CN102590574B - 基于感应供电的数字电流互感器及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于感应供电的数字电流互感器及其监测方法，该基于感应供电的数字电流互感器包括安装座、电路板、及塑料外壳，其还包括设于塑料外壳内的感应取电线圈、及检测线圈，该安装座上还设有通信接口，电路板上设有CPU、分别电性连接于CPU一端的整流电路、采样模块、及电性连接于CPU另一端的CAN收发器，塑料外壳为两配合安装的半圆环形壳体，所述感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置，该感应取电线圈与整流电路电性连接，检测线圈与采样模块电性连接，所述通信接口与CAN收发器电性连接。本发明由感应电流供电，无需外部供电，且直接输出数字信号无需采集控制器，提高测量精度的同时，能够极大的降低工程费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流互感器，尤其涉及一种基于感应式供电的一体化数字电流互感器及其对电缆进行监测的方法。
背景技术
互感器是按比例变换电压或电流的设备，其功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，以便实现测量仪表、保护设备、及自动控制设备的标准化、小型化。此外，互感器还可以用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。电流互感器是依据电磁感应原理进行电流转换的部件，广泛应用于电力系统中，起变流和电气隔离的作用。
目前使用的电流互感器一般为接线式或穿心式，其铁芯与外壳均为闭合式设置，铁芯为封闭的圆环形或方形。在安装时，必须将电缆拆开，也就是必须在断电后才能进行安装或拆除等作业，操作比较复杂，甚至会影响供电设备的正常运行，影响了人们的正常用电。
进一步的，现有一般的电流互感器，其只能做到检测电缆运行电流值，并直接输出交流模拟量信号的功能。这个交流模拟量信号的数据传输距离很近无法进行远距离传输，必须通过另设的采集控制器将模拟量信号转换为数字信号后才能进行远距离传输，设备成本较为昂贵。此外，由于模拟量信号在传输过程中会因为导线的长度不同产生不同程度的衰减，从而影响测量精度。同时，模拟量信号容易受到干扰，因此也会影响测量的真实性。
发明内容
本发明的一目的在于，提供一种基于感应供电的数字电流互感器，其由感应电流供电，无需外部供电，且直接输出数字信号无需采集控制器，能够极大的降低工程费用；
本发明的另一目的在于，提供一种基于感应供电的数字电流互感器的监测方法，其在监测电缆运行电流的同时，利用感应供电技术，并直接输出数字信号，提高了测量的精度，降低了工程难度和费用。
为实现上述目的，本发明提供一种基于感应供电的数字电流互感器，包括：安装座、设于安装座内的电路板、及设于安装座上的塑料外壳，其还包括设于塑料外壳内的感应取电线圈、及检测线圈，所述安装座上还设有通信接口，电路板上设有CPU、分别电性连接于CPU一端的整流电路、采样模块、及电性连接于CPU另一端的CAN收发器，塑料外壳为两配合安装的半圆环形壳体，所述感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置，该感应取电线圈与整流电路电性连接，检测线圈与采样模块电性连接，所述通信接口与CAN收发器电性连接。
其中，所述安装座上设有紧固螺丝，塑料外壳的两半圆环形壳体通过该紧固螺丝相互配合安装，形成一闭合圆环。
本发明的CPU与整流电路之间还电性连接一DC/DC转换器。
本发明中，所述CPU内包括一电源模块，该DC/DC转换器与该电源模块电性连接。
此外，所述CPU内还包括依次电性连接的模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器，采样模块与该模数变换器电性连接，电源模块分别与该模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器电性连接，CAN收发器与该CAN控制器电性连接。
选择性的，所述通信接口可以为采用Modbus协议的RS485通信接口。
