CN102735897A - 用于测量电流的设备和组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量电流的装置(12)和组件。该装置包括用于固定Rogowski线圈(19)的装置，该线圈能够转矩绕电缆接合的打开位置和环绕电缆的闭合位置。该装置包括致动装置，该致动装置将所述线圈从一个位置移动到另一个位置。所述测量组件(10)包括至少一个这种测量装置(12)和从所述测量装置的线圈(19)接收数据的测量和/或测量结构的传输电子器件。

Description

用于测量电流的设备和组件
技术领域
本发明涉及测量电缆中流动的电流的领域。
本发明的目的更尤其是提供一种用于测量在电缆中流动的电流的设备，包括用于确保柔性Rogowski线圈能够占据打开位置和闭合位置的装置，在该打开位置该线圈能够绕电缆接合，而在闭合位置，该线圈设计成环绕该电缆。
本发明还涉及用于测量这个电流的组件，其包括至少一个测量设备，并且涉及包括至少一个这种测量传感器的用于测量功率和能量的装置。
背景技术
存在多种用于测量电缆中流动的电流的测量传感器，该测量传感器可以配合在电缆的周围，而不需要中断电力配送或者在电气设备上执行任何操作。这种传感器作为电流互感器，利用电流在电缆中流动所产生的磁场。更精确地说，实际上，电缆构成互感器的初级，虽然它没有正确配备初级绕组：初级的螺旋是通过电缆穿过所构成的，在该电缆中流动着要在互感器次级中测量的电流。
互感器次级对于它来说可以由多种方式形成。第一种方案在于将磁路缠绕在电缆上，并且若干圈的线圈围绕磁路缠绕。磁路可以制成单个部件，但是这就需要断开电缆，以将互感器次级接合在电缆上，然后电缆必须再次连接。这些任务是繁琐的并且不是非常可靠。
如在文件US-A-4048605中所描述的，另一种结构在于提供磁路，该磁路为铰接的两个部件，以便在电缆配合在磁路内侧时彼此远离，并且然后彼此再次闭合，以便在工作位置，磁路完好闭合。这种结构通常用在钳式安培计的领域。
但是，这种类型的结构存在主要缺点，即：作为两个刚性部件的磁路的打开需要复杂的机械装置，并且两个开口区域对外源或内源的磁场非常敏感，并因此使得初级电流的测量出现误差。此外，组件的刚性和尺寸阻止了对一些测量场合的特定接近性。对于更大直径的磁路来说，尤其是根据电缆的直径，结构的重量也构成缺点。
通过形成测量传感器的一部分的测量部件形成电流互感器的次级的第二方案在于利用Rogowski线圈。以公知的方式，后者由螺旋线绕组构成，该绕组的一端经由绕组的中心返回到另一端，使得两个端子处于绕组的相同端。以这种方式形成的线圈围绕电缆定位。绕组中感应的电压例如与电缆中电流的变化率(导数)成比例。Rogowski线圈通常以高输入阻抗连接到电气(或电子)集成电路，以便提供与电路成比例的输出信号。
文件US-B2-7253603描述了一种实现刚性Rogowski线圈的方案。线圈恒定地采用在电缆方向上不是平的而是螺旋的形状，使得线圈的两端不重合，相反偏离，以限定一个足够的空间，使得电缆能够接合在这个螺旋线圈内。
文件EP-A1-0999565和US-A1-3343052对他们而言描述了能够利用柔性的和开口的Rogowski线圈的方案，该线圈通过线圈的变型易于在闭合位置和打开位置之间变化，在所述打开位置，该线圈围绕其中流动要被测量的电流的电缆，而在打开位置，是电缆能够接合在线圈内侧。将线圈固定在闭合位置是通过闭合机构，例如通过高速卡扣紧固，如凸/凹型接合装置来执行的。但是，这种闭合机构的存在需要在其自由端的位置处直接在线圈上的手动操作，以固定或释放闭合机构，以便通过手动操纵至少一个自由端在其闭合位置和打开位置之间手动变形线圈。这些在闭合机构上的手动作用和线圈的所述至少一个自由端的手动操纵是精密的、苛刻的并且实际上不易于完成，尤其在对测量有限接近性的情况下。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种用于测量在电缆中流动的电流的设备来减轻这些缺陷，根据本发明的装置使得测量更容易执行。
