CN101216542A - 一种电流检测装置和校准方法 - Google Patents

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Abstract

一种电流检测装置和校准方法，特别涉及以Rogowski线圈为传感器的电流检测装置和校准方法。在量程改变过程中，Rogowski线圈的工作条件不改变，用电压源替代Rogowski线圈提供校准输入，完成的高量值量程的校准工作。

Description

一种电流检测装置和校准方法
技术领域
本发明属于电能计量领域，涉及一种电流检测装置及校准方法，特别涉及以Rogowski线圈为传感器的电流检测装置和校准方法。
背景技术
目前，公知的以Rogowski线圈为传感器的电流检测装置(简称RIS)的校准方法一直不完善，有待发展。
当前，RIS装置的量程范围一般覆盖20A-300KA，特殊情况下，量值还会更高。
公知的对Rogowski线圈的认识[1]，一直是将Rogowski线圈接积分器即可构成电流检测装置。这种认识存在几十年，它已成为经典理论，不容质疑。即使在这种认识指导下构建的RIS装置的校准陷入困境，人们也没有怀疑过这种认识本身有问题，却将问题归为Rogowski线圈的测量原理不完善、有缺陷。
公知的RIS装置校准方法有两种，一种是直接方法，通过标准电流源输入电流I1，RIS装置测得电流I2，从而可以测出RIS的校准系数K＝I1/I2。
此方法实际上行不通。原因很简单：
首先，若有上百K高量值标准电流源，则设备庞大，无法移动，而RIS也同样设备庞大，无法移动，不具备整体送检条件；若拆开RIS，部分送检，则破坏RIS工作基本状态。
这种方法量值传递和溯源的最高量值会受到标准电流源最高量值和负荷能力限制，RIS的最高量值不能超过标准电流源最高量值。目前，国家法定计量机构提供的标准电流源量值和负荷较小，约100A-1000A，按此方法，不能对量值高达几百KA的RIS进行量值的传递和溯源。
另一种是间接方法[1]，需要送检Rogowski线圈，建立实验电路，配置标准互感器，通过将Rogowski的互感M和标准互感器Ms相比较，确定互感系数。然后，将互感系数及整个电路中所有器件的参数，代入整体电路计算公式，完成RIS校准。按此方法校准RIS装置，要将整个RIS电路全部拆开，测量所有器件的参数。
在不拆开RIS电路的情况下，无法进行校准。此方法破坏RIS装置的完整性，实际上无操作性可言。
发明内容
目前现实需求寻找一种不限制最高量值，不需要大信号的标准电流源，不测定Rogowski线圈的互感系数，不需要拆开RIS装置，易被公众、厂家、用户、第三方国家法定计量机构共同接受和使用的RIS装置和校准方法。
本发明目的提供一种RIS装置和校准方法实现上面要求。
所需仪器比较常见，电压表、电流表的准确度比RIS装置标定的准确度高一个或两个数量级，标准电流源只要100A左右，标准电压源只要几毫伏到几十伏，全部是国家法定计量机构常见的小型移动仪器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
将RIS装置中Rogowski线圈的取样环节连接电压跟随器，或者用电阻组合切换，在切换分压器实现量程切换时，保持取样环节的电阻相对Rogowski线圈不变化。同时，由于Rogowski线圈内阻是常量，Rogowski线圈两端的电压与被测量电流成正比。也就是说，在切换取样环节实现量程切换时，Rogowski线圈与取样环节构成的回路阻抗没有变化。用标准可变电压源代替Rogowski线圈后，RIS装置工作状态保持不变。用标准可变电压源模拟Rogowski线圈测量电流时输出的电压，向后端电路提供高量值量程校准需要的电压，完成全部量程的校准。
本发明的有益效果是，正本清源，使公众从被误导的技术困境中解脱出来，找出公知的RIS装置不可高量值传递和溯源的根源，找到易被公众、厂家、用户、第三方国家法定计量机构共同接受和使用的新的简便可行RIS装置和校准方法，有力推动RIS的实用化行业应用。
附图说明
图1是本发明的RIS装置和校准方法原理图。
图中
①-模拟Rogowski线圈提供电压信号的标准可变交流电压源
②-标准可变交流电流源
③-垂直穿过Rogowski线圈的金属导体
④-Rogowski线圈
⑤-切换开关
⑥-取样电阻
⑦-波段开关，掷c接触点接通最小量程，掷d接触点接通较小量程，掷e接触点接通较大量程，掷f接触点接通最大量程。
⑧-电压跟随器
⑨-积分放大器
具体实施方式
第一步，给Rogowski线圈通过标准电流源的电流I1(如100A)，测量Rogowski两侧的电压U1(如10mV)，计算电流/电压比K1＝I1/U1(如10A/mV)。因取样电阻在不同量程下保持不变，因而K1是一个常量，可以应用到其他几百K的高量值量程。
第二步，断开Rogowski线圈与取样电阻的连接，切换分压器到不同量程，给分压器原连接Rogowski线圈的两端注入电压U2(如10mV-100mV-1V-10V-100V)，电压大小与RIS当前量程范围内电流在Rogowski线圈上感应的电压相当，读取RIS测量的电流I2(如100A-1kA-10kA-100kA-1000kA)，计算不同量程下电压/电流比K2＝U2/I2。
第三步，将K1*K2即可得到不同量程(如100A-1kA-10kA-100kA-1000kA)下的校准系数K。下面结合附图和实施例对本发明的装置和校准方法进一步说明。
第一步，求Rogowski线圈的输入输出电流电压比K1。
将⑤双掷开关，掷a接触点，接通④Rogowski线圈；
将⑦波段开关，掷f接触点接通最小量程；
使②标准可变交流电流源输出RIS最小量程内的电流I1(电流要在此量程内，电流太大，易烧坏设备；电流太小，不便测量。例如最小量程为20A-200A，电流取100A。)；
测量Rogowski两侧的电压U1，图中为M、N两点间电压(如10mV)；
计算电流/电压比K1＝I1/U1(如10A/mV)；
在将⑦波段开关掷不同量程时，K1是一个常量，可以用到其他高量值量程。
注意：第一步不是一定要选择最小量程。只要②标准可变交流电流源输出电流大小能满足的量程都可以，且可以直接测量RIS输出端的电压U3，图中为P、T两点间电压，计算当前量程的输入输出电压比K2＝U1/U3。
第二步，求信号处理电路的不同量程的输入输出电压比K2。
将⑤双掷开关，掷e接触点，接通①标准可变交流电压源
选择量程，将⑦波段开关，掷到某一接触点。
使①标准可变交流电压源提供电压U2，电压大小不超出RIS装置检测当前量程电流时Rogowski线圈两端的电压范围。
测量RIS输出端的电压U3，图中为P、T两点间电压；
计算当前量程的输入输出电压比K2＝U2/U3；
切换⑦波段开关到其他量程，按照上面的方法，计算出其他量程的输入输出电压比K2。
第三步，求RIS装置的不同量程校准系数K＝K1×不同量程下K2。
参考文献
[1]揭秉信大电流检测北京：机械工业出版社1987.1