本发明感应取电线圈及检测线圈的开合式铁芯均包括两个相对设置的开合式半圆环铁芯，该两个铁芯之间填充有绝缘塑料。
进一步的，本发明还提供一种基于感应供电的数字电流互感器的监测方法，其包括如下步骤：
将基于感应供电的数字电流互感器安装在待测电缆上面形成闭合的线圈，该基于感应供电的数字电流互感器内的感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置；
当待测电缆有电流通过时，检测线圈产生感应电流，该感应电流经过采样模块后输入到CPU；
感应取电线圈产生感应供电电流，该感应供电电流经过DC/DC转换器传输至CPU，为CPU工作提供电源；
CPU对该感应电流进行模数转换和分析运算后，经过CAN收发器直接输出数字信号，该数字信号通过通信接口传输给上位机检测设备。
其中，所述CPU内包括一电源模块，该DC/DC转换器与该电源模块电性连接；该CPU内还包括依次电性连接的模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器，采样模块与该模数变换器电性连接，电源模块分别与该模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器电性连接，CAN收发器一端与该CAN控制器电性连接，其另一端与通信接口电性连接。
本发明中，所述基于感应供电的数字电流互感器内包括有感应取电线圈、及检测线圈，该感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置，该感应取电线圈与整流电路电性连接，检测线圈与采样模块电性连接。
本发明的基于感应供电的数字电流互感器及其监测方法，其选用超低功耗元件，实现了由感应电流供电，无需外部供电，直接输出数字信号无需采集控制器，确保原始信号没有衰减和干扰，提高测量精度的同时，极大的降低了工程难度和费用。
附图说明
图1为本发明基于感应供电的数字电流互感器一种具体实施例的外部结构示意图；
图2为图1中基于感应供电的数字电流互感器一种具体实施例的半剖面结构示意图；
图3为本发明中塑料外壳的剖面结构示意图；
图4为本发明基于感应供电的数字电流互感器一种具体实施例的模块示意图；
图5为本发明基于感应供电的数字电流互感器的监测方法流程示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明提供一种基于感应供电的数字电流互感器，其包括：安装座10、设于安装座10内的电路板12、及设于安装座10上的塑料外壳14，其还包括设于塑料外壳内的感应取电线圈15、及检测线圈16，所述安装座10上还设有通信接口18，电路板12上设有CPU20、分别电性连接于CPU20一端的整流电路22、采样模块24、及电性连接于CPU20另一端的控制器局域网络(CAN：ControllerAreaNetwork)收发器26，塑料外壳14为两配合安装的半圆环形壳体，所述感应取电线圈15及检测线圈16均采用开合式铁芯设置，该感应取电线圈15与整流电路22电性连接，检测线圈16与采样模块24电性连接，所述通信接口18与CAN收发器26电性连接。
其中，所述安装座10上设有紧固螺丝19，塑料外壳14的两半圆环形壳体通过该紧固螺丝19相互配合安装，形成一闭合圆环。使用时，不需要剪断线缆即可将该基于感应供电的数字电流互感器通过两半圆环形壳体安装于电缆上面，使电流互感器形成一闭合的线圈，操作较为简单，极大的降低了施工难度，不会影响供电设备的正常运行。在本发明具体实施例中，所述安装座10上还设有指示灯102，该指示灯102可以对基于感应供电的数字电流互感器的工作状态进行显示。
本发明的CPU20与整流电路22之间还电性连接一DC/DC转换器21。在本发明具体实施例中，该DC/DC转换器21采用降压型DC/DC转换器。在具体工作中，该DC/DC转换器21可以将整流电路22传送过来的电流从48V降至3.3V，，为CPU20的正常工作提供电源。
