CN101650379A - 组合式传感器 - Google Patents

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苗军
张庆华
张丽
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组合式传感器,属于电力测量领域。包括壳体,其特征在于:在壳体内被测高压负载导线设置V/I/v电压取样回路和I/i电流取样回路,V/I/v电压取样回路的输出端和I/i电流取样回路的输出端,分别连接在壳体的输出接口的电流接口和电压接口上。本发明的组合式传感器能够采集供出的弱电信号,供给毫安级或者微安级的标准电流信号和毫伏级或者微伏级的标准电压信号计量表进行计量,并且取得信号准确、降低损耗、节约成本、防窃电、安全稳定,适于高压侧电量计量。

Description

组合式传感器
技术领域
本发明涉及一种组合式传感器,属于电力测量领域。具体是适用于高压侧电量计量 装置的组合式传感器。 背景技术
高压电能计量装置,是应用在发、供、用电过程的计量器具,涉及发、供、用电三 方的经济利益,它的公平、公正十分重要,它应用面大量广,是不可缺少的电能计量装 置。目前,高压电能计量装置一般是由多台高压电流互感器及多台高压电压互感器、电 能表、接线端子盒、高压端连接排、低压连接导线等组成。高压电压互感器把高压电压 变换成标准的100V、 100/jv v低压电压;高压电流互感器把高压大电流变换成低压
5A或1A标准电流;通过多根连接导线接入电能表进行电能计量;现有电能表的电流输
入回路装有锰铜分流电阻,将5A输入电流分流成毫安级或微安级的电流信号,才能输 入到电能计量单元;电压输入信号也要经过二次降压,才能输入到电能计量单元进行计 量。这种测量信号经过多级转换的传统方式,存在许多弊端:1、高压电能计量装置中
电流互感器、电压互感器、电能表的误差分别测量,多只高压电流互感器、高压电压互 感器和电能表组合后的误差,以及连接导线、接触电阻的误差不能直接测出,组合后的 高压电能计量表综合误差是各相关元件的综合误差。由于各相关元件互相匹配不好,显 示出的误差特性不好,低负荷时易出现漏计电量。而且,后续安装产生的人为产生的误
差不能测出,电能计量不准确,有失公正。2、对互感器输出容量要求较高, 一般在几
十伏安,现有的互感器输出的标准电流、标准电压信号用于电能计量时或测量时,还需
要进一步将5A或1A标准电流转换为毫安或微安级的电流信号,标准的100V、 100/V^V
电压信号转换为亳伏级的电压或微电流信号,过程复杂,耗能高;每台互感器运行时耗
电量巨大;高压电能计量装置制造起来有一定难度,体积大、份量重、成本高多台互感 器相互之间即要留有安全距离,又要用铜排进行连接,体积、重量、材料浪费大,费用 高、投资成本大。3、由于电磁式电压互感器的存在,易受电网中各种因素的干扰会出 现电磁谐振、高次谐波、操作过电压等因素的干扰,影响电压互感器的安全运行,电网 中打保险、烧PT现象时有发生,影响电力系统安全经济运行,事故率高,影响电网供
3电质量。
随着配网自动化程度的提高,为提高电能质量的要求,微机式保护、测量、计量所 需的电信号不再需要几十伏安的输出容量,也不需要1A或5A的电流,100V、 100/V^V V电压信号的输出,而是只要几伏安和mA级或iiA级标准微电流信号。毫伏或毫安级的 信号,可以直接与电能计量芯片或保护控制单元连接,减少电流变换过程的安匝数,降 低二次开路电压;这就使高压电能计量装置的制造变得简单、节材、节能,可以减少电 流、电压的转换过程,减少故障几率。可以提高计量精度,更注重计量、测量、保护性 能,这就给该类设备的技术进步创造出良好的发展契机,改造和提高电流转换设备势在 必行。 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适应现代化、微型化新型计量表大量应用的需 要,能够采集供出的弱电信号,供给毫安级或者微安级的标准电流信号和毫伏级或者微 伏级的标准电压信号计量表进行计量的组合式传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:组合式传感器,包括壳体,其特征在 于:在壳体内被测高压负载导线设置V/I/v电压取样回路和I/i电流取样回路,V/I/v 电压取样回路的输出端和I/i电流取样回路的输出端,分别连接在壳体的输出接口的电 流接口和电压接口上。
V/I/v电压取样回路从高压负载导线处取得电压信号与I/i电流取样回路从高压负 载导线处取得的电流信号,输出的信号为弱信号mV、 mA级,可以是摸拟信号或数字信 号,分别连接的接口为计量电能表输送信号。
被测高压负载导线可以贯穿壳体内的I/i电流取样回路,也可以在壳体上设置连接 V/I/v电压取样回路和I/i电流取样回路的接线端子,接线端子连接被测高压负载导线。
所述的I/i电流取样回路采用一只或多只贯穿式微电流输出传感器,输入端为单匝 或穿心式,输出端连接接口的电流接口上。
所述的V/I/v电压取样回路包括在高压负载导线和电压接口之间,设置由至少包括 一个具有标准/固定阻抗的一次阻抗、 一个具有标准/固定阻抗的二次阻抗和一个检流 器构成的高压电压传感器, 一次阻抗与检流器的一次侧输入端串联后,与被测高压负载 导线的两端连接,检流器的二次侧输出端与二次阻抗并联,检流器的二次侧输出端与电 压接口连接。
所述的I/i电流取样回路采用单相、三线三线、三相四线Y — y接法,包括电流互感器T1-T3,电流互感器T1-T3的一次侧的单匝绕组为高压负载导线,二次侧连接接口 的电流接口,以备用于电能计量单元。
所述的V/I/v电压取样回路采用单相、三线三线、三相四线Y—y接法,包括电流 互感器T4-T6、电阻R1-R6和电位器RP1-RP3,高压负载导线的A相与N相之间串联有 电阻Rl和电流互感器T4的一次侧输入端,电流互感器T4的二次侧输出端两端之间连 接电阻R4,电阻R4的一端通过电位器RP1连接电压接口。 B相和C相的连接方式相同。
