一种10kv开关柜内电缆头在线监控装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，所述10KV电缆头和霍尔电流传感器连接，所述电缆头接地线和控制电路板连接，所述天线位于控制电路板上，所述烟感传感器和控制电路板连接，所述信号线分别和控制电路板、烟感传感器连接，所述调理电路、核处理单元、以及短信模块依次连接。本实用新型打破以往电缆头易击穿、危害大等的不足之处，采用新方法将泄漏电流放大到霍尔传感器的线性输入范围内将铝包或金属屏蔽层的接地线绕霍尔型电流传感器1000圈，霍尔传感器输出经过调理电路使得霍尔电流互感器采集后的模拟量作为AD7656芯片的输入，转化为数字信号送给核心处理器DSP处理。
【专利说明】一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种电缆头监控装置的设计领域，尤其是一种10KV开关柜内电 缆头在线监控装置。
【背景技术】
[0002] 10kV开关柜内电缆头是将电缆与其他电气设备连接的部件，电缆终端头应与电缆 本体一样能长期安全运行，并具有与电缆相同的使用寿命。良好的电缆终端头的绝缘性能 应不低于电缆本体，所使用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上应对电缆附件中的电场突 变能完善处理，有改变电场分布的措施。在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的 电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口 处集中。因此屏蔽层断口处是电缆最容易击穿的部位。同时电力安全规程规定：电气设备 非带电的金属外壳都要接地，因此电缆的铝包或金属屏蔽层都要接地，正常运行时流过三 个线芯的电流总和为零，在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地 后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。当电缆绝缘老化导致电场变化而发生放电时， 会在铝包或金属屏蔽层上流过感应电流。正常绝缘在常温下，泄漏电流一般不超过100 μ A， 接近运行温度时，泄漏电流值一般不超过1mA。为实现对绝缘老化的实时在线监测，需要对 流过铝包或金属屏蔽层的电流进行监测，当电流大于100 μ A时装置发出报警信号。 实用新型内容
[0003] 针对上述问题，本实用新型旨在提供一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置。
[0004] 为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种10KV开关柜内电缆头在线监控装 置，包括10KV开关柜、10KV电缆头、电缆头接地线、霍尔电流传感器、控制电路板、天线、接 线端子、烟感传感器、信号线、烟感信号正端子、烟感信号接地端子、电流信号正端子、电流 信号接地端子、电源负端子、电源正端子、调理电路、核处理单元、短信模块，所述10KV电缆 头和霍尔电流传感器连接，所述电缆头接地线和控制电路板连接，所述天线位于控制电路 板上，所述接线端子和控制电路板连接，所述烟感传感器和控制电路板连接，所述信号线分 别和控制电路板、烟感传感器连接，所述烟感信号正端子、烟感信号接地端子、电流信号正 端子、电流信号接地端子、电源负端子以及电源正端子依次连接，所述调理电路、核处理单 元、以及短信模块依次连接。
[0005] 作为优选，所述控制电路板与烟感传感器通过信号线连接。
[0006] 作为优选，所述霍尔电流传感器与控制电路板通过信号线连接。
[0007] 作为优选，所述10KV电缆头与霍尔电流传感器通过电缆头接地线连接。
[0008] 作为优选，所述10KV电缆头、电缆头接地线、霍尔电流传感器、控制电路板、接线 端子以及烟感传感器均安全的密封于10KV开关柜内。
[0009] 作为优选，所述调理电路包括电压跟随放大电路和滤波电路。