根据本发明，在用于测量电缆中流动的电流的设备中，包括确定柔性Rogowski线圈能够占据打开位置和闭合位置的装置，在打开位置，使得该线圈能够绕电缆接合，而在闭合位置，该线圈被设计成环绕电缆，所述设备包括致动装置，该致动装置被设计成使得所述线圈从一个位置移动到另一个位置。
有利地是，所述致动装置包括两个铰接爪，线圈固定在该铰接爪上，该铰接爪能够占据分离位置和接触位置，以将线圈分别定位在打开位置和闭合位置。
线圈优选地配合在固定安装于铰接爪上的支撑件上。该支撑件优选地由固定到爪上的柔性护套(trunking)形成。
复位弹簧有利地将爪偏压向它们的接触位置，以确保线圈至少部分自动闭合。
爪优选地配备有间隔元件，该间隔元件被构造成使得在发生电缆接合时将电缆在所述间隔元件上沿着线圈的内侧的方向施加的力转变成爪的分离运动。间隔元件优选地各自包括斜面，该斜面相对于电缆朝向线圈内部的接合运动的期望方向倾斜。
在特定实施方式中，该设备包括在致动装置指令线圈的闭合位置时围绕电缆闭合的磁路以及围绕磁路的线圈，以给测量结果的测量和/或传送电子器件供电。
至少一个爪优选地支撑磁路和线圈的至少一部分，所述磁路在所述固定装置处于闭合位置时是闭合的。
在优选实施方式中，该设备包括定心装置，以将确定装置和所述线圈围绕电缆定心，所述定心装置为柔性杆形式。
线圈优选地形成在实现线性缠绕(winding)的结构上。
爪优选地各自枢转配合在电枢上，该电枢能够连接到操作杆，该操作杆相对于电枢的平动运动将指令每个爪相对于电枢的枢转运动。
优选的是，当线圈处于闭合位置时，存在特定距离的非缠绕区域和在所述线圈的每个开口端的附加绕组(overwinding)。
根据本发明的测量组件包括至少一个如上所述的测量装置。有利地是，所述组件包括从测量设备的线圈接收数据的测量结果的测量和/或传输电子器件。
本发明还涉及包括至少一个这种类型的测量装置的测量传感器，以及包括至少一个上述测量传感器的功率和能量测量装置。
附图说明
从下面出于非限制性示例目的给出并在附图中示出的本发明的特定实施方式的描述中，可以更清楚地理解到其他优点和特征，图中：
图1是根据本发明的测量传感器的第一实施方式的测量装置的前透视图；
图2是根据本发明的测量传感器的第二实施方式的测量装置的前透视图，其中Rogowski线圈被拆下；
图3示出图1的装置的后部透视图；
图4表示在操作杆被操纵之后，Rogowski线圈处于至少部分打开构型的图2的装置；
图5示出操作杆的实施例；
图6表示在指令线圈的打开位置的构型下图2的装置的前视图；
图7表示图1中的装置的替代实施方式的透视图，其中在电缆接合在线圈内侧之前，线圈处于闭合位置；
图8是用于第二实施方式的绕组的结构的透视图；
图9示出根据第一和第二实施方式的传感器的可能完整布置方式；
图10表示在具有多根电缆的电气设备上图9的结构的有可能的组件，在所述电缆中流动电流；
图11表示爪的闭合位置；以及
图12示出传感器在其闭合位置的开口区域的详细视图。
具体实施方式
参照图9，根据本发明的测量传感器10的有可能的完整结构包括壳体11，测量结果的测量和/或传输电子器件容纳在壳体内。该电子器件从至少一个适当的测量设备12(在图9的实施例中数量为三个)经过至少一个连接件13接收数据，这个数据与要被测量的电流的值相关。
图1和2示出用在分别根据第一和第二实施方式的测量传感器10的结构中的这种测量设备12。在图2所示的第二实施方式中，测量设备12执行测量结果的测量和/或传输的电子器件的电源供给，而在图1所示的根据第一实施方式的测量设备12中不是这样的。图1中可见的测量设备12实际上具有仅将与要被设备12测量的电流值相关的数据发送到这些电子器件的唯一功能(sole vocation)。
