、電極片14之間，電極片觸點(diǎn)14_1穿過電極殼體6、電極片14的中心孔與電源電路板3實(shí)現(xiàn)電氣連接。絕緣柱12用于電極片觸點(diǎn)14-1與電極殼體6、氧化鋅閥片13之間的電氣隔離。
[0024]電極上蓋4和電極殼體6通過螺紋連接,上O型密封圈5、下O型密封圈9用于電極內(nèi)部的雙重防水、防潮密封；彈簧片7用于壓緊電路板外殼8，從而使電源電路板3與電極殼體6緊密貼合。電極上蓋4中心帶螺紋孔，通過螺絲21引出作為外部接線端子。
[0025]上述智能監(jiān)測模塊和閥芯15、內(nèi)電極19串聯(lián)制成芯棒，芯棒包封內(nèi)絕緣層16制成預(yù)制管，預(yù)制管還需要包封外傘套17，最后安裝金屬護(hù)套18、螺母20、螺絲21組成完整的低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器。
[0026]如圖3所示，控制電路板2主要由微處理器、穩(wěn)壓電路、調(diào)理電路組成，電池I焊接在控制電路板2上，天線11與控制電路板2的天線饋線點(diǎn)接觸；電源電路板3主要由限流電路、取電電路、采樣電路、保護(hù)電路、溫度傳感器組成；R0為閥芯15 ；R1為氧化鋅閥片13，電源電路板3通過電極殼體6、電極片觸點(diǎn)14-1與氧化鋅閥片13實(shí)現(xiàn)電氣連接。控制電路板2、電源電路板3之間通過連接器實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0027]本發(fā)明的工作原理
如圖3所示，1為流過RO (閥芯15)的電流，Il為流過Rl (氧化鋅閥片13)的電流，12為流過保護(hù)電路的電流，13為流過采樣電路的電流，10=11+12+13。Rl具有良好的非線性伏安特性，正常工作電壓下Rl處于高阻狀態(tài)，因此Il值非常小。上述保護(hù)電路同樣具有良好的非線性伏安特性，正常工作電壓下的12值非常小。上述取電電路、采樣電路構(gòu)成的串聯(lián)電路具有相對恒定的串聯(lián)阻抗，其阻抗值遠(yuǎn)小于保護(hù)電路、Rl的并聯(lián)阻抗值，在正常工作電壓時(shí)，電流13遠(yuǎn)大于11、12之和，因此電流13可近似等效于避雷器的總泄漏電流10。
[0028]采樣電路將13電流值轉(zhuǎn)化為電壓值，然后發(fā)送給調(diào)理電路，經(jīng)過調(diào)理電路濾波、放大后輸出低阻抗信號至微控制器的模擬米樣端口，微控制器米樣輸入信號，處理后可得到避雷器泄漏電流值和3次諧波電流值。
[0029]取電電路用于收集和存儲避雷器泄漏電流的能量，通過穩(wěn)壓電路為后級電路提供穩(wěn)定的工作電源。電池接入穩(wěn)壓電路的備用電源端口，正常情況下，取電電路的輸出電壓高于電池輸出電壓，電池不供電；當(dāng)取電電路供電不足導(dǎo)致輸出電壓低于電池電壓時(shí)，電池開始供電；因此，不論避雷器是否在線運(yùn)行，電路始終處于工作狀態(tài)。
[0030]當(dāng)避雷器動作時(shí)，1電流迅速增大，13電流也隨之增大，13電流增大到一定值時(shí)會觸發(fā)保護(hù)電路動作，此時(shí)12的電流大大高于13的電流；限流電路為純電阻電路，因此Rl兩端電壓會隨著12、13的增大而升高，當(dāng)Rl兩端電壓升高超過Rl的壓敏電壓時(shí)，Rl被擊穿后呈低阻狀態(tài)，絕大部分電流通過Rl泄放，當(dāng)高于Rl壓敏電壓的電壓撤銷后，Rl恢復(fù)到高阻狀態(tài)。保護(hù)電路每次動作都會輸出一個(gè)脈沖至微處理器，微處理器通過監(jiān)測保護(hù)電路的輸出脈沖便可記錄避雷器動作次數(shù)和時(shí)間。
[0031]溫度傳感器安裝在電源電路板3上，溫度傳感器用于測量電極殼體6的溫度，電極殼體6的溫度等效于閥芯15的溫度。微處理器為溫度傳感器提供電源并讀取溫度值。
[0032]微處理器為功能強(qiáng)大、高靈活性的多協(xié)議SoC (芯片級系統(tǒng))，支持超低功耗無線應(yīng)用。微處理器獲取的泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、閥芯溫度等數(shù)據(jù)通過無線信道發(fā)送出去。無線側(cè)接口支持Bluetooth協(xié)議和私有無線通信協(xié)議,用戶可通過支持Bluetooth的手機(jī)、平板電腦等設(shè)備在現(xiàn)場查看避雷器運(yùn)行工況，也可以通過專用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)避雷器在線監(jiān)測功能。