[0010] 本实用新型打破以往电缆头易击穿、危害大等的不足之处，采用新方法设计一种 10KV开关柜内电缆头在线监控装置，本实用新型为了将泄漏电流放大到霍尔传感器的线性 输入范围内将铝包或金属屏蔽层的接地线绕霍尔型电流传感器1000圈，即将流经导线的 泄漏电流放大1000倍，霍尔传感器输出经过调理电路使得霍尔电流互感器采集后的模拟 量作为AD7656芯片的输入，转化为数字信号送给核心处理器DSP处理。将烟感传感器的输 出电流信号经过调理电路和放大电路后，作为AD7656芯片的输入，转化为数字信号送给核 心处理器DSP处理。当电流传感器检测到的泄露电流值大于1mA或者烟感传感器检测到 烟雾浓度在〇. 65% FT以上时，DSP发送指令使得KS-97模块发送短信息到目标手机号码。 烟雾传感器输出的电流信号经过分压电阻R1后转化为电压信号，再经过R2和C1组成的高 频滤波电路，将高频干扰量滤除后得到的电压量作为放大电路的输入。霍尔传感器输出的 电流信号经过分压电阻R5后转化为电压信号，再经过R4和C1组成的高频滤波电路，将高 频干扰量滤除后得到的电压量作为放大电路的输入。霍尔传感器：数据采集系统首先需要 选用较准确的传感器，这也是系统能够正常运行的关键，由于采集到的数据为弱电信号，在 选用传感器时还需要考虑强弱电之间的电气隔离。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的新 一代磁传感器，能在电隔离条件下通过检测磁场变化测量直流、交流、脉动以及各种不规则 波形的电流。霍尔传感器具有很多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方 便，功耗小，频率高，耐震动，精度高，线性度好。工作温度宽，耐环境性强的特点也使其用 在更多场合。可以用于工业自动化、医疗设备、军事装备、交通运输车辆、电力监控保护、智 能仪器仪表、自控设备等众多领域。基于以上特点，本装置所采用的传感器均选用霍尔型。 霍尔传感器分为电流型和电压型，有多种额定电流等级，需要选择合适的限流电阻来调整 输入输出电流，以得到合适采样电压。因此在选择传感器型号的时候要根据输入电流范围 来初步确定一个合适的型号，并根据输出电流的大小确定合适的变比以匹配下一级的调理 电路需要根据最大泄漏电流额定有效值的1/1000倍来选取电流传感器，本系统采用的是 HS01-5/0.005A-C型号的霍尔型电流传感器。为了使得输出电流值在其线性度范围内，选取 采样电阻^ = 1〇〇〇 Ω。当被测电流有效值为1A时，传感器输出电流为1mA，经过采样电阻 后转换为电压信号为IV。调理电路：烟感信号与放电电流信号的调理电路均采用放大器芯 片AD620来对采集信号进行处理。该芯片是由传统的三个放大器发展而成，但是其性能优 于传统的放大器，比如其功耗低，最大工作电流仅1. 3mA。工作电源可选范围更大（±2. 3? ±18V);直流性能出色而且电路元件紧凑降低成本并且有更高的精度。图3是AD620放大 电路示意图，通过调整片内电阻的绝对值，只需要一个电阻便可以实现对增益的精确编程。 单芯片结构和激光晶圆调整允许对电路进行严格匹配与跟踪，从而可确保此电路本身具有 的高性能特性。两个输入晶体管提供一路高精度差分对双极性输入，因此偏置电流较小，反 馈环路使得两个输入器件的集电极电流保持恒定，从而可将输入电压作用于外部增益设置 电阻R x上。AD7656模数转换电路：核心处理电路中模数转换器采用AD7675集成芯片，片内 集成六路A/D转换通道，将AD7656允许的模拟信号输入范围设置为-5?5V。AD7656芯片 的采样保持放大器在C0NVST上升沿对其各自输入进行同步采样。采样保持放大器的孔径 时间为10ns。DSP采用TI公司的芯片TMS320F2812作数据采样处理和控制芯片，当检测到 放电电流大于100 μ A或者烟雾浓度大于0. 65% F时，通过串口向KS-97发出一个指令，包 含泄漏电流值。使之向授权的手机号码发送报警短信息。核心处理器DSP2812:DSP芯片相 应端口与AD芯片的输出连接作为数据传输通道，DSP将采样得到的电流和烟感信号与设定 值进行比较，只要有一个信号的值大于设定值，即触发短信模块发出报警短信。短信模块： 短信模块采用KS-97型嵌入式GPRS无线传输终端。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本实用新型的整体示意图；