参照图10，图9的结构被设计成配合在具有多根电缆14的电气设备上，在所述电缆中流动要被测量的电流。在图10中，三个根据第一实施方式的测量传感器10配合在电气设备上，使得三个传感器10的三个测量设备12中的每一个与电气设备的其中一根电缆14相关联，以便单独测量与相应测量设备12相关联的电缆12中流动的电流值。在图10中，每个传感器10的测量和/或测量结果的传输电子器件借助于连接到数据集中配电盒(enclosure)16的主通信总线15接收外部电源。每个配电盒16容纳传感器10的电子器件并且设置有至少一个用于与主总线15相连接的连接器17或执行传感器10之间的通信和供电的传感器间总线18。在用于图10中的测量传感器10对应于第二实施方式的情况下，元件15至18可以有利地被消除。
被设计成对在至少一根电缆14中流动的电流进行测量的根据本发明的一个特征的测量装置12在其每个测量设备12的位置处包括Rogowski线圈19，尤其是如图1和2所示。由此，设备12包括至少一个柔性Rogowski线圈19，该线圈能够占据使其能够绕电缆14接合的打开位置以及环绕电缆14的闭合位置。线圈19绕电缆14接合对应于配合测量传感器10的测量装置12，并且导致电缆14接合在线圈19内侧。线圈由在弯曲成大致线圈形状的柔性管的一个或多个层上缠绕的一根或多根导线的绕组，例如螺旋绕组来构成。导线的缠绕被执行以使得线圈的两个终端位于线圈19的两个自由端的其中之一上，该两个自由端的其中之一能够在形成两个端部的管的不连续性的位置处打开。具体地说，线圈19的自由端例如在线圈19的闭合位置接触，并且在线圈19的打开位置彼此分离足够距离，以使得电缆14进入线圈19中。在闭合位置，通过导线缠绕而如此形成的线圈围绕电缆14定位。在线圈19的每个自由端处可以提供若干圈附加绕组，以补偿在闭合位置存在的气隙。由于上面描述的致动装置，这个气隙在闭合位置有利地保持恒定。
实际上，根据基本特征，测量设备12(无论是根据图1的第一实施方式还是根据图2的第二实施方式)包括致动装置，例如机械类型的致动装置，其被构造成能够将线圈19从一个位置移动到另一个位置，而传感器10的用户不必用他的手抓住并操纵线圈19。相反，致动装置可以有利地借助于操作杆20远程控制，例如如图5所示。
致动装置可以包括两个弯曲形状的铰接爪21，线圈19固定于该爪上，并且该铰接爪能够占据分别使线圈处于打开和闭合位置的分离或接触位置。爪21布置在与线圈19的平面平行的平面内。爪21在它们在分离和接触位置之间变化时它们的运动平面相对于线圈19在其打开和闭合位置之间的变形平面沿着与这些平面垂直的方向偏移。爪21的曲率包括在爪的运动平面内，并被构造成爪21的凹陷表面在这个平面内彼此相对。图6示出图2的测量装置12，该测量装置处于爪21采取它们的分离位置的情况下。爪21的特定形状，例如椭圆形可以被优化，以使得在分离位置处爪21的自由端的分离距离能够最大，同时，减少爪21的总的空间占据。在爪21的接触位置，爪21的自由端例如彼此形成接触。
出于举例的目的，如图4所示，爪21彼此枢转配合在电枢22上，该电枢22能够连接到操纵杆20上，操作杆相对于电枢22的平动运动指令每个爪21相对于电枢22的枢转运动。为了精确控制爪21的角运动，操作杆20的头部24例如通过螺旋连接配合到电枢22上，该螺旋连接将通过用户在操作杆20上的与头部24相对的端部上施加的旋紧而产生的旋转运动转变成头部24的平动运动。杆20的旋紧和旋松例如指令爪21分别向他们的分离或接触位置运动。在这个平动过程中，头部24移动，且枢转轴23为相同运动。为了将枢转轴23的笔直平动转变成爪21的枢转运动，爪21配备有销25，该销25滑动配合在电枢22内布置的相关的孔26内。两个孔26基本上相对于枢转轴23的平动方向垂直地延伸。销25通过弹簧27彼此连接，该弹簧27趋于将它们朝向彼此偏压。