[0033]智能監(jiān)測模塊采用間歇工作的方式，微處理器定時(shí)發(fā)送無線數(shù)據(jù)，避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、閥芯溫度的測量周期則根據(jù)泄漏電流取電情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，該種工作模式使泄漏電流的取能與消耗維持相對的平衡，既保證無線通信和測量的實(shí)時(shí)性，又能限制電池的耗能，極大延長電池的使用壽命。微處理器在每次完成發(fā)送后都會關(guān)閉外設(shè)并進(jìn)入超低功耗的休眠狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器，其特征在于:將常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器和智能監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)低成本、一體化封裝，在不影響常規(guī)復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器原有優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、管芯溫度等狀態(tài)的無線智能化監(jiān)測； 上述智能監(jiān)測模塊通過收集和存儲避雷器泄漏電流的能量作為主要工作電源，內(nèi)置長壽命電池作為備用電源；避雷器在線運(yùn)行后，智能監(jiān)測模塊主要利用避雷器泄漏電流工作，極少或不消耗電池的能量，在整個(gè)產(chǎn)品壽命周期內(nèi)無需維護(hù)； 上述智能監(jiān)測模塊支持無線通信功能，智能監(jiān)測模塊通過無線信道將避雷器泄漏電流、3次諧波電流、動作次數(shù)、管芯溫度等數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器，其特征在于:其包括智能監(jiān)測模塊、閥芯、內(nèi)絕緣層、外傘套、金屬護(hù)套、內(nèi)電極、螺母、螺絲；所述智能監(jiān)測模塊包括電池、控制電路板、電源電路板、電極上蓋、O型密封圈、電極殼體、彈簧片、電路板外殼、天線絕緣柱、天線、絕緣柱、氧化鋅閥片、電極片、電極片觸點(diǎn)； 所述電池焊接在控制電路板上，控制電路板通過連接器固定在電源電路板上并與其實(shí)現(xiàn)電氣連接；電池、控制電路板、電源電路板固定在電路板外殼上；電路板外殼固定在電極殼體底部；電源電路板邊沿與電極殼體接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接； 所述天線絕緣柱通過螺紋固定在電極殼體上，天線通過螺紋固定在天線絕緣柱上，天線與控制電路板上的天線饋線點(diǎn)接觸； 所述氧化鋅閥片固定在電極殼體與電極片之間，電極片觸點(diǎn)穿過電極殼體、電極片的中心孔與電源電路板實(shí)現(xiàn)電氣連接； 所述電極上蓋和電極殼體通過螺紋連接，所述彈簧片壓緊電路板外殼，所述電源電路板與電極殼體緊密貼合； 所述電極上蓋中心帶螺紋孔，通過螺絲引出作為外部接線端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器，其特征在于:所述控制電路板包括微處理器、穩(wěn)壓電路、調(diào)理電路，所述電源電路板包括限流電路、取電電路、采樣電路、保護(hù)電路、溫度傳感器；所述電源電路板通過電極殼體、電極片觸點(diǎn)與氧化鋅閥片實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述控制電路板、電源電路板之間通過連接器實(shí)現(xiàn)電氣連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本智能型中壓類復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器，其特征在于:所述限流電路、取電電路、采樣電路組成串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路與氧化鋅閥片并聯(lián)，所述保護(hù)電路串聯(lián)在限流電路、氧化鋅閥片之間；所述保護(hù)電路的信號輸出端與微處理器連接，所述取電電路收集和存儲流過的電流能量；所述采樣電路將流過的電流值轉(zhuǎn)化為電壓值后發(fā)送給調(diào)理電路；所述溫度傳感器與微處理器連接，微處理器為溫度傳感器提供電源并讀取溫度值。
【文檔編號】H01C7/12GK104347205SQ201410605070
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】胡淼龍, 孫秉毅, 吳曦 申請人:浙江維思無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司