测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置及使用方法与流程

1.本发明涉及测量高压电缆接地电流技术领域，尤其是涉及测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置及使用方法。


背景技术：

2.高压电缆金属护套交叉互联接地系统有很好的供电可靠性，对环境的适应力较好，同时拥有较好的美观性，在供电系统中得到大量的应用。当高压电缆存在接地错误或者缺陷时，接地箱上的接地铜排会出现电流增大的现象。通过检测接地铜排上的电流可以有效的对电缆状态进行监测和评估。
3.目前，高压电缆接地电流检测是电缆运维的重要手段，主要以人工巡检为主，近年来电缆接地电流在线监测技术逐渐普及。但是电缆接地箱一般体积较小，且周围没有电源，不能放置大体积的电池，且现有传感器需要使用磁芯，一般体积较大，不利于未来进一步缩小电缆接地箱的体积。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术存在的监测装置电池和传感器体积较大的缺陷而提供一种测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置及使用方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置，该装置使用时卡钳在高压电缆接地铜排上，该接地铜排再连接到公共接地排上，所述表贴式电流传感装置包括电路基板、线性磁场传感芯片、屏蔽器、单片机、为整个装置供电的电池和支撑整个装置的外壳，
7.所述线性磁场传感芯片和单片机均安装在所述电路基板上，所述单片机连接线性磁场传感芯片，所述外壳设有供接地铜排伸入的第一槽孔，当接地铜排伸入外壳后，所述线性磁场传感芯片位于接地铜排的侧面，所述屏蔽器包覆所述接地铜排和线性磁场传感芯片。
8.进一步地，所述屏蔽器为凹字形结构，包括第一侧板、底板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板分别连接在底板的两侧，所述屏蔽器第一侧板、第二侧板的间距与接地铜排的宽度相配合。
9.进一步地，所述电路基板上设有供屏蔽器第一侧板和第二侧板穿过的第二槽孔组合，每个第二槽孔组合包括两个第二槽孔，所述线性磁场传感芯片位于两个第二槽孔之间，所述两个第二槽孔的大小和间距与屏蔽器第一侧板和第二侧板的截面大小和间距相配合。
10.进一步地，所述单片机设有无线数据传输模块和模数转换模块。
11.进一步地，所述线性磁场传感芯片和屏蔽器的数量均为三个，待测的a相接地铜排、b相接地铜排和c相接地铜排分别对应一个线性磁场传感芯片和屏蔽器，每个线性磁场传感芯片均连接所述单片机。
12.进一步地，所述a相接地铜排通过紧固螺栓连接到a相接地电缆，所述b相接地铜排
通过紧固螺栓连接到b相接地电缆，所述c相接地铜排通过紧固螺栓连接到c相接地电缆。
13.进一步地，所述屏蔽器的材质为镍铁高导磁合金。
14.进一步地，所述线性磁场传感芯片为基于磁阻效应低功耗线性磁场传感芯片。
15.本发明还提供一种采用如上所述的测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置的电流测量方法，安装使用包括以下步骤：
16.将接地铜排穿过外壳上的第一槽孔进行装配，此时电路基板与接地铜排接触；
17.然后将屏蔽器穿过第二槽孔装配在电路基板上，使得屏蔽器包覆接地铜排和线性磁场传感芯片；
18.线性磁场传感芯片感应到接地铜排上的电流产生的磁场后，其信号端口输出电压，通过单片机实时采集和传输数据。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.本发明通过外壳上设置的第一槽孔，可将表贴式电流传感装置整体固定在接地铜排上；安装后，接地铜排的侧面为线性磁场传感芯片，可以探测到接地铜排上电流产生的磁场信号；屏蔽器同时包覆接地铜排和线性磁场传感芯片，可显著增强接地铜排上电流产生的磁场信号，使得本装置使用线性磁场传感芯片即可，无需高功耗的放大器芯片，降低传感器的整体功耗和体积，可显著延长电池的使用寿命。
附图说明
21.图1为本发明实施例中提供的一种测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置的使用状态示意图；
22.图2为本发明实施例中提供的一种测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置结构示意图；
23.图3为本发明实施例中提供的一种线性磁场传感芯片、单片机和电池的电气连接关系示意图；
24.图4为本发明实施例中提供的一种使用屏蔽器的优势的仿真效果示意图；
25.图中，101、a相接地电缆，102、b相接地电缆，103、c相接地电缆，201、a相接地铜排，202、b相接地铜排，203、c相接地铜排，20101、第一紧固螺栓，20201、第二紧固螺栓，20301、第三紧固螺栓，301、第一线性磁场传感芯片，302、第二线性磁场传感芯片，303、第三线性磁场传感芯片，304、单片机，305、第一屏蔽器，306、第二屏蔽器，307、第三屏蔽器，308、电池，309、电路基板，30901、第二槽孔，310、外壳，31001、a相第一槽孔，31002、b相第一槽孔，31003、c相第一槽孔。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
30.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
32.实施例1