线圈19在爪21上的有可能组装方式包括将线圈19配合在支撑件28上，该支撑件28能够固定到爪21上。支撑件28例如通过固定装置固定到爪21上的柔性护套，该固定装置使其能够采取与线圈19的期望形状相对应的形状，它形成线圈19的外壳。这种固定装置能够包括高速卡扣紧固件35(例如通过凸/凹类型的接合件)，其设置在护套的每个自由端上，用于固定到相应爪21上。作为补充，可以将护套基本在其长度的中间固定在电枢上、在滑动件29的位置处。
如图3所示，复位弹簧27将爪21偏压到它们的接触位置，以确保线圈19至少部分闭合到其闭合位置，作为对用户在操作杆20上所做的任何动作的补充。图3还是出对中弹簧30，其包括柔性杆。弹簧30以夹子或琴弦的形式实现，使得传感器能够在电缆上保持就位，并且能够对中在线圈和/或磁路的中心。这个弹簧30的形式使其能够自动适应不同的电缆直径，例如在15到29mm之间。
在图7所示的非限制性替代实施方式中，每个爪21配备有例如分离元件31，该分离元件31为突出部形式，布置在爪21的主体的延伸部上。分离元件31被布置成在发生电缆14接合时将电缆14沿着线圈19内侧方向在所述分离元件31上施加的力转变成爪21的分离运动。例如，分离元件31各自包括斜面，该斜面相对于电缆14朝向线圈19内侧的接合运动的预期方向倾斜。
在图2的实施方式中，不同于图1，传感器的测量设备12包括在致动装置指令线圈19的闭合位置时绕电缆14闭合的磁路，还包括围绕磁路的线圈，以给配备传感器的测量和/或测量结果的传输电子器件供电。为此目的，参照图2，至少一个爪21可以支撑磁路和绕组32的至少一部分。磁路可以通过叠置片金属板33的组件而形成。例如，一叠金属板33可以构成每个爪21的主体，而两个绕组32可以布置成每个在至少长度的一部分上围绕其中一个叠置的金属板33。在爪21的接触位置，后者的自由端彼此接触，以保证磁路的闭合，并且如前面所描述的，保证恒定的气隙。由于弹簧27的有利地存在，在它们于枢转轴23位置处绞合的端部的位置处获得同样的结果。此外，可以将金属板的横截面设置成通过他们的端部向彼此运动而增加，以减小气隙。
图11示出形成磁路的由一叠金属板33形成的爪的闭合位置。每个爪的端部40或者磁路的一部分由弹簧保持彼此夹住。
参照图8，每个绕组32可以形成在结构34上，该结构例如为设置有凹坑36的弯曲套筒形式，用于确保绕组导线32布置成能够在线性机器上缠绕线圈。在这种情况下，但是以非限定性的方式进行，需要螺旋的绕组。
图12示出传感器在其闭合位置的开口区域的细节图。当线圈处于闭合位置时，存在预定距离D的未缠绕区域以及在所述线圈19的每个开口端的辅助辅助绕组42。
在操作杆20永久固定到电枢上的情况下，操作杆20可以被认为是属于上述致动装置，它在每个测量设备12的位置处配备于传感器10。但是当在传感器10的电枢22和操作杆20之间设置有可拆卸组件时，操作杆20可以不直接属于传感器10。在后面的情况下，通过相对于传感器10的远程手动动作，操作杆20使传感器10的用户能够远程控制致动装置，该致动装置在传感器的每个测量设备12的位置处配备于传感器上。
本发明不局限于为了非排他性示例目的详细描述的致动装置的运动结构，而是本领域技术人员能够构想到任何适当的等价方案来实现所需的结果，例如，利用连接杆实现传输。
最终，照明系统可以配装在操作杆20的轴上，以便在将传感器10的测量设备12安装到电缆14上以及从电缆14上拆卸时照亮电缆14。线圈19和爪21所形成的组件的厚度可以有利地小于30mm，以利于测量设备12在电缆14之间操纵。这个特征实际上使得测量设备12通过相对于测量结构旋转90度(以便将它们平行于电缆放置)容易插入到电缆14之间。
