[发明专利]基于微分环的雷电流测量传感器

说明书

技术领域

本发明属于雷电流测量技术领域，具体涉及架空输电线路的雷电流参数在线监测传感器。

背景技术

电力系统的电压等级及规模随着我国国民经济的飞速发展也随之迅速发展和扩大，电力 系统架空输电线路的分布幅员广阔，其最大几何尺寸达数千km，极易遭受雷电的冲击。架空 输电线路一旦遭受雷击，很容易导致线路继电保护装置动作，使线路断路器跳闸导致该线路 停电，影响架空线路的正常供电造成社会和经济损失。同时对雷电流参数的测量，能为雷电 特性及雷电电磁辐射特性的研究、探讨防雷对策、防雷设备的合理设计、雷击事故分析提供 准确的原始数据，是进行雷电研究的基础工作，具有十分重要的意义。

现有测量雷电流的装置，如雷电监测系统，已经在我国得到了广泛的应用，它利用电磁 场天线探测雷电发生时产生的电磁辐射场，并以此来反推落雷位置及雷电流幅值。但该监测 系统设备复杂，前期投资巨大，雷电电磁波在传播过程中受地球曲率、大地电导率以及地形 起伏和河流等随机因素影响会造成幅值衰减和波形的畸变导致测量结果误差较大，并且该监 测系统还缺乏实测雷电流的标定。又如申请号为200410037602.0的“磁带式雷电流陡度记录 测量仪”专利，包括外壳、两个非平行放置的磁卡、预录有基准信号的磁带，当雷电流通过 时会在两条磁带上产生具有不同形状过渡区的波形，运用计算机对这些波形进行处理及分析， 就可以得出雷电流的陡度与幅值。该测量仪的主要缺点是：只能测量雷电流的幅值和陡度， 不能测量雷电流的波形及雷电流的极性，且每次测量之后都必须及时读数，不能实现对雷电 流的实时在线监测，重复测量比较麻烦等。再如申请号为200820029454.1的“架空输电线路 雷击记录装置”专利，包括雷电流传感器及与该传感器电连接的雷电流记录装置，其雷电流 传感器为Rogowski线圈(简称罗氏线圈)的大电流传感器，被测电流的载流导体需穿过罗氏 线圈的中心。该传感器的主要缺点是：被测电流的载流导体必须穿过罗氏线圈的中心，这给 罗氏线圈在输电杆塔上的安装带来了非常大的困难。若在输电杆塔上安装引雷针作为雷电流 的载流导体，这势必会增加输电杆塔被雷击的概率，对电力系统的安全运行带来隐患；若将 罗氏线圈安装于绝缘子串金具处，这对于绝缘子未发生雷击闪络时的雷电流就不能进行测量。 这些因素都限制了将罗氏线圈应用于架空输电线路的雷电流测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有雷电流测量装置的不足，提供一种基于微分环的雷电流测量传 感器，具有不与被测载流导体直接接触，测量准确精度高，安全性好，结构简单，安装方便， 成本低，通用性好，可实时在线监测等特点。

本发明的工作原理：当雷击架空输电线路杆塔或者架空输电线路时，输电线路中会产生 一个雷击脉冲大电流进而在导线周围形成一个暂态磁场。该暂态磁场穿过微分环时，其引出 线两端会产生一个与磁通量对时间的变化率成正比的感应电动势e(t)，即对其进行整理可得：e(t)=-dΦdt=-d(BS)dt=-Nπa2dBdt]]>其中N为微分环匝数，a为微分环半径， B为微分环处的磁感应强度。根据麦克斯韦方程：以及在近场区忽略 掉辐射场的影响，可以得到有限长载流导体在空间一点产生的磁感应强度B为：