作为本发明的一种具体实施例，所述CPU20内包括一电源模块202，该DC/DC转换器21与该电源模块202电性连接。此外，所述CPU20内还包括依次电性连接的模数变换器(ADC：AnalogtoDigitalConverter)204、运算分析模块206、及CAN控制器208，采样模块24与该模数变换器204电性连接，电源模块202分别与该模数变换器204、运算分析模块206、及CAN控制器208电性连接，CAN收发器26与该CAN控制器电性连接。其中，所述电源模块202为整个CPU20的正常工作提供电源供给；模数变换器204用于将接收到的模拟信号进行模数转换，运算分析模块206用于对经过模数转换后的信号进行运算分析，并将其传送给CAN控制器208，CAN控制器208通过CAN收发器26直接输出数字信号。作为本发明的优选实施例，该CAN收发器26可以采用高速CAN收发器，其具有较高的信号传输速率，信号传输更加安全可靠。
作为本发明的一种选择性实施例，所述通信接口18可以为采用Modbus协议的RS485通信接口，通过该RS485通信接口可将CAN收发器26发送的数字信号远程传输至上位机监测设备，可以实现长达1公里的信号传输而没有任何损失，确保测量的真实性。
此外，本发明感应取电线圈15及检测线圈16的开合式铁芯均包括两个相对设置的开合式半圆环铁芯，该两个铁芯之间填充有绝缘塑料17。其中，所述感应取电线圈15主要用于感应经过塑料外壳14内电缆的电流从而产生电能，进而为整个CPU20的正常运行提供电源，检测线圈16主要用于监测经过塑料外壳14内电缆的运行电流数据。在本发明其它实施例中，还可以在两个铁芯之间填充树脂胶、硅胶、或橡胶等绝缘材料，确保该基于感应供电的数字电流互感器的电敷设性能。
进一步的，本发明还提供一种基于感应供电的数字电流互感器的监测方法，如图5所示，其包括如下步骤：
步骤1，将基于感应供电的数字电流互感器安装在待测电缆上面形成闭合的线圈，该基于感应供电的数字电流互感器内的感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置。由于该开合式铁芯的设置，使用时不需要剪断线缆就可以将该基于感应供电的数字电流互感器安装在电缆上面，极大的降低了施工难度，也不会影响供电设备的正常运行。
步骤2，当待测电缆有电流通过时，检测线圈产生感应电流，该感应电流经过采样模块后输入到CPU。本发明的CPU内包括一电源模块，该DC/DC转换器与该电源模块电性连接。该CPU内还包括依次电性连接的模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器，采样模块与该模数变换器电性连接，电源模块分别与该模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器电性连接，CAN收发器一端与该CAN控制器电性连接，其另一端与通信接口电性连接。本发明中，所述基于感应供电的数字电流互感器内包括有感应取电线圈、及检测线圈，该感应取电线圈及检测线圈均均采用开合式铁芯设置。其中，感应取电线圈主要用于感应经过塑料外壳内电缆的电流从而产生电能，进而为整个CPU的正常运行提供电源；检测线圈主要用于监测经过塑料外壳内电缆的运行电流数据，该感应取电线圈与整流电路电性连接，检测线圈与采样模块电性连接。当电缆有电流通过时，检测线圈就会感应到电流，该检测线圈感应到的电流和实际通过电缆的电流之间有个比值对应关系，例如通过电缆的电流为100A，则检测线圈感应输出的电流值为100mA。检测线圈感应到的电流值经过采样模块后直接输入到CPU中。
步骤3，感应取电线圈产生感应供电电流，该感应供电电流经过DC/DC转换器传输至CPU，为CPU工作提供电源。本发明中，当电缆有电流通过时，感应取电线圈会产生感应供电电流，该感应供电电流通过整流电路进行整流后，再经过DC/DC转换器进行转换，然后传送至CPU的电源模块内，为整个CPU的正常运行提供工作电源。在本发明具体实施例中，经过整流后的感应供电电流，经过DC/DC转换器由48V电压转换为3.3V的低压，然后传输给CPU进行供电。本发明采用超低功耗的CPU，其通过感应电流供电，无需外部电源供电，具有节能减耗的优点，可极大的降低工程费用。
步骤4，CPU对该感应电流进行模数转换和分析运算后，经过CAN收发器直接输出数字信号，该数字信号通过通信接口传输给上位机检测设备。当CPU接收到感应供电电流提供的工作电源后启动工作，该CPU将采样模块传输的感应电流进行模数转换和分析运算后，经过CAN收发器直接输出数字信号。在本发明具体实施例中，CAN收发器可以采用信号传输速率较高的高速CAN收发器，通信接口可以为采用Modbus协议的RS485通信接口。高速CAN收发器输出的数字信号通过该RS485通信接口远程传输给上位机检测设备进行分析处理，既能实现对待测电缆的监测分析，且解决了传统电流互感器的模拟信号传输距离的限制，具有较高的测量精度，减少了施工放线的数量，极大的降低了工程难度及费用。
