一种一体化电流隔离电子传感器及采集隔离方法与流程

1.本发明属于电力自动化输变电交流大电流采集技术领域，具体涉及一体化电流隔离电子传感器及采集隔离方法。


背景技术：

2.现在常用的大电流采集元件是交流互感器和电流分流器，在实际输送线路中要考虑多种负载，有的负载在启动时会有短时间10左右倍的额定电流，所以输送线路要能测到12倍的电流，例如630a等级的线路采集电流为630*12=7560a，所以此时选用的交流互感器或电流分流器是6300a等级的；下面分析6300a电流等级的交流互感器和电流分流器工作时存在的缺陷 一、交流互感器存在的缺点： 1、体积大：交流互感器是采用输入6300a，输出5a的变比方式，线圈电流5a匝数1260圈，为了在确保大电流输入时，输出线性不饱和，要采用大截面积的磁芯，和满足5a电流的粗漆包线绕制，做出的成品后体积大，成品尺寸达到280*210*60（mm）； 2、精度为5%，如果要达到更高的精度，磁芯材料的性能要提高，匝数要增加，生产成本要增加体积还会更大； 3、因输出为5a电流形式，不能直接被计算机保护设备所识别和使用，还要经过二次处理变为计算机保护设备可识别弱电流或电压； 4、因生产要使用大量的磁铁芯材料、漆包线等有色金属造成生产成本高、产品份量重；二、交流分流器如图1所示，其结构包括铜排和锰铜电阻片，存在的缺点： 1、体积大：分流器输入6300a，输出75mv的方式，做出的成品后体积大，成品尺寸达到150*100*46（mm）； 2、精度变差：电流6300a时输出75mv，而常规的工作电流在630a附近输出7.5mv，因幅值太小，传输线路距离长，在传输过程中受强电磁场干扰，使测量精度变差； 3、信号是直接输出，没有经过隔离处理不能直接送入计算机保护设备，还要经过二次电信号放大、隔离处理变为计算机保护设备可识别弱电流或电压； 4、消耗功率大、因输出75mv，在输送电流为6300a时，消耗功率472.5va； 5、因在电流为6300a时，消耗功率472.5va，产生热量高； 6、线路损耗大，为了采集75mv，采样方法有二种，1）在铜排上采样，因纯铜电阻率 0.01673 欧姆.mm2/m很小，需要在很长的铜排上才能满足75mv电压，2）使用锰铜采样电压减少产品的长度和体积，因锰铜电阻率 0.47 欧姆.mm2/m比较大，是铜排的30倍，在同等体积的情况下，锰铜采样线路损耗增加30倍； 7、因生产要使用大量的紫铜、锰铜等有色金属造成成本高、产品份量重；基于上述交流互感器和电流分流器存在诸多问题，需要研发一种新的低功耗、小体积、高精度、低温升、自带隔离输出的传感器来解决现有的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种一体化电流隔离电子传感器，以解决现有交流分流器存在的功耗大、体积大、精度低、温升高、输出幅值小干扰大、无法隔离的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体化电流隔离电子传感器，包括，铜排；用于电流输送作用以及在铜排预定的位置选取弱电压信号进行放大的信号放大电路；用于接收所述信号放大电路送入的信号并隔离输出的隔离输出电路；用于将电源电压隔离处理后送入所述信号放大电路的电源稳压电路；其中，所述铜排为整体结构。
5.优选的，所述电源稳压电路包括：将电源电压转换为直流电压的直流交流转换器z1、用于将直流交流转换器z1的直流电压送至隔离的变压器b1；其中，所述直流电压经高频开关电源模块产生高频能量电压送入变压器b1隔离。
6.优选的，所述信号放大电路包括：运算放大器a2、与运算放大器相连接的电阻r1、电阻r2以及电阻r3；其中，电阻r1、电阻r2分别与铜排相连接。
7.优选的，所述隔离输出电路包括：一端与信号放大电路相连接的电阻r4、与所述电阻r4另一端相连接的互感器b2。
8.优选的，所述隔离输出电路还包括：一端与信号放大电路相连接的电阻r5、与所述电阻r5另一端相连接的互感器b3；一端与信号放大电路相连接的电阻r6、与所述电阻r6另一端相连接的互感器b4。
9.优选的，所述铜排设置有两个信号采样端，两个信号采样端通过两根采集杆分别与电阻r1、电阻r2相连接。
