CN100501417C - 用于测量电流的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于测量导体中的电流的设备，包括：-用于检测电流的装置，-用于传送该电流指示信号的装置，-用于控制、采集以及处理该电流指示信号的电子装置，-用于给该设备馈电以及用于通信的连接装置。该根据本发明的设备还包括用于给该检测电流的装置偏向馈电的装置。

Description

用于测量电流的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种测量电流的设备，尤其用于低压(即，用于低于1kv的电压值)的电路断路器的设备，以及电流测量方法。
背景技术
目前已知的用于检测关于导体的电流参数并使其可用的方法通常基于变送器的使用，例如电流互感器。在自动低压电流断路器的情况下，通常有必要使用用于每相的至少一个变送器和可选择地用于中性线的一个变送器。这种变送器，特别是电流互感器，通常布置在导体周围，该导体的电流要被测量，并且这种变送器组成变压器的一次绕组，并且被通过对应的二次电路操作性地连接到读数单元。在自动电路断路器的情况下，这种二次电路被操作性地连接到该电路断路器本身的保护单元。
电流互感器的使用具有自馈电原理的相当多优点。实际上，取自被测导体所产生的磁场的能量通常足以产生用于读数以及需要时的后续处理的有用信号。
如果从一方面来看，电流互感器在无需辅助馈电的情况下能够运行，则在另一方面，它们在某些方面受限。
第一个限制是可能仅能以交流电流运行，因此它们不能用于直流电路或甚低频电流的电路。
电流互感器的进一步限制来自必需以电磁变送器装置包围被测导体。其他问题来源于它们的尺寸、重量以及绕组(通常是铜导线)的高成本。
这类变送器的进一步限制在于所谓的饱和现象：这种现象是形成绕组铁心的铁磁材料的一部分特性，并且导致与被测导体中的电流的高值一致的读数线性度严重变差。
在低压电路断路器的特殊情形下，电流互感器所有的安装、替换和拆除程序极其复杂，经常需要拆除容纳它们的装置中的许多部件。
已经试验了不同的变型方案来克服上述缺点，但是由于与它们的使用相关的其他限制，它们一直很少在实际中应用。
在不同的现有的变型方案中，下文要提及Rogowski线圈，尽管它们也仅能够在交流电流下运行。Rogowski线圈在具有强电流特征的应用中足够经济，对于弱电流则变为不经济，因为它们优良的性能受到构造和安装的极高准确度的约束。
另外一个已知的用于检测在电导体中的电流值的变型方案在于使用磁场传感器，例如霍尔传感器，它们非常准确、轻便、经济。该磁场传感器以交流电流和直流电流都运行得很好，该磁场传感器需要被馈电，并且具有在非边缘能量吸收上的限制。
实际上，在以低电流为特征的应用中，以本领域当前水平，不可能通过使用从存在于被测导体附近的磁场中得到的能量来给该磁场传感器馈电。在此种情形下，需要外部的或辅助的馈电源。这种需求直到目前都未被解决，并且变成了在该方案的应用中一个严重的实际的限制。
从上述描述显然可知，以本领域当前水平，需要有用于感知导电体中的电流的系统，该系统代表上述方案的一个有效变型方案。在对使用低电流也要求运行的独立性和可靠性的应用的情况下，这种需求就更加明显，这例如与自动低压电路断路器相关的情况一样。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量电导体中流动的电流的设备和方法，该设备和方法允许利用磁场传感器的准确度，同时克服上面提及的限制。
在该目标中，本发明的一个目的是提供一种用于测量电导体中流动的电流的设备和方法，具有极高的灵敏度、准确度和可靠性，并且该设备和方法的特征在于宽范围的线性运行。
另一个重要的目的在于提供一种测量电导体中流动的电流的设备和方法，具有极高的阻抗、轻便、容易处理、更小的体积，并且可以按照工业上方便的方式生产。
还有一个目的在于提供一种用于测量电导体中流动的电流的设备和方法，不需要用接口装置完全绕在导体上。
本发明的另一个目的在于提供一种用于测量电导体中流动的电流的设备和方法，具有高可靠性和有竞争力的成本，可相对容易地生产。
这种目的和目标以及其他随后显现的目的和目标将通过用于测量导体中的电流的设备得以实现，包括：
用于检测电流的装置，
用于传送该电流指示信号的装置，
用于控制、采集以及处理该电流指示信号的电子装置，
用于给该设备的馈电和用于通信的连接装置。
根据本发明的该设备特征在于，它包括用于给该检测电流的装置偏向馈电的装置。照这样，根据本发明的设备具有完全创新的结构，参考实现测量的方式尤其如此。
附图说明
通过对本发明的用于测量电导体中流动电流的设备和方法的、优选但非限制性的实施例，本发明进一步的特点以及优点将更好地展现，这些实施例仅仅通用附图中的非限制性的例子的方式给出了说明，其中：
图1是示意地表示根据本发明的设备的一些功能的方框图；
图2是表示根据本发明的设备的工作原理的方框图，；
图3是表示根据本发明的设备的通信以及信号处理装置的某些细节的方框图；
图4是根据本发明的设备以及相应的方法的工作原理的图形表示；
图5是自动低压电路断路器的某些细节的方框图，包括根据本发明的一个或多个设备。
具体实施方式
根据本发明的设备将参考上述附图加以描述，而不限制它的应用。
关于图1、2、3，标号1表示根据本发明的用于测量导体2中的电流设备。该设备包括用于检测电流的一或多个装置11、12、13，该装置相对于导体2被合适地安置。然后，装置422被提供，用于传送指示该电流的信号，装置422通常被插入电流检测装置11、12、13和用于控制、采集、处理电流指示信号的电子装置3之间。
进一步，设备1包括用于给该设备馈电和用于通信的连接装置4。
根据本发明的设备的主要特点在于存在装置50，用于给这种检测电流的装置的偏向馈电。优选地，用于偏向馈电的装置50由所述控制、采集、处理电子装置3控制。
实际上，偏向馈电装置50根据控制装置3控制的通/断顺序作用于由标号412示意性地代表的馈电线。从而由标号411示意性地代表的馈电线给检测装置11馈电。
优选地，电流检测装置11包括至少一个绝缘支撑件，它支撑着磁场传感器，比如霍尔传感器。
优选地，用于传送电流指示信号的装置422包括能够获得由该磁场传感器产生的模拟信号的模拟采集链。然后，装置422与这种信号的调节装置423相连，所述装置423能够产生代表流经导体的电流值和特性的信号，并且然后使其可用于读数或后续解释和使用，比如在使用自动开关时与过电流继电器相连。
根据一个优选的实施例，这种模拟信号的调节装置423与模数转换装置424相连。照这样，在从上述采集链的传送到最终的读数阶段或者进一步解释或使用的期间中，该信号基本可以免受衰减和干扰。
优选地，根据本发明的设备包括用于接口的连接装置4，它包括馈电装置41和双向通信装置42。
根据本发明的设备能够自馈电，例如通过将馈电装置41到置于待测导体上的电流互感器的连接。
可选地，馈电装置41与外部馈电源相连。
正如上面所述的，并且在任何方面都不限制该应用，发现根据本发明的设备可方便地应用于自动低压电路断路器。参照图5，这种电路断路器通常包括一或多个根据本发明的设备，优选地，每一极一个。该设备与通信总线40相连，后者通过一个接口45顺次地连到保护设备60。
本发明的另一个方面涉及一种用于测量导体中的电流的方法，具体而言涉及到一种用于给本发明的设备馈电和解释通过它们可获得的信息的方法。该方法基于利用以离散的方式并按有规律的间隔实施采样，来代替连续的读数，从而使该设备的馈电可以被调制，以便只在需要才激活它。
具体地，根据本发明的方法包括下面的周期阶段：
给设备馈电并且使其进入运行状态；
持续馈电一段时间τ；
通过馈电中断使装置进入待机状态。
参照图4，线411代表给传感器11的馈电，线422代表传感器11的输出信号。在t0时间，传感器11由偏向馈电装置50加以馈电，并且然后开始测量导体2中的电流，然后发送该电流的近似信号422。在t1时间，偏向馈电装置50中断给返回到待机状态的传感器11的馈电，中断信号422的传送。如图4所示，线411代表一个以方波循环馈电的典型例子，传感器的启动与停止分别发生在时间t0和t1。
介于时间t0和t1之间的时间段τ有利地被划分为传感器的稳定状态的第一时间段τ1和用于读数、处理以及可能的转换和信号传送的第二时间段τ2。
实际上已经发现，以根据应用需要的合适的频率，对来自磁场传感器的信号以离散的方式(或间歇式)进行读取，完全可以满足不同技术需要。
为了获得用于技术目标的足够的读数量，例如在使用自动低压电路断路器应用的的情形下，可能要用频率为1kHZ、通/断比(忙闲度)大约为1/10近似地调制的方波实现馈电周期。这样就允许将能量消耗值限制到近似等于使用直接馈电通常所需消耗值的15％。
当然，馈电周期的频率以及时间比通/断可以根据要实现的测量准确度以及要达到的节能程度方便地加以选择。
实际上已经观察到，根据本发明的设备和方法完全实现了这个目标以及前面所述的目的。实际上很显然的是，按照离散周期使用偏向馈电装置以及馈电方法，其中该离散周期优选地按照具有方波的周期发生，明显地改进了磁场传感器在大多数不同场合的应用，这与外部馈电源相比，是因为增加了独立性。

