CN102066954B - 组合电测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量电导体的电流和/或电压的组合测量装置(100)，其包括：支撑体(101)、容置在支撑体(101)内的电流传感器(5)和至少部分地位于支撑体内的电压传感器。围绕电流传感器(5)放置有屏蔽件(11)。电流传感器(5)和电压传感器相互设置为使得屏蔽件(11)至少部分地屏蔽电流传感器(5)和电压传感器不受外部的电场干扰。

Description

组合电测量装置

技术领域

本发明涉及用于测量电导体的电流和/或电压的组合测量装置。

背景技术

在电气应用的领域中，使用测量装置用于测量电导体的电流和/或电压是众所周知的。这种装置的典型的例子通过所谓的仪表变压器例如电流或电压变压器来代表。

由于这是许多技术领域中的许多应用的共同规则，这些测量装置也被要求以非常有效地工作的方法、并根据尽可能地具经济上的竞争力的、可靠的和简化的建设性方案来执行它们的基本任务。在实践应用中，这些装置需满足的一些重要要求是例如具有优良的电场分布、适当的安全性、具有足够精确度水平的输出信号，特别是在从测量装置出来的输出信号具有低的功率电平并且因此对任何种类的干扰更加敏感的情况下。

为此目的，目前在市场上有许多方案，提供具有不同特征和结构的测量装置。电压测量装置的例子是电容性或电阻性分压器。电流测量装置的例子是可以根据不同的布局来制造的所谓的罗戈夫斯基(Rogowski)线圈。罗戈夫斯基线圈的一种通常使用的类型是具有围绕由非磁性材料制造的刚性环形芯缠绕的单层线的罗戈夫斯基线圈。罗戈夫斯基线圈的其它方案使用柔性的芯，例如，线圈缠绕在同轴线缆上。而其它方案预见了使用形成闭环或开环的线性线圈的链。在这个情况下，需要具有由固体材料制作的支撑结构，这样可以支撑线圈并保持它们在确切的位置。

目前，也提供一些组合电仪表变压器，该组合电仪表变压器通常有一种罗戈夫斯基线圈和用于电压测量的电阻性或电容性分压器。

即使现有方案提供满意的结果，仍然有进一步改进的必要和余地。

发明内容

因此，本发明的目的是提供测量装置，特别是相对于已知的现有技术装置提供一些改进的、用于测量电导体的电流和/或电压的组合测量装置。

通过用于测量电导体的电流和/或电压的组合测量装置来实现这个目的，其特征在于，其包括：

-支撑体；

-容置在所述支撑体内的电流传感器；

-至少部分地位于所述支撑体内的电压传感器；

-围绕所述电流传感器放置的屏蔽件，其中，所述电流传感器和所述电压传感器相互设置为使得所述屏蔽件至少部分地屏蔽所述电压传感器的至少一部分和所述电流传感器二者不受外部的电干扰。这个目的也通过如在所附权利要求中限定的包括组合测量装置的电开关装置和电路来实现。