除上述I/i电流取样回路和V/I/v电压取样回路,采用三相四线Y—y接法外,可 以适用于三相三线V—v接法、角-角和单相接法。
本发明组合式传感器的有益效果是:
1、 接口接上计量表以后,采用电流法测量高压电压,解决了电磁式互感器存在的 电磁谐振、高次谐波、操作过电压给安全运行造成威胁等诸多问题,完全满足计量、测 量、监控和保护的要求;本发明组合式传感器无铁磁谐振、抗冲击能力强。
2、 避免了采用分压式测量方法的普通电压传感器受对地分布电容的影响较大,在 不同拓扑结构的电力系统中测量误差偏差不一,不能很好地适应具有多种接线方案形式 的电力系统的问题;
3、 可以方便的实现单相、三相三线制或三相四线制系统之相对相的高压电压测量;
4、 既可以采用常规接线方式以满足零序保护装置的信号取样要求,又可以形成开 口三角接线方式,满足差动保护装置的信号取样要求;
5、 能适应电网自动化的需要,可提供同时满足计量、测量、监控或保护系统多种 需要的电压信号,使其测量简单化;
6、 其取样方式既节能、节省安装空间、节约制作材料、又可大幅度降低计量成本, 环保,便于计量、测量或保护装置的安装、使用和维护,对提高供电质量起到了关键作 用。
7、 安全运行系数高: 一次单匝过流饱和不烧,过电压时不会出现过流现象电压互 感器无磁饱和现象。
附图说明
图1是本发明的组合式传感器结构示意图;
图2是实施例1的I/i电流取样回路的三相四线Y —y接法电路原理图; 图3是实施例1的V/I/v电压取样回路的三相四线Y—y接法电路原理图; 图4是实施例2的I/i电流取样回路的三相三线V—v接法电路原理图;
5图5是实施例2的V/I/v电压取样回路的三相三线V—v接法电路原理图;
图1-3是本发明组合式传感器的最佳实施例。其中图1-5中:Tl-T3、 T7、 T8微电
流输出传感器 T4-T6、 T9、 T10检流器 Ul接口 Rl-R10电阻 RP1-RP5电位器。
具体实施方式
下面结合图1-5对本发明组合式传感器做进一步说明。 实施例1: 如图l所示:
在壳体内被测高压负载导线设置V/I/v电压取样回路和I/i电流取样回路,V/I/v 电压取样回路的输出端和I/i电流取样回路的输出端,分别连接在壳体的输出接口的电 流接口和电压接口上。
V/I/v电压取样回路的输出端和I/i电流取样回路的输出端分别连接设置在壳体的 出口处的接口的电流接口和电压接口上。
V/I/v电压取样回路从高压负载导线处取得电压信号与I/i电流取样回路从高压负 载导线处取得的电流信号,输出的信号为弱信号mV、 mA级,可以是摸拟信号或数字信 号,分别连接的接口为计量电能表输送信号。计量电能表采用原有计量模块。电能计量 单元把检测到的标准电流信号,标准电压信号,按照计量模块输入要求,直接处理成可 直接连接的信号,进行计量。高压负载导线和微电流输出传感器二次侧之间需要进行高 低压隔离处理,采集的电流、电压信号需要电磁屏蔽和防静电处理。
电流接口和电压接口可以根据需要做成一个接插件形式,也可以分别设置为两个不 同位置的接口。
如图2所示:
I/i电流取样回路:微电流输出传感器T1-T3的输入端为单匝绕组,输出端连接接 Cl Ul。
I/i电流取样回路的电流取样采用贯穿式电能表的工作原理,据需要将一只或多只 贯穿式微电流输出传感器(Tl-T3)制作成一次绕组为单匝或穿心式(需要时可以用复 匝)能承担被测电流及相应要求的一次绕组,通过高灵敏度宽负载特性好的铁芯在输出 二次提供适应微机式、测量、计量需要的mA级或iiA级标准微电流信号,微电流输出传 感器的磁芯跟据被测信号的特性选用适应的材料以保证小电流时灵敏度高,超出测量电 流范围时具有饱和特性,避免过电流时故障扩大,微电流输出传感器(Tl-T3)的二次形成等比于被测电流I的二次电流i,该电流经补偿满足计量精度要求后,输入到接口 Ul,以便于电能计量单元进行电能计量。
微电流输出传感器Tl-T3的连接为三相四线Y—y接法。I/i电流取样回路,可跟 据用途选择,也可以并联固定电阻,将输出电流变换成电压信号,这就可以大大降低转 换设备的安匝数。 一次侧与二次侧之间应跟据实用的电压等级进行高低压隔离处理,使 其能承受相应电压等级的工作电压、耐受电压和雷电冲击电压。为使其高电压下不受电 磁干扰的影响,满足电磁兼容的需要,应进行电磁屏蔽和防静电处理。该方法为普通现 有技术,不做祥述。
如图3所示:
V/I/v电压取样回路:A相:电阻R1与检流器T4的输入端串联后,与被测电压的 两端连接。检流器T4的二次侧输出端并联电阻R4,电阻R4的一端通过电位器RP1连 接接口U1。 B相和C相的连接方式相同,分别通过电位器RP2、 RP3连接接口U1。
检流器T4-T6的输出端与输入端之间经过高/低压隔离。高/低压隔离单元可以为光 电式、光纤式、电磁式、气体绝缘式、油绝缘式或固体绝缘式隔离装置。电阻R4-R6为 电阻性负载,也可以是电容性负载、电感性负载或其组合。检流器T4-T6还可以是光电 式电流传感器、光纤电流传感器、电磁式电流传感器、贯穿式微电流输出传感器。通过 补偿调节使被测电压V在80W、 100%、 12(m的范围内与二次电压v误差小于需要值,线 性度也要满足精度要求。该电压输入接口 Ul,作为高压电能计量的标准电压信号以便 于电能计量单元进行电能计量。
A相、B相和C相之间取样采用三相四线Y—y接法。
实施例2:
如图4所示:
I/i电流取样回路的三相三线V—v接法:微电流输出传感器T7和T8的一次侧为 高压负载导线A相和C相的单匝绕组,二次侧连接接口U1。
将三相高压负载导线,接入两相进行取样。方法原理与三相四线Y—y接法相同。 如图5所示:
V/I/v电压取样回路的三相三线V—v接法,三相交流高压电的任意两相进行取样。 A相和C相的检流器T9、 T10的一次侧设置公共端并且连接B相,二次侧输出端分别并 联电阻R9、 RIO,电阻R9、 R10的一端分别通过电位器RP4、 RP5连接接口U1。
7