Claims (11)

1.一种用于测量导体中的电流的设备，包括：
-用于检测电流的装置；
-用于传送该电流的指示信号的装置；
-用于控制、采集以及处理该电流的指示信号的电子装置；
-用于给该设备馈电和用于通信的连接装置；
其特征在于，所述设备包括用于给该检测电流的装置偏向馈电的装置，该偏向馈电装置由所述用于控制、采集以及处理该电流的指示信号的电子装置控制，
由该偏向馈电装置建立的馈电循环的频率和时间比通/断根据要实现的测量准确度以及要达到的节能程度加以选择，
由该偏向馈电装置建立的馈电状态部分被划分为用于使所述检测电流的装置稳定的第一时间段和用于读取并传输所述电流的指示信号的第二时间段。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于该检测电流的装置包括绝缘支撑件以及至少一个磁场传感器。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于该磁场传感器是一个霍尔传感器。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于该用于传送该电流的指示信号的装置与该信号的调节装置相连。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于该信号的调节装置与模数转换装置相连。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于该连接装置包括馈电装置和双向通信装置。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述馈电装置由位于导体上的电流互感器馈电。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述导体是被测导体。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述馈电装置与外部馈电源相连。
10.一种自动低压电路断路器，包括至少一个根据权利要求1至9的其中任何一项所述的设备，所述至少一个设备连接到通信总线，该通信总线通过接口连到保护设备上。
11.一种通过根据权利要求1所述的设备用于测量导电体中的电流的方法，包括以下周期阶段：
-给该设备馈电并使之进入运行状态；
-持续馈电一个时间段τ，该时间段τ被划分为所述检测电流的装置的稳定状态的第一时间段τ1和用于读取和传送信号的第二时间段τ2；
-通过馈电中断使该设备进入待机状态。
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