[发明专利]一种低压电源浪涌保护器性能的智能在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低压电源供电系统中浪涌保护器（Surge Protective Device: SPD)性能的实时智能在线检测方法,这种方法可应用于检测低压电源SPD的关键元件：低压压敏电阻的漏电流。

背景技术

浪涌保护器（Surge Protective Device: SPD）也被称作电涌保护器,俗称为避雷器,主要用于各种电源系统的浪涌过电压防护。氧化锌压敏电阻（Metal Oxide Varistor: MOV, 简称为压敏电阻)具有陡峭的非线性伏安曲线,当压敏电阻两端所施加的电压超过规定的电压时,其电阻在纳秒级的时间内趋近于0,当对压敏电阻施加正常电压时,其电阻接近于无穷大,因而压敏电阻常被并联在电路中作为过压泄放的途径。压敏电阻因为动作迅速,残压低,过压消失后立刻自恢复常态,无续流,漏电流小,耐过压冲击能力强而成为限压型浪涌保护器最常用的关键功能元件。然而,压敏电阻防雷有一个不足,就是需要压敏电阻劣化后的处理措施。压敏电阻的劣化有短路型和断路型两种形式,压敏电阻的劣化导致SPD的浪涌电压防护能力削弱甚至完全丧失,从浪涌保护安全的角度,必须及时更换新的SPD。短路型是压敏电阻劣化最常见的形式,即劣化后压敏电阻的漏电流会不断增大,甚至接近于短路形式,若不从电路中断开,会导致SPD积热而温度升高,有使得压敏电阻燃烧或产生电弧的危险,这会给被保护系统带来起火的危险。因此,劣化的压敏电阻必须从电路中断开（即脱扣：Disconnection）,脱扣装置是SPD必备的标准配置。压敏电阻断路型的劣化,常发生在压敏电阻受到比较大的过压冲击时,大的冲击电流使的压敏电阻的接线端子与压敏电阻断开。对于断路型的劣化,电路的浪涌保护已失效,也需要显示其失效状态,以便及时更换。

参照我国工频交流电压等级的标准,将交流1000伏以下视为低压电源,低压电源主要用于交流电的配电线路,在社会生活与生产中使用最普遍。低压浪涌保护器常用于电信、移动通信、铁路系统、石化业、军用电子系统等重要部门电源系统的浪涌保护。合格的低压压敏电阻性能的漏电流≤20μA,这一漏电流信号值小到足以淹没于电源系统的噪声之中,相比电源系统的噪声是微弱信号。低压压敏电阻性能的测试需要特制仪器离线测量,其在线测试则是防雷业界长期以来未解决的难题。低压电源浪涌保护器的脱扣,现有技术是基于极限值的物理脱扣,即以低温焊锡焊接压敏电阻的接线端子,并为端子附加弹簧杠杆机构,当压敏电阻劣化后温度升高到设定值,低温焊锡软化,弹簧把端子拉开。这种脱扣装置制造工艺复杂,是一次性产品,不可重用（reuse）,且响应不及时,误动作难以避免,因而基于物理脱扣的低压浪涌保护器导致燃烧的事故常有发生。对于压敏电阻断路型的失效,若雷电冲击造成的断路未能触发物理脱扣的杠杆机构的动作,则压敏电阻断路后物理脱扣装置即失去作用,劣化的低压浪涌保护器依然显示为正常状态,这会造成安全隐患。低压浪涌保护器的精确和及时脱扣需要实时在线检测其压敏电阻的漏电流,根据压敏电阻的漏电流来判别浪涌保护器,实现智能脱扣,淘汰物理脱扣技术,而压敏电阻的漏电流的大小是判断低压压敏电阻性能好坏的标志性参数。

发明内容

本发明的目的在于提供成本低、检测精度高、能实时在线检测低压压敏电阻漏电流,并以此来判断低压电源浪涌保护器性能的智能检测方法,为低压电源浪涌保护器实现智能脱扣提供判断依据。

本发明采用微弱信号检测技术实时在线检测低压电源浪涌保护器的关键功能元件压敏电阻的漏电流值,并通过压敏电阻漏电流的大小判断低压电源浪涌保护器性能是否合格。本发明所采用的微弱信号检测技术由差分检测模块与降噪处理模块实现。差分检测模块由两个电流互感器（CT1,CT2）和差分放大器组成,两个电流互感器（CT1,CT2）分别感测电路中低压电源浪涌保护器前后的负载电流,其中电流互感器CT1感测的电流包括电路的负载电流与低压电源浪涌保护器的漏电流,电流互感器CT2感测的电流只包括电路的负载电流。电流互感器（CT1,CT2）可采用铁芯式变压器或罗氏线圈（Rogowski coil）实现,并将负载电流值转换成电压信号幅值为V₁,V₂,经过差分放大器进行减法运算,得到与低压电源浪涌保护器的压敏电阻漏电流幅值为(I_L)成比例(k)的差分电压V_AD,：

V_AD=A(V₁-V₂)=kI_L（式1）