本发明专利技术公开了一种差分式D-dot电压传感器，包括具有第一输入端和第二输入端的测量模块、具有第一电极和第二电极的极板、信号调理模块和采集传输模块，所述测量模块为差动放大模块，所述差动放大模块用于测量导电层间的差动电压。传感器不接地接触，也不与被测导体直接接触，输出为感应电荷所产生的浮动电位差，所以传感器可以减少绝缘结构体积。由于是差动结构对同一电位进行非接触测量，被测导体与传感器之间没有直接的能量传递，传感器发生绝缘击穿或是输出短路等故障时，也不会对输入侧产生影响。本发明专利技术能解决智能电网的非接触无极式电压测量问题，可以用于10kV-35kV电压测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电压传感器领域，涉及一种采用PCB板制作的差分式D — dot电压传感器。
技术介绍
电压互感器在电力系统中有着很广泛的应用，其准确性和快速性对电能计量和继电保护、系统监测诊断、电力系统故障分析等起着非常重要的作用。目前在电力系统中应用的主要是电磁式电压互感器(Potential Transformer, PT)和电容式电压互感器(Capacitive Voltage Transformer, CVT)。传统的电磁式电压互感器存在着体积较大、绝缘难度随电压等级升高而加大的问题，同时由于具有铁芯，导致可能发生铁磁谐振过电压和由铁磁饱和带来的动态范围变小等缺点，已经越来越不适应当前智能化电网的发展趋势。相对于电磁式 互感器，电容式互感器具有更多的优势，其分压结构可以增强互感器自身耐受过电压的能力，电容分压使得互感器自身发生铁磁谐振的几率降低，同时更容易提高绝缘强度。但是由于在CVT中耦合电容、补偿电抗器以及中间变压器等内部储能元件的影响下电容式互感器的暂态特性会变差，使得当一次系统发生如电压跌落故障时，CVT的输出并不能立即跟随一次侧输入变化。同时，由于过电压对电网绝缘有着很大的威胁，所以故障诊断与在线监测要求互感器能够捕捉到高频的过电压波形，但是由于CVT互感器一次回路中包含了由耦合电容、补偿电抗以及中间变压器的非线性电感构成的RLC电路，使其在高频下，二次侧输出可能发生由铁磁谐振导致的高频振荡，无法反映一次侧输入波形。D-dot传感器是一种电场耦合的传感器，通常被用于测量冲击电压，由于其结构简单、具有较大的测量带宽、能够抑制非线性负载的感应电压过冲以及测量的非接触性，经常被用于超高功率电脉冲装置以及高频开域电场的测量领域。但由于其传递函数限值，需要后级积分器，使其作为电力互感器使用时低频性能以及灵敏度可能受到积分电路的影响，并且由于测量电阻接地，在设计时其绝缘强度和互感器体积小型化会产生冲突，不易在智能电网中进行推广。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种积体小、结构简单、和重量轻且能够避免二次侧短路的采用PCB板制作的差分式D — dot电压传感器。该电压传感器具有非常宽的频率响应能力，能测量更高次谐波，并具有良好暂态特性，能准确测量雷电波和短路等各种电网电压扰动。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案:差分式D-dot电压传感器，包括具有第一输入端和第二输入端的测量模块、具有第一电极和第二电极的极板、信号调理模块和采集传输模块，所述极板的第一电极与测量模块的第一输入端连接，极板的第二电极与测量模块的第二输入端连接，所述测量模块的输出端与信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块和采集传输模块串联连接，所述测量模块为差动放大模块，所述差动放大模块用于将极板的浮动电位提取出来，获取位移电流在放大器输入电阻上产生的电压。进一步，所述极板为双层PCB板，所述双层PCB板的第一电极与测量模块的第一输入端连接，双层PCB板的第二电极与测量模块的第二输入端连接。进一步，所述双层PCB板的第一电极和第二电极蚀刻有多个铜带，每个铜带彼此通过板上铜线连接，所述第一电极上的铜带和第二电极上的铜带彼此对称。进一步，所述铜带为具有相同圆心的环状铜带，所述环状铜带的中心设置有孔，且孔的直径小于最小环状铜带的内径。进一步，所述双层PCB板上还设置有与环状铜带的引出端，所述引出端用于连接差动放大模块。进一步，所述每个环状铜带之间间距为0.25-0.5mm。进一步，所述PCB板的边缘设置有用于固定极板的固定孔。本专利技术的有益效果在于: 1、由于传感器并不接地也不与被测导体直接接触，输出为感应电荷所产生的浮动电位差，所以传感器可以减少绝缘结构体积。