附图说明

从根据本发明的、在附图中仅以非限制性的示例的方法示出的组合测量装置的优选但不是专有实施例的说明中，本发明的进一步特征和优点将变得明显，其中：

图1是示出根据本发明的组合测量装置的透视图；

图2示出罗戈夫斯基线圈的可能的建设性的实施例；

图3是示出与在图1装置中使用的电容性分压器相结合的被屏蔽的罗戈夫斯基线圈的可能结构的透视图；

图4是图3的分解图；

图5是示出用在根据本发明的测量装置中的被屏蔽的罗戈夫斯基线圈的部分横截面的示意图；

图6是示意性地示出与图3的电容性分压器相结合的被屏蔽的罗戈夫斯基线圈的结构的部分横截面；

图7示意性地示出设置有附加的磁屏蔽的图5中的被屏蔽的罗戈夫斯基线圈；

图8总体上描述了表示可用在根据本发明的电压测量装置中的阻抗分压器的结构的基本电路；

图9示意性示出由电流传感器的屏蔽件所屏蔽的电阻性分压器的可能结构的可替代性的实施例；

图10是示出根据本发明的组合测量装置的可替代实施例的透视图；

图11示出从不同角度看到的图1的组合测量装置。

具体实施方式

图1示出根据本发明的、由附图标记100总体上指出的组合测量装置的可能实施例。在示出的实施例中，装置100包括支撑体101，该支撑体101具有通口102，该通口允许其电流和电压需被测量的导体(未示出)穿过。例如，支撑体101可以完全由一单个绝缘材料制造或具有由一些绝缘材料制造的壳体或外壳，并且优选地用不同绝缘材料填充壳体。例如，可以使用通常可获得的热固性材料或热塑性材料。

测量装置100还包括：容置在支撑体101内的电流传感器5、至少部分地位于支撑体101本身内的电压传感器和围绕电流传感器5放置并连接到地电位的屏蔽件11。

有利地是，电流传感器5和电压传感器相互设置为使得屏蔽件11至少部分地屏蔽电压传感器的至少一部分和电流传感器5不受外部电场的干扰。

优选地，屏蔽件11包括：围绕电流传感器5缠绕的至少一层导电带或半导电带，例如NTS117，04ESR22AA或SEM131800。

有利地是，在根据本发明的测量装置中，电压传感器至少部分地位于电流传感器5内。

根据特别优选的实施例，用在装置100中的电流传感器5包括具有围绕罗戈夫斯基线圈缠绕的至少一层半导电带11的罗戈夫斯基线圈5，电压传感器包括电容性分压器。

或者，电流传感器5可以包括低功率电流变压器或电感性的电流变压器，而电压传感器可以借助于电阻分压器或电阻分压器和电容分压器的组合来实现。

典型的可能的罗戈夫斯基线圈结构在图1和5中示出，其中绕线10连接到放置在线圈平均直径的位置处的回线2。

也有可能使用电流传感器5的更多的绕线层。在使用奇数个绕线层的情况下，需要至回线2的连接。如果使用偶数个绕线层(每个第二层沿相反方向缠绕)，就没有必要使用回线2。

绕线10缠绕在由非磁性材料制作的、构成这个绕线10的支撑物的刚性芯3上。清楚地，其它罗戈夫斯基线圈5的可替代性实施例可以是同样适用的；例如，可以使用由几个串联线性线圈、柔性芯、空气芯等组成的分段线性结构。

在绕线10的顶部，可以有将绕线10与屏蔽件11分隔开的绝缘层，但是通过使用绝缘的导线或使用一侧绝缘屏蔽层可以不用这个绝缘层。

电容性分压器可以以几种不同方式实现。图8示出这种分压器的电路图说明，该分压器包括：初级阻抗Z₁、次级阻抗Z₂、由电容C_c表示的次级电容器和/或线缆。初级电压(U_p)连接到初级阻抗Z₁，并且在这个传感器的输出端测量次级电压(U_s)。

如果电阻性的分压器用作电压传感器，初级(R₁)阻抗和次级(R₂)阻抗的电阻部分起到主要作用，但是总有一些影响这种分压器性能的寄生电容(C₁，C₂)。电阻性分压器和电容性分压器可能的组合产生利用它们两者的优点的分压器，以便达到更好的性能。在这种情况下，初级阻抗可以由电容(C₁)组成并且次级阻抗可以由(R₂)组成。

图3和4示出用于根据本发明的装置100的电容性分压器的可能的优选结构。在示出的实施例中，电容性分压器包括初级电极6和电容性电极7，其中初级电极6由设置在罗戈夫斯基线圈5中也就是芯3中的电传导环构成，电容性电极7也是由例如位于罗戈夫斯基线圈5的芯3中并且围绕初级电极6的电传导环构成。