Claims (6)

1、组合式传感器,包括壳体,其特征在于:在壳体内被测高压负载导线设置V/I/v电压取样回路和I/i电流取样回路,V/I/v电压取样回路的输出端和I/i电流取样回路的输出端,分别连接在壳体的输出接口的电流接口和电压接口上。
2、 根据权利要求1所述的组合式传感器,其特征在于:被测高压负载导线可以贯 穿壳体内的I/i电流取样回路,也可以在壳体上设置连接V/I/v电压取样回路和I/i 电流取样回路的接线端子,接线端子连接被测高压负载导线。
3、 根据权利要求1所述的组合式传感器,其特征在于:I/i电流取样回路采用一 只或多只贯穿式微电流输出传感器,输入端为单匝或穿心式,输出端连接接口的电流接 口上。
4、 根据权利要求1所述的组合传感器,其特征在于:V/I/v电压取样回路包括在 高压负载导线和电压接口之间,设置由至少包括一个具有标准/固定阻抗的一次阻抗、 一个具有标准/固定阻抗的二次阻抗和一个检流器构成的高压电压传感器, 一次阻抗与检流器的一次侧输入端串联后,与被测高压负载导线的两端连接,检流器的二次侧输出 端与二次阻抗并联,检流器的二次侧输出端与电压接口连接。
5、 根据权利要求1或3所述的组合式传感器,其特征在于:I/i电流取样回路釆 用单相、三线三线、三相四线Y—y接法,包括电流互感器Tl-T3,电流互感器T1-T3 的一次侧的单匝绕组为高压负载导线,二次侧连接接口的电流接口。
6、 根据权利要求1或4所述的组合式传感器,其特征在于:V/I/v电压取样回路 采用单相、三线三线、三相四线Y—y接法,包括电流互感器T4-T6、电阻Rl-R6和电 位器RP1-RP3,高压负载导线的A相与N相之间串联有电阻Rl和电流互感器T4的一次 侧输入端,电流互感器T4的二次侧输出端两端之间连接电阻R4,电阻R4的一端通过 电位器RP1连接电压接口。
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