[0012] 图2为本实用新型的电路输出端口示意图；
[0013] 图3为本实用新型的放大电路示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0015] 如图1-3所示，本实用新型实施例的一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，包 括10KV开关柜1、10KV电缆头2、电缆头接地线3、霍尔电流传感器4、控制电路板5、天线6、 接线端子7、烟感传感器8、信号线9、烟感信号正端子10、烟感信号接地端子11、电流信号 正端子12、电流信号接地端子13、电源负端子15、电源正端子16、调理电路17、核处理单元 18、短信模块19,所述10KV电缆头2和霍尔电流传感器4连接，所述电缆头接地线3和控制 电路板5连接，所述天线6位于控制电路板5上，所述接线端子7和控制电路板5连接，所 述烟感传感器8和控制电路板5连接，所述信号线9分别和控制电路板5、烟感传感器8连 接，所述烟感信号正端子10、烟感信号接地端子11、电流信号正端子12、电流信号接地端子 13、电源负端子15以及电源正端子16依次连接，所述调理电路17、核处理单元18、以及短 信模块19依次连接。
[0016] 作为优选，所述控制电路板5与烟感传感器8通过信号线9连接。
[0017] 作为优选，所述霍尔电流传感器4与控制电路板5通过信号线9连接。
[0018] 作为优选，所述10KV电缆头2与霍尔电流传感器4通过电缆头接地线3连接。
[0019] 作为优选，所述10KV电缆头2、电缆头接地线3、霍尔电流传感器4、控制电路板5、 接线端子7以及烟感传感器8均安全的密封于10KV开关柜1内。
[0020] 作为优选，所述调理电路17包括电压跟随放大电路和滤波电路。
[0021] 本实用新型打破以往电缆头易击穿、危害大等的不足之处，采用新方法设计一种 10KV开关柜内电缆头在线监控装置，本实用新型为了将泄漏电流放大到霍尔传感器的线性 输入范围内将铝包或金属屏蔽层的接地线绕霍尔型电流传感器1000圈，即将流经导线的 泄漏电流放大1000倍，霍尔传感器输出经过调理电路使得霍尔电流互感器采集后的模拟 量作为AD7656芯片的输入，转化为数字信号送给核心处理器DSP处理。将烟感传感器的输 出电流信号经过调理电路和放大电路后，作为AD7656芯片的输入，转化为数字信号送给核 心处理器DSP处理。当电流传感器检测到的泄露电流值大于1mA或者烟感传感器检测到 烟雾浓度在〇. 65% FT以上时，DSP发送指令使得KS-97模块发送短信息到目标手机号码。 烟雾传感器输出的电流信号经过分压电阻R1后转化为电压信号，再经过R2和C1组成的高 频滤波电路，将高频干扰量滤除后得到的电压量作为放大电路的输入。霍尔传感器输出的 电流信号经过分压电阻R5后转化为电压信号，再经过R4和C1组成的高频滤波电路，将高 频干扰量滤除后得到的电压量作为放大电路的输入。霍尔传感器：数据采集系统首先需要 选用较准确的传感器，这也是系统能够正常运行的关键，由于采集到的数据为弱电信号，在 选用传感器时还需要考虑强弱电之间的电气隔离。霍尔传感器是一种基于霍尔效应的新 一代磁传感器，能在电隔离条件下通过检测磁场变化测量直流、交流、脉动以及各种不规则 波形的电流。霍尔传感器具有很多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方 便，功耗小，频率高，耐震动，精度高，线性度好。工作温度宽，耐环境性强的特点也使其用 在更多场合。可以用于工业自动化、医疗设备、军事装备、交通运输车辆、电力监控保护、智 能仪器仪表、自控设备等众多领域。基于以上特点，本装置所采用的传感器均选用霍尔型。 霍尔传感器分为电流型和电压型，有多种额定电流等级，需要选择合适的限流电阻来调整 输入输出电流，以得到合适采样电压。因此在选择传感器型号的时候要根据输入电流范围 来初步确定一个合适的型号，并根据输出电流的大小确定合适的变比以匹配下一级的调理 电路需要根据最大泄漏电流额定有效值的1/1000倍来选取电流传感器，本系统采用的是 HS01-5/0.005A-C型号的霍尔型电流传感器。为了使得输出电流值在其线性度范围内，选取 采样电阻^ = 1〇〇〇 Ω。