2、由于是差动结构对同一电位进行非接触测量，被测导体与传感器之间没有直接的能量传递，传感器发生绝缘击穿或是输出短路等故障时，也不会对输入侧产生影响。3、差动输出的电路结构也可以使传感器更容易在工频下达到自积分模式的条件。4、所述电板采用 环状电极，使电场强度方向与传感器高斯面处处正交，使传感器等效面积最大化，从而提高了传感器的灵敏度。环状结构与电场等位面近似，可以在最大程度上降低边缘效应，使电场分布均匀，在降低放电可能性的同时，减小由于传感器引入带来的电场畸变。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明: 图1为本专利技术所述的采用PCB板制作的差分式D - dot电压传感器结构 图2为本专利技术所述的传感器正面府视 图3为本专利技术实施例所述的自积分D-dot传感器等效电路 图4为本专利技术实施例所述的不同电压下传感器与高压探头输出电压校正曲线； 图5为本专利技术实施例所述的1.2/50 μ s雷电波测量波形曲线； 图6为本专利技术实施例所述的一次侧短路时暂态波形曲线。图中附图标记表示的意义:1、第一电极2、第二电极3、铜带4、引出端 5、高压线 6、铜棒具体实施例方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1所述，差分式D-dot电压传感器，包括具有第一输入端和第二输入端的测量模块、具有第一电极和第二电极的极板、信号调理模块和米集传输模块，所述极板的第一电极与测量模块的第一输入端连接，极板的第二电极与测量模块的第二输入端连接，所述测量模块的输出端与信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块和采集传输模块串联连接，所述测量模块为差动放大模块，差动放大模块包括差分电路和放大器，所述差动放大模块用于将极板的浮动电位提取出来，获取位移电流在放大器输入电阻上产生的电压。所述极板为双层PCB板，所述双层PCB板的第一电极I与测量模块的第一输入端连接，双层PCB板的第二电极2与测量模块的第二输入端连接。所述双层PCB板的第一电极I和第二电极2蚀刻有多个铜带3，每个铜带彼此连接，所述第一电极I上的铜带和第二电极2上的铜带彼此对称；所述铜带3的形状为环状，每个铜带通过铜板上铜线连接，每个铜带具有相同的圆心，所述铜带的中心设置有孔，且孔的直径小于最小铜 带的内径。围绕被测导体的电极采用环状结构的目的在于:使电场强度方向与传感器高斯面处处正交，使传感器等效面积最大化，从而提高了传感器的灵敏度。环状结构与电场等位面近似，可以在最大程度上降低边缘效应，使电场分布均匀，在降低放电可能性的同时，减小由于传感器引入带来的电场畸变。所述双层PCB板上还设置有引出端4，用于连接差动放大模块；所述双层PCB板的厚度为0.8-1.6mm ;最小铜带的内径为10 mm,最大铜带的内径为20mm,最小铜带的外径为30 mm,最大铜带的外径为50mm,每个铜带的宽度为0.所述每个铜带电极3之间间距为0.25-0.5mm ;所述PCB板的边缘设置有多个固定孔，所述固定孔不与环状电极3接触。当传感器电极电容大小不合适时，可以将采用多层PCB并联结构，使其在工频下就能达到自积分效果，使得电压相位达到最佳补偿效果。使用时，用一根铜棒6穿过极板的中心，铜棒6的一端固定在高压线5连接。作为一种非接触式的电压传感器，D-dot传感器在工作原理上与通过传递能量实现测量的PT和CVT有所不同，其输出适用于作为电子式互感器在智能电网中应用，其性能主要受设计结构的等效电容的影本文档来自技高网...
【技术保护点】
差分式D?dot电压传感器，包括具有第一输入端和第二输入端的测量模块、具有第一电极和第二电极的极板、信号调理模块和采集传输模块，所述极板的第一电极与测量模块的第一输入端连接，极板的第二电极与测量模块的第二输入端连接，所述测量模块的输出端与信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块和采集传输模块串联连接，其特征在于：所述测量模块为差动放大模块，所述差动放大模块用于将极板的浮动电位提取出来，获取位移电流在放大器输入电阻上产生的电压。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪金刚，罗瑞希，毛凯，高参，杨杰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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