综上所述，本发明的基于感应供电的数字电流互感器及其监测方法，其选用超低功耗元件，实现了由感应电流供电，无需外部供电，直接输出数字信号无需采集控制器，确保原始信号没有衰减和干扰，提高测量精度的同时，极大的降低了工程难度和费用。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于感应供电的数字电流互感器，包括安装座、设于安装座内的电路板、及设于安装座上的塑料外壳，其特征在于，还包括设于塑料外壳内的感应取电线圈、及检测线圈，所述安装座上还设有通信接口，电路板上设有CPU、分别电性连接于CPU一端的整流电路、采样模块、及电性连接于CPU另一端的CAN收发器，所述CPU与整流电路之间还电性连接一DC/DC转换器，所述CPU内包括一电源模块，该DC/DC转换器与该电源模块电性连接，该CPU内还包括依次电性连接的模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器，采样模块与该模数变换器电性连接，电源模块分别与该模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器电性连接，CAN收发器与该CAN控制器电性连接，塑料外壳为两配合安装的半圆环形壳体，所述感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置，该感应取电线圈与整流电路电性连接，检测线圈与采样模块电性连接，所述通信接口与CAN收发器电性连接。
2.如权利要求1所述的基于感应供电的数字电流互感器，其特征在于，所述安装座上设有紧固螺丝，塑料外壳的两半圆环形壳体通过该紧固螺丝相互配合安装，形成一闭合圆环。
3.如权利要求1所述的基于感应供电的数字电流互感器，其特征在于，所述通信接口为采用Modbus协议的RS485通信接口。
4.如权利要求1所述的基于感应供电的数字电流互感器，其特征在于，所述感应取电线圈及检测线圈的开合式铁芯均包括两个相对设置的开合式半圆环铁芯，该两个铁芯之间填充有绝缘塑料。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于感应供电的数字电流互感器的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
将基于感应供电的数字电流互感器安装在待测电缆上面形成闭合的线圈，该基于感应供电的数字电流互感器内的感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置；
当待测电缆有电流通过时，检测线圈产生感应电流，该感应电流经过采样模块后输入到CPU；
感应取电线圈产生感应供电电流，该感应供电电流经过DC/DC转换器传输至CPU，为CPU工作提供电源；
CPU对该感应电流进行模数转换和分析运算后，经过CAN收发器直接输出数字信号，该数字信号通过通信接口传输给上位机检测设备。
6.如权利要求5所述的基于感应供电的数字电流互感器的监测方法，其特征在于，所述CPU内包括一电源模块，该DC/DC转换器与该电源模块电性连接；该CPU内还包括依次电性连接的模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器，采样模块与该模数变换器电性连接，电源模块分别与该模数变换器、运算分析模块、及CAN控制器电性连接，CAN收发器一端与该CAN控制器电性连接，其另一端与通信接口电性连接。
7.如权利要求6所述的基于感应供电的数字电流互感器的监测方法，其特征在于，所述基于感应供电的数字电流互感器内包括有感应取电线圈、及检测线圈，该感应取电线圈及检测线圈均采用开合式铁芯设置，该感应取电线圈与整流电路电性连接，检测线圈与采样模块电性连接。
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