当被测电流有效值为1A时，传感器输出电流为1mA，经过采样电阻 后转换为电压信号为IV。调理电路：烟感信号与放电电流信号的调理电路均采用放大器芯 片AD620来对采集信号进行处理。该芯片是由传统的三个放大器发展而成，但是其性能优 于传统的放大器，比如其功耗低，最大工作电流仅1. 3mA。工作电源可选范围更大（±2. 3? ±18V);直流性能出色而且电路元件紧凑降低成本并且有更高的精度。图3是AD620放大 电路示意图，通过调整片内电阻的绝对值，只需要一个电阻便可以实现对增益的精确编程。 单芯片结构和激光晶圆调整允许对电路进行严格匹配与跟踪，从而可确保此电路本身具有 的高性能特性。两个输入晶体管提供一路高精度差分对双极性输入，因此偏置电流较小，反 馈环路使得两个输入器件的集电极电流保持恒定，从而可将输入电压作用于外部增益设置 电阻R x上。AD7656模数转换电路：核心处理电路中模数转换器采用AD7675集成芯片，片内 集成六路A/D转换通道，将AD7656允许的模拟信号输入范围设置为-5?5V。AD7656芯片 的采样保持放大器在CONVST上升沿对其各自输入进行同步采样。采样保持放大器的孔径 时间为10ns。DSP采用TI公司的芯片TMS320F2812作数据采样处理和控制芯片，当检测到 放电电流大于100 μ A或者烟雾浓度大于0. 65% F时，通过串口向KS-97发出一个指令，包 含泄漏电流值。使之向授权的手机号码发送报警短信息。
[0022] 核心处理器DSP2812 :DSP芯片相应端口与AD芯片的输出连接作为数据传输通道， DSP将采样得到的电流和烟感信号与设定值进行比较，只要有一个信号的值大于设定值，即 触发短信模块发出报警短信。短信模块：短信模块采用KS-97型嵌入式GPRS无线传输终 端。
[0023] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本 实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本 实用新型技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，包括10KV开关柜、10KV电缆头、电缆头 接地线、霍尔电流传感器、控制电路板、天线、接线端子、烟感传感器、信号线、烟感信号正端 子、烟感信号接地端子、电流信号正端子、电流信号接地端子、电源负端子、电源正端子、调 理电路、核处理单元、短信模块，其特征在于：所述10KV电缆头和霍尔电流传感器连接，所 述电缆头接地线和控制电路板连接，所述天线位于控制电路板上，所述接线端子和控制电 路板连接，所述烟感传感器和控制电路板连接，所述信号线分别和控制电路板、烟感传感器 连接，所述烟感信号正端子、烟感信号接地端子、电流信号正端子、电流信号接地端子、电源 负端子以及电源正端子依次连接，所述调理电路、核处理单元、以及短信模块依次连接。
2. 根据权利要求1所述的一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，其特征在于：所述 控制电路板与烟感传感器通过信号线连接。
3. 根据权利要求1所述的一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，其特征在于：所述 霍尔电流传感器与控制电路板是通过信号线连接。
4. 根据权利要求1所述的一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，其特征在于：所述 10KV电缆头与霍尔电流传感器通过电缆头接地线连接。
5. 根据权利要求1所述的一种10KV开关柜内电缆头在线监控装置，其特征在于：所述 10KV电缆头、电缆头接地线、霍尔电流传感器、控制电路板、接线端子以及烟感传感器均安 全的密封于10KV开开关柜内。
【文档编号】G01R19/25GK203870158SQ201420202136
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】王冲, 鲁统贺, 王瀚正, 徐金国, 古守雨, 渐伟 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司枣庄供电公司