有利地是，电容性电极7具有比被屏蔽的罗戈夫斯基线圈的宽度X，即围绕罗戈夫斯基线圈放置的屏蔽件11的宽度X小的宽度Y。如在图4和6中示出的那样，这个宽度X和Y分别是沿着基本上垂直于被屏蔽的电流传感器的正面/背面的基准轴线20测量的、围绕罗戈夫斯基线圈设置的组件罗戈夫斯基线圈屏蔽件11和电容性电极7的侧面长度。

以这样的方法，屏蔽件11以有效且高效的方式不仅屏蔽电流传感器而且屏蔽电压传感器，特别至少是屏蔽电容性电极7不受电场干扰。

初级电极6通过适合的方法专用于直接地或间接地电连接到其电流和电压必须被测量的导体上。在示出的实施例中，所述连接装置由接触弹簧8表示，该接触弹簧8借助于螺丝钉9固定在初级电极6上。以这种方式，初级电极6可以通过连接有接触弹簧8的螺纹插入件连接，以将电压信号从初级导体安全地带到初级电极6本身。或者，取决于应用，连接方法可以被不同地实现。例如，如果初级电极6可以直接连接到待测量的导体，可以使用简单的电线。

优选地，通常初级电极6被构造为在边上形成圆形(见图6)，以便在支撑体101的内部或外部产生恰当的电场分布。特别地，初级电极6的侧边优选地成半径R大于1mm的圆形，以便降低电场的强度。

因此，在初级电极6与电容性电极7之间产生了电容性分压器的初级电容C₁。在电容性电极7与电流传感器5的屏蔽件11也就是地电位之间产生了次级电容C₂。

如果电容C₂的值不足以产生分压器的理想的比例，可以将一个或多个固定电容器C_c并联加到次级电容C₂。附加的固定电容器可以放置在铸造后的支撑体101中的空腔103(见图11)中，或者这些附加的固定电容器可以被直接铸造在支撑体101本身内。或者，附加的固定电容器也可以位于支撑体101外。

附加的电容C_c也可以由其它方法产生。

对于电容性分压器的正确的操作，电容性电极7必须与屏蔽件11分隔或绝缘以便产生电容C₂。

如以上提到的那样，在可替代性的实施例中，电压传感器可以包括电阻性分压器。在这种情况下，电阻性分压器包括多个电阻13，该多个电阻13中的至少一些放置在罗戈夫斯基线圈5内。特别地，电阻13优选地放置在屏蔽件11下方，尽可能多地隐藏在屏蔽件11本身的下方，即它们的横向伸展被包括在屏蔽罗戈夫斯基线圈5的横向伸展(宽度X)之内。

最后，如果需要，为了屏蔽磁干扰，测量装置100也包括由磁性材料制造的、附加的屏蔽件12。如在图7中示出的那样，附加的屏蔽件12优选地围绕仅仅在罗戈夫斯基线圈5的外周的屏蔽件11放置，以便保持由正被测量的载流导体产生的需要的磁场。这种屏蔽件12也可以被放置在罗戈夫斯基线圈5的侧面，而不完全沿着线圈的内周。

在图10示意性地示出的可替代性的实施例中，初级导体60直接被铸造，即它是支撑体101的一部分且没有开口102。在这种情况下，初级导体60功能上取代初级电极6，而装置的剩余部分仍然与先前描述一样。因此，初级电容C₁在初级导体60与电容性电极7之间形成，并且初级导体60也形成电流和/或电压需被测量的电导体。

可以设置孔61，用于通过合适的装置，例如连接弹簧等，电连接到外部导体。

根据本发明的组合测量装置100特别适合在包括电流和/或电压必须被测量的导体的开关装置以及电路中使用，其中开关装置例如中压开关板、电路断路器等。因此本发明另外的目的涉及包括如先前描述和要求的组合测量装置100的电开关装置和电路。

已经发现根据本发明的组合测量装置100完全实现了预期的目的，并相对于已知的方案提供一了些优点和改进。事实上，如以上描述的那样，由于各种装置的所述布局和相互设置，特别是位于屏蔽电流传感器内的电压传感器的所述布局和相互设置，装置100允许具有独特的屏蔽件11，该屏蔽件11同时屏蔽电流传感器5和电压传感器的至少部分不受电场干扰，无需附加的屏蔽。而且，装置100以具有简化的设计、允许便宜地和容易地制造和装配的整个结构为特征。

