[发明专利]基于等效电荷的架空线路故障指示器用电压传感器

说明书

  技术领域

 本发明涉及一种传感器，特别是一种基于等效电荷的架空线路故障指示器用电压传感器。

背景技术

现有的架空线路故障指示器要么对接地故障判断模糊，要么需要在配电变压器次级加设信号发生器，但这成本高，要改造原供电设备，不安全、不科学。

发明内容

本发明的目的是设计出一种基于等效电荷的架空线路故障指示器用电压传感器。该电压传感器加装于架空线路故障指示器中实现对电压测量。

本发明要解决的是现有架空线路故障指示器对接地故障判断模糊的问题。

本发明实现的原理是：

通过等效电荷法可以证明，带电导体周围电场与其电位成线性关系。对于电缆，在式(1)边界条件下其周围电场与导体电位关系如式(2)所示：                                                   

式中(以圆形电路板做解释)：E(t)为测量点电场强度；R为测量点距离电缆中心距离；r0为电缆半径；0(t)为被测电缆电位。当测量电极放置于被测导体附近时，电极通过电场耦合产生感应电荷，当变化的感应电荷形成的电流流过与电极相连接的负载电阻时，由高斯定理可以证明，电阻压降与电极处电场的变化率成正比关系。由式(2)可知被测电位与传感器输出关系为：   

 式中：Aeq 为传感器等效面积，与传感器形状和电场强度与高斯面法相分量的夹角及至被测导体的距离有关；Rm 为负载电阻值。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括外壳，设于外壳内的至少一块印刷电路板、信号调理器和CPU，印刷电路板通过信号调理器和CPU连接；所述的印刷电路板为双面印刷电路板，在双面印刷电路板顶层和底层上分别设有多圈同心环形电极，顶层和底层的环形电极各自并联。

所述的双面印刷电路板为中央内开有方孔的方形电路板；该方形双面印刷电路板包括L型左半板和L型右半板，左半板和右半板卡合构成双面印刷电路板。

所述的双面印刷电路板为中央开有圆孔的圆形电路板；该圆形电路板包括上半圆板和下半圆板，半圆板和下半圆板卡合构成双面印刷电路板。

所述的双面印刷电路板二片到八片，各片双面印刷电路板相互紧靠叠加，各片双面印刷电路板的顶层与底层的多圈环形电极各自并联。

本发明的优点是：在故障指示器中加装了本发明的电压传感器，所以既能有效判断接地故障，又能省掉配电变压器上要加装的信号发生器。本发明采用开合卡扣式结构，既方便现场带电安装，又能安装稳固，不受风力影响，使得测量稳定、延长使用寿命。此外，本发明使用印刷电路板做电极，工艺简单，一致性好，体积小，成本低，便于加工，适合批量生产。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图。

图2为本发明侧面结构示意图。

图3为本发明应用原理图。

图4为本发明等效原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图所示，本发明包括外壳1，设于外壳1内的至少一块印刷电路板2、信号调理器5和CPU 6，印刷电路板1通过信号调理器5和CPU 6连接。所述的印刷电路板2为双面印刷电路板，在双面印刷电路板顶层和底层上分别设有多圈同心环形电极，顶层的环形电极23和底层的环形电极24各自并联。所述的CPU 6上连接有A/D转换器，信号调理器5内设有精密差分放大器。信号调理器5通过A/D转换器和CPU 6连接。信号调理器5和CPU 6设于控制盒3内，控制盒3设于外壳1内。

所述的双面印刷电路板2为中央内开有方孔的方形电路板。该方形双面印刷电路板包括L型左半板21和L型右半板22，左半板21和右半板22卡合构成双面印刷电路板2。

所述的双面印刷电路板也可以为中央开有圆孔的圆形电路板；该圆形电路板包括上半圆板和下半圆板，上半圆板和下半圆板卡合构成双面印刷电路板。

所述的双面印刷电路板2有二片到八片，各片双面印刷电路板相互紧靠叠加，各片双面印刷电路板的顶层的多圈环形电极23与底层的多圈环形电极24各自并联。

本发明的工作原理是：把顶层定义为电极A(+)，底层定义为电极B(-)，顶层电极23电位与底层电极24电位分别为图3中电极A(+)与电极B(-)，顶层电极与底层电极之间构成电势差，用双芯屏蔽线将电极A(+)、电极B(-)连接到信号调理器5中的精密差分放大器上，将电极A(+)、电极B(-)之间的电势差通过A/D转换器转换成CPU6能够识别采集的信号电压，通过CPU6就可以得到架空线4的电压有效值。