一种电流测量装置及电压电流测量装置的制作方法

1.本发明涉及输电线路测量技术领域，特别涉及一种电流测量装置及电压电流测量装置。


背景技术：

2.目前，电力系统中广泛采用p类电流互感器，它通过闭合铁芯的电磁感应作用，将一次侧的大电流按比例传变为二次侧的小电流。电磁式电流互感器在应用中最突出的问题就是铁芯饱和，特别是暂态饱和；电流互感器饱和会导致二次侧电压信号畸变，给二次保护设备造成一系列错误动作行为。


技术实现要素：

3.本发明提供一种电流测量装置及电流电压测量装置，解决现有技术中电流互感器铁芯饱和导致二次侧电压信号畸变的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电流测量装置，包括：封闭铁芯、一次绕组、二次绕组、负载、磁场传感器以及电压信号叠加模块；
5.所述封闭铁芯上开设有气隙，所述一次绕组和所述二次绕组缠绕在所述封闭铁芯上，且位于所述气隙两侧；
6.所述负载串联在所述二次绕组上；
7.所述磁场传感器设置在所述气隙内，且所述磁场传感器与所述电压信号叠加模块相连，测量所述气隙中的周向磁场并向所述电压信号叠加模块输出第一电压信号；
8.所述电压信号叠加模块与所述负载相连，获取所述负载上的第二电压信号，并与所述第二电压信号叠加，输出与一次电流信号成比例的电压信号。
9.进一步地，所述负载为电阻。
10.进一步地，所述磁场传感器为tmr磁场传感器。
11.一种电压电流测量装置，包括：电容以及所述的电流测量装置；
12.所述电容的第一端与所述二次绕组的一端相连，所述电容的第二端接地。
13.进一步地，所述负载为电阻。
14.进一步地，所述磁场传感器为tmr磁场传感器。
15.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
16.本技术实施例中提供的电流测量装置及电流电压测量装置，通过在封闭磁芯上开设气隙构建磁阀结构，一方面能够拓宽电流的测量范围，另一方面配合设置在气隙内的磁场传感器实测周向磁场用于补偿铁芯饱和造成的二次侧负载上的畸变电压信号，使得测量结构的可靠性和精度得以提升。同时，通过在二次侧绕组的一端串联一电容接地，形成串联电容分压的结构方式，从而能够同步实现电压电流的测量并且能够实现非接触测量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的电流电压测量装置的原理示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.需要说明的是，本技术实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
21.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
22.下面结合附图并参考具体实施例描述本技术。
23.本技术实施例通过提供一种电流测量装置及电流电压测量装置，解决现有技术中电流互感器铁芯饱和导致二次侧电压信号畸变的技术问题。
24.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
25.参见图1，一种电流测量装置，包括：封闭铁芯10、一次绕组50、二次绕组40、负载r2、磁场传感器20以及电压信号叠加模块30。
26.具体来说，所述封闭铁芯10上开设有气隙11，所述一次绕组50和所述二次绕组40缠绕在所述封闭铁芯10上，且位于所述气隙11两侧；所述负载r2串联在所述二次绕组40上。
27.所述磁场传感器20设置在所述气隙11内，且所述磁场传感器20与所述电压信号叠加模块30相连，测量所述气隙11中的周向磁场并向所述电压信号叠加模块30输出第一电压信号。
28.所述电压信号叠加模块30与所述负载r2相连，获取所述负载r2上的第二电压信号，并与所述第二电压信号叠加，输出与一次电流信号成比例的电压信号。
29.通过在封闭磁芯上开设气隙构建磁阀结构，一方面能够拓宽电流的测量范围，另一方面配合设置在气隙内的磁场传感器实测周向磁场用于补偿铁芯饱和造成的二次侧负
载上的畸变电压信号，使得测量结构的可靠性和精度得以提升。
30.值得说明的是，本实施例中，所述气隙l1在所述封闭铁芯10的高度方向上开设，将总长为l的铁心分为长为l1的大截面段与长为l2的小截面段，小截面的高度为铁心高度h的k倍，0<k<1，这个小截面段铁心称为磁阀；一次绕组与二次绕组均匀绕在铁心上，通过铁心的励磁作用进行电流的传变。磁场传感器置于气隙中，用以测量气隙中的周向磁场，并将测量到的磁场信号线性传变为电压信号；信号处理模块将二次负载上的电压信号与磁场传感器输出的电压信号进行一定比例的总加，输出与一次电流信号成比例的电压信号，将此信号作为电流检测装置的输出。
31.设一次电流为i1，二次电流为i2，一次绕组50和二次绕组40匝数分别为n1和n2；大截面铁心内周向的磁场强度与磁感应强度分别为h0和b0，磁阀段铁心内周向的磁场强度和磁感应强度分别为h1和b1，所述气隙11沿周向的磁感应强度为b2，磁场强度为h1。
32.根据磁势平衡关系有
33.n1i1‑
n2i2＝h0l1 h1l234.通过二次绕组40与磁场传感器11的配合，可以测得i2与h1，对应式中的各项，相当于n2i2项与h1l2项已知。在确保大截面铁心不发生饱和的情况下，可以忽略大截面铁心中的磁压降h0l1。在此条件下，可以将一次电流近似为
[0035][0036]
设磁场传感器线性传变磁场强度的系数为g，即磁场传感器的输出电压
[0037]
μ
h
＝gh1[0038]
设经过二次负载采样的电压为u2，则根据欧姆定律u2＝i2r2可求得测量点的电流为
[0039][0040]
进一步地，所述负载r2可以设置成单纯的为电阻；当然也不排除其他器件。相类似的，所述磁场传感器11为tmr磁场传感器。
[0041]
本实施例还提供一种电压电流测量装置，在上述电流测量装置的基础上，增加一电容c2，实现同步测量电压电流并且是非接触式测量。
[0042]
具体来说，一种电压电流测量装置，包括：电容c2以及所述的电流测量装置。
[0043]
所述电容c2的第一端与所述二次绕组40的一端相连，所述电容c2的第二端接地。
[0044]
为了便于说明，本实施例中，假设所述二次绕组40对地电容值为c1，对地电压为u。因为二次绕组40对地电容c1可测，故二次绕组40的一端与所述电容c2串联接地，稳定后测量电容c2两端的电压u0。根据下式：
[0045][0046]
可解得折算到二次侧的测量点电压为：
[0047]
[0048]
因此，通过测量串联的电容c2上的电压值便能得到与一次电压成比例的电压信号；实现电压测量。
[0049]
相较于普通的电压互感器与电流互感器，本实施例实现了可以对测量点的电压与电流同时进行无接触式测量，进一步提高了测量的效率与安全性。
[0050]
本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0051]
本技术实施例中提供的电流测量装置及电流电压测量装置，通过在封闭磁芯上开设气隙构建磁阀结构，一方面能够拓宽电流的测量范围，另一方面配合设置在气隙内的磁场传感器实测周向磁场用于补偿铁芯饱和造成的二次侧负载上的畸变电压信号，使得测量结构的可靠性和精度得以提升。同时，通过在二次侧绕组的一端串联一电容接地，形成串联电容分压的结构方式，从而能够同步实现电压电流的测量并且能够实现非接触测量。
[0052]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0053]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0054]
另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0055]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0056]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合
[0057]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本
创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0058]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。