因此，如此构思的电流测量装置100能够修改和变化，所有的修改和变化是在如在权利要求和以上说明中限制的发明原理的范围内；例如，初级电极6和电容性电极7可以根据应用被不同地形成。所有细节可以进一步由技术上等效的元件代替。在实践中，使用的材料和尺寸根据需要和本领域的状态可以是任意的，只要它们与特定用途兼容并允许实现预期的结果。

Claims (13)

1.一种用于测量电导体的电流和/或电压的组合测量装置(100)，包括：

-绝缘支撑体(101)，所述绝缘支撑体(101)具有通口(102)，所述通口(102)允许所述电导体穿过；

-容置在所述绝缘支撑体(101)内的电流传感器(5)；

-至少部分地位于所述绝缘支撑体(101)内的电压传感器；

-其特征在于所述电压传感器至少部分地位于所述电流传感器(5)内，并且所述组合测量装置还包括围绕所述电流传感器(5)放置的屏蔽件(11)，其中，所述电流传感器(5)和所述电压传感器相互设置为使得所述屏蔽件(11)屏蔽所述电压传感器的至少一部分和所述电流传感器(5)二者不受外部电干扰，并且其中，所述屏蔽件(11)包括：围绕所述电流传感器(5)缠绕的至少一层导电带或半导电带。

2.根据权利要求1所述的组合测量装置(100)，其特征在于，所述电流传感器(5)包括罗戈夫斯基线圈(5)，所述至少一层导电带或半导电带绕所述罗戈夫斯基线圈缠绕。

3.根据权利要求2所述的组合测量装置(100)，其特征在于，所述电压传感器包括电容性分压器。

4.根据权利要求3所述的组合测量装置(100)，其特征在于，所述电容性分压器具有包括初级电极(6)的初级电容(C₁)，所述初级电极放置在所述罗戈夫斯基线圈内并且适合于电连接到所述电导体。

5.根据权利要求4所述的组合测量装置(100)，其特征在于，所述初级电容(C₁)包括：位于所述罗戈夫斯基线圈内、围绕所述初级电极(6)的电容性电极(7)。

6.根据权利要求3所述的组合测量装置(100)，其特征在于，所述电容性分压器具有由初级电导体和电容性电极(7)形成的初级电容(C₁)，其中所述初级电导体位于所述罗戈夫斯基线圈内并被直接铸造在所述支撑体(101)上，所述电容性电极(7)围绕所述初级电导体、位于所述罗戈夫斯基线圈内。

7.根据权利要求5所述的组合测量装置(100)，其特征在于，所述电容性电极(7)具有比所述屏蔽件(11)的宽度小的宽度。

8.根据权利要求7所述的组合测量装置，其特征在于，所述电容性分压器具有包括所述电容性电极(7)和所述屏蔽件(11)的次级电容(C₂)。

9.根据权利要求8所述的组合测量装置，其特征在于，所述电容性分压器还包括：并联连接到所述次级电容(C₂)的一个或多个固定电容器(C_C)。

10.根据权利要求2所述的组合测量装置，其特征在于，所述电压传感器包括电阻性分压器，所述电阻性分压器包括多个电阻器，其中所述多个所述电阻器中的至少一些放置在所述罗戈夫斯基线圈内、所述屏蔽件(11)的下面。

11.根据权利要求2所述的组合测量装置(100)，其特征在于，其包括：用于屏蔽磁性干扰的附加的屏蔽件(12)，所述附加的屏蔽件(12)围绕在所述罗戈夫斯基线圈的外周的所述屏蔽件(11)放置。

12.电开关装置，其特征在于，其包括：根据权利要求1所述的组合测量装置(100)。

13.一种包括电流和/或电压需被测量的导体的电路，其特征在于，其包括：根据权利要求1-11中的任一项所述的组合测量装置(100)。

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