10.优选的，所述采集杆的长度为10mm。
11.优选的，所述铜电阻根据下述公式计算：计算公式为：r＝ρ
×
l/s，其中，r为电阻，ρ为导体电阻率，l为长度，s为横截面积。
12.优选的，所述互感器b2、互感器b3、互感器b4的隔离输出电压为1500mv。
13.所述铜排还连接有支撑杆的一端，所述支撑杆另一端与封装信号放大电路、电源稳压电路以及隔离输出电路的壳体相连接。
14.本技术另提供一种一体化电流隔离电子传感器的采集输出方法，包括：电源电压通过电源稳压电路的第一端口1#、第二端口2#输入至直流交流转换器z1，转为直流电压，经高频开关电源模块处理送变压器b1隔离输出正工作电压v1和负工作电压v2，正工作电压v1通过电源稳压电路的第三端口3#与运算放大器a2的第五端口5#相连接，负工作电压v2通过电源稳压电路的第五端口5#与运算放大器a2的第四号端口4#相连接，gnd地线端通过电源稳压电路的第四端口4#与公共地相连接；铜排a1的第一端口1#与电阻r1的一端相连、将弱电压信号送至运算放大器a2的输入端1#，铜排a1的第二端口2#与公共地相连；运算放大器a2的第二端口2#与通过电阻r2与公共地相连，用于控制运算放大器的
输出幅值的大小的电阻r3一端接运算放大器a2的输入端1#，另一端接a2运算放大器的输出端3#，a2运算放大器的输出端3#与电阻r4、电阻r5、电阻r6相连接并将放大后的电压送至隔离互感器b2、互感器b3、互感器b4；运算放大器a2的输出端3#与电阻r4、电阻r5、电阻r6相连接，电阻r4的另一端与互感器b2的1#相连，互感器b2的第二端口2#与公共地相连，产生隔离输出信号通过互感器b2的第三端口3#、第四端口4#输出。
15.本发明的技术效果和优点：该一体化电流隔离电子传感器及采集隔离方法，电气控制模块直接安装在铜排主体上，模块固定点即为采集信号输入端，高效节能、降低温度、体积小、节省材料费用、生产成本、减少安装空间，节能效显著，和同等电流规格体积分流器产品相比，节能效果97.34%，温度下降值大于116.8度，同时信号通过隔离处理可直接送远程继电保护设备采用，输出精度达到0.2%级的高精度，并且具有多路输出，为用户提供极大的便利。
附图说明
16.图1为本发明现有的交流分流器结构示意图；图2为本发明一体化电流隔离电子传感器的正视图；图3为本发明一体化电流隔离电子传感器的左视图；图4为本发明铜排的结构示意图；图5为本发明电路图。
17.图中：1、电源稳压电路；2、信号放大电路；3、隔离输出电路；10、锰铜电阻片；11、壳体；12、采集杆；13、铜排；14、支撑杆；15、输出端口；131、电流铜排进线端；132、信号采样端；133、支撑孔。
具体实施方式
18.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
19.本发明提供了如图2、图5中所示的一种一体化电流隔离电子传感器，包括，铜排13；用于将铜排13上采集到的电压信号进行放大的放大电路2；所述信号放大电路2包括：运算放大器a2、与运算放大器相连接的电阻r1、电阻r2以及电阻r3；其中，电阻r1、电阻r2分别与铜排13相连接。
20.用于信号放大电路2送入的信号进行隔离的隔离输出电路3；所述隔离输出电路3包括：一端与信号放大电路2相连接的电阻r4、与所述电阻r4另一端相连接的互感器b2；一端与信号放大电路2相连接的电阻r5、与所述电阻r6另一端相连接的互感器b3；一端与信号放大电路2相连接的电阻r6、与所述电阻r6另一端相连接的互感器b4。
21.用于将电源电压隔离处理后送入所述信号放大电路2的电源稳压电路1；所述电源稳压电路1包括：直流交流转换器、将直流电压产生的高频能量电压送至隔离的变压器b1；其中，所述直流电压经高频开关电源模块产生高频能量电压送入变压器b1隔离，在图中未标记；其中，所述铜排13为整体结构。