33.本实施例提供一种测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置，使用时卡钳在高压电缆接地铜排上，该接地铜排连接到公共接地排，表贴式电流传感装置包括电路基板、线性磁场传感芯片、屏蔽器、单片机、为整个装置供电的电池和支撑整个装置的外壳；
34.线性磁场传感芯片和单片机均安装在电路基板上，单片机连接线性磁场传感芯片，外壳设有供接地铜排伸入的第一槽孔，电路基板上设有供屏蔽器穿过的第二槽孔，当接地铜排伸入外壳后，线性磁场传感芯片位于接地铜排的侧面，屏蔽器包覆接地铜排和线性磁场传感芯片。
35.单片机设有无线数据传输模块和模数转换模块。
36.工作原理：本发明通过外壳上设置的第一槽孔，可将表贴式电流传感装置整体固定在接地铜排上；安装后，接地铜排的侧面为线性磁场传感芯片，可以探测到接地铜排上电流产生的磁场信号；屏蔽器同时包覆接地铜排和线性磁场传感芯片，可显著增强接地铜排上电流产生的磁场信号，使得本装置使用线性磁场传感芯片即可，无需高功耗的放大器芯片，降低传感器的整体功耗和体积。
37.作为一种优选的实施方式，屏蔽器为凹字形结构，包括第一侧板、底板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板分别连接在底板的两侧，所述屏蔽器第一侧板、第二侧板的间距与接地铜排的宽度相配合。
38.本实施例中，电路基板上设有供屏蔽器第一侧板和第二侧板穿过的第二槽孔组合，每个第二槽孔组合包括两个第二槽孔，所述线性磁场传感芯片位于两个第二槽孔之间，所述两个第二槽孔的大小和间距与屏蔽器第一侧板和第二侧板的截面大小和间距相配合。
39.本实施例中的表贴式电流传感装置应用于电缆接地箱内的三相接地铜排，如图1所示，其应用场景包括带连接端子的a相接地电缆101、带连接端子的b相接地电缆102、带连接端子的c相接地电缆103，a相接地铜排201，b相接地铜排202、c相接地铜排203。其中20101
为第一紧固螺栓，将a相接地电缆101和a相接地铜排201固定。其中20201为第二紧固螺栓，将b相接地电缆102和b相接地铜排202固定。其中20301为第三紧固螺栓，将c相接地电缆103和c相接地铜排203固定。
40.其中4为公共接地排，将a相接地铜排201、b相接地铜排202、c相接地铜排203与大地相连。
41.其中3为一种测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置，其结构包括第一线性磁场传感芯片301、第二线性磁场传感芯片302、第三线性磁场传感芯片303、单片机304、第一屏蔽器305、第二屏蔽器306、第三屏蔽器307、电池308、电路基板309和外壳310，外壳由上下两部分拼接组成，设置有方形的第一槽孔，包括a相第一槽孔31001、b相第一槽孔31002和c相第一槽孔31003，保证接地铜排可以穿过；单片机304设有无线数据传输模块和模数转换模块，实现数据采集、模数转换和远传功能。
42.其中，第一线性磁场传感芯片301、第二线性磁场传感芯片302、第三线性磁场传感芯片303均为基于磁阻效应低功耗线性磁场传感芯片，第一线性磁场传感芯片301、第二线性磁场传感芯片302、第三线性磁场传感芯片303、单片机304和电池308均安装在电路基板309上。
43.电路基板309上开有3组方形的第二槽孔30901，便于屏蔽器穿过。
44.如图3所示，第一线性磁场传感芯片301、第二线性磁场传感芯片302、第三线性磁场传感芯片303的信号端口分别与单片机304的三个模数转换模块相连。电池308的正极、负极与第一线性磁场传感芯片301、第二线性磁场传感芯片302、第三线性磁场传感芯片303和单片机304的电源端口的正极、负极相连。
45.本实施例还提供一种采用如上的测量高压电缆接地电流的表贴式电流传感装置的测量方法，安装使用包括以下步骤：
46.将接地铜排穿过外壳上的第一槽孔进行装配，此时电路基板与接地铜排接触；
47.然后将屏蔽器穿过第二槽孔装配在电路基板上，使得屏蔽器包覆接地铜排和线性磁场传感芯片；
48.线性磁场传感芯片感应到接地铜排上的电流产生的磁场后，其信号端口输出电压，通过单片机实时采集和传输数据。
49.具体使用的详细过程描述如下：
50.使用时，将电路基板309与接地铜排紧贴后，将第一屏蔽器305、第二屏蔽器306、第三屏蔽器307穿过第二槽孔，第一线性磁场传感芯片301、第二线性磁场传感芯片302、第三线性磁场传感芯片303位于屏蔽器覆盖区域的中心。当接地铜排上有电流时，磁场传感芯片的位置会产生磁场，基于磁阻效应低功耗线性磁场传感芯片感应到该磁场后信号端口输出电压，并将电压信号送入带有多通道模数转换和远传功能的低功耗单片机。单片机处理该信号后通过远传通道送往无线网。
51.然后，在电路基板上开有第二槽孔，将电路基板与接地铜排紧贴后，将屏蔽器穿过第二槽孔，能显著增强铜排电流产生的磁场。安装屏蔽器与不安装屏蔽器的对比效果如图4所示，不安装屏蔽器时1a电流在传感芯片位置处产生0.4oe(10-4
t)的磁场，安装屏蔽器后1a电流在传感芯片位置处可产生1oe的磁场。
52.线性磁场传感芯片采用基于磁阻效应低功耗线性磁场传感芯片，由于基于磁阻效
应低功耗线性磁场传感芯片的灵敏度较高，可产生幅值足够大的信号，因此用低功耗单片机的模数转换通道采集即可，无需高功耗的放大器芯片，显著降低传感器的整体功耗和体积。
53.使用时，可以不断开接地铜排表贴安装传感装置。
54.本实施例中，基于磁阻效应低功耗线性磁场传感芯片为tmr2104，单片机为stm32wle5c8，屏蔽器材质为镍铁高导磁合金。
55.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。