Claims (7)

1.一种电流检测装置和校准方法，以Rogowski线圈为传感器。其特征是：保持取样环节的电阻相对Rogowski线圈在不同量程阻抗不改变，使用电压源代替Rogowski线圈提供校准信号。
2.根据权利要求1所述的电流检测装置和校准方法，其特征是Rogowski线圈的取样环节连接电压跟随器，或者用电阻组合切换，保持取样环节相对Rogowski线圈在不同量程阻抗不改变。
3.根据权利要求1所述的电流检测装置和校准方法，其特征是可以包含和不包含积分器。
4.根据权利要求1所述的电流检测装置和校准方法，其特征是用电流源作为输入，测量Rogowski线圈两端输出电压，计算Rogowski线圈的输入输出比。
5.根据权利要求1所述的电流检测装置和校准方法，其特征是用电压源代替Rogowski线圈在不同量程下提供适当电压作为输入，测量权利要求1所述的电流检测装置的输出，计算不同量程下的输入输出比。
6.根据权利要求1所述的电流检测装置和校准方法，其特征是将权利4输入输出比和权利5计算的不同量程下的输入输出比相乘，获得根据权利要求1所述的电流检测装置的不同量程下的校准系数。
7.根据权利要求1所述的电流检测装置和校准方法，其特征是取样环节，是与Rogowski线圈构成回路的，可以改变量程，将电压量值升高或降低成为特定大小的信号后进行测量。
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