22.本实施例中，如图3所示，信号放大电路2、隔离输出电路3以及电源稳压电路1均封装于壳体11中，壳体11为长方体结构，其表面至少设置一个输出端口15，并与隔离输出电路3相连接；如图4所示，铜排13为长方形整块的全铜材质，分别开设有两个电流铜排进线端131、两个信号采样端132、两个支撑孔133，两个信号采样端132与采集杆12相连接，两个支撑孔133内固定支撑杆14一端，支撑杆14另一端与壳体11固定；所述采集杆14的长度范围：10mm-15mm；优选为10mm；所述铜排13设置有两个信号采样端132，两个信号采样端132通过两根采集杆14分别与电阻r1、电阻r2相连接；所述铜电阻根据下述公式计算：计算公式为：r＝ρ
×
l/s，其中，r为电阻，ρ为导体电阻率，l为长度，s为横截面积。
23.所述互感器b2、互感器b3、互感器b4的隔离输出电压为1500mv。
24.本实施例中，与现有的交流互感器和交流分流器以10倍的额定电流6300a进行比较：现有的交流分流器的结构使用三段式设计，中间为锰铜电阻片10；一体化电流隔离电子传感器体积小，在630a电流线路中使用，可满足10倍6300a电流的采集要求，电流回路采用整体铜排直通，输入630a时，采样信号利用交流电流流过铜排产生的弱电压（纯铜电阻率为 0.01673 欧姆.mm2/m），取样电压为2mv，10倍6300a电流时，取样电压为20mv，产品体积小，使用尺寸为110*40*4（mm）；一体化电流隔离电子传感器隔离输出电压为1500mv，因幅值大在传输过程中不会受强电磁干扰，测量精度高；同时信号是隔离输出，可直接送入继电保护设备采用；多路信号隔离独立输出，可为本地和远程设备提供多个采样信号，省去重复安装采用的元件，用户设备节省空间和成本费用；一体化电流隔离电子传感器消耗功率小、因取样电压2mv，额定输入电流630a时，消耗功率1.26va，10倍输入电流6300a时，消耗功率126va；因在电流为6300a时，消耗功率126va，产生热量低；重要的是在630a的线路中，常规分流器要采用6300a规格的产品，而一体化电流隔离电子传感器只需采用和630a分流器体积相同即可，因生产中大量减少紫铜，省去锰铜使得生产工艺简单、成本低、产品份量轻；节能效果对比，一体化电流隔离电子传感器在630a时将采用630a等级电流分流器的体积，与常规的630a分流器进行比较：下表中的电压单位为v，电流单位为a，功耗单位va；
25.本发明另提供一种一体化电流隔离电子传感器的采集输出方法，其特征在于：包括： 电源电压通过电源稳压电路1的第一端口1#、第二端口2#输入至直流交流转换器z1，转为直流电压，经高频开关电源模块处理送变压器b1隔离输出正工作电压v1和负工作电压v2，正工作电压v1通过电源稳压电路的第三端口3#与运算放大器a2的第五端口5#相连接，负工作电压v2通过电源稳压电路1的第五端口5#与运算放大器a2的第四号端口4#相连接， gnd地线端通过电源稳压电路1的第四端口4#与公共地相连接；电源稳压电路1、信号放大电路2、隔离输出电路3均为模块化设计，设置输入端口和输出端口；铜排a1的第一端口1#与电阻r1的一端相连、将弱电压信号送至运算放大器a2的输入端1#，铜排a1的第二端口2#与公共地相连；运算放大器a2的第二端口2#与通过电阻r2与公共地相连，用于控制运算放大器的输出幅值的大小的电阻r3一端接运算放大器a2的输入端1#，另一端接a2运算放大器的输出端3#，a2运算放大器的输出端3#与电阻r4、电阻r5、电阻r6相连接并将放大后的电压送至隔离互感器b2、互感器b3、互感器b4；运算放大器a2的输出端3#与电阻r4、电阻r5、电阻r6相连接，电阻r4的另一端与互感器b2的1#相连，互感器b2的第二端口2#与公共地相连，产生隔离输出信号通过互感器b2的第三端口3#、第四端口4#输出。
26.该一体化电流隔离电子传感器及采集隔离方法，电气控制模块直接安装在铜排主体上，模块固定点即为采集信号输入端，高效节能、降低工作温升、体积小、节省材料费用、生产成本、减少安装空间，节能效显著，和同等电流规格体积分流器产品相比，节能效果97.34%，温度下降值大于116.8度，同时信号通过隔离处理可直接送远程继电保护设备采用，输出精度0.2%级精度，并且具有多路输出，为用户提供极大的便利。
27.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。