在第一实施方式中，没有磁路和传感器电子器件供电绕组32，金属片33的堆叠以及绕组32可以通过两个单体零件，例如塑料所形成的单体零件所替代。
从前面可以构想到，刚才描述的测量装置以及广义上的测量传感器可以配装在设备上，而不需要电源配送的任何中断并且不需要使用户处于风险地位。它们具有容易装配在设备的电缆上的额外优点，尤其是当多个刚性电缆彼此靠近定位时。最后，他们能够精确测量在至少一根电缆中流动的电流，同时在第二实施方式中能够确保传感器电子器件的电力供给。
最后，在如例如相电压补充数据从外侧传送到传感器10的电子器件上的情况下，可以执行电缆14内流动的功率和能量的计算。由此，通过使用前面所描述的至少一个测量传感器可以获得功率和能量测量装置。

Claims (15)

1.一种用于测量在电缆(14)中流动的电流的设备(12)，包括用于确定柔性Rogowski线圈(19)能够占据打开位置和闭合位置的装置，在打开位置该柔性Rogowski线圈能绕电缆接合，而在闭合位置，该线圈被设计成环绕电缆，其特征在于，所述设备包括设计成将所述线圈从一个位置移动到另一位置的致动装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述致动装置包括两个铰接爪(21)，线圈固定在该铰接爪上，并且该铰接爪能够占据将线圈分别置于其打开位置和闭合位置的分离位置和接触位置。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述线圈配合在牢固安装到爪上的支撑件(28)上。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述支撑件是通过固定到爪上的柔性套管而形成。
5.如权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，复位弹簧(27)将爪偏压向它们的接触位置，以确保至少部分自动闭合所述线圈。
6.如权利要求2至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述爪配备有间隔元件(31)，该间隔元件构造成在电缆接合发生时将电缆沿着线圈内侧的方向施加于所述间隔元件上的力转变成爪的分离运动。
7.如权利要求2至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔元件各自包括斜面，该斜面相对于电缆朝向线圈内侧的接合运动的预期方向倾斜。
8.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，它包括磁路(33)，当所述致动装置指令所述线圈的闭合位置时，该磁路绕电缆闭合；以及绕组(32)，该绕组围绕磁路，以给测量结果的测量和/或传输电子器件供电。
9.如权利要求2和8中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个爪支撑所述磁路和线圈的至少一部分，所述磁路在所述确定装置处于闭合位置时闭合。
10.如权利要求8和9中任一项所述的设备，其特征在于，它包括对中装置(30)，以将确定装置和所述线圈围绕电缆对中，所述对中装置为柔性杆的形式。
11.如权利要求8至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述线圈形成在能够线性缠绕的结构上。
12.如权利要求2至11所述的设备，其特征在于，爪各自枢转配合在电枢(22)上，该电枢能够连接到操作杆(20)上，该操作杆相对于电枢的平动运动指令每个爪相对于电枢的枢转运动。
13.如权利要求1至12中任一项所述的设备，其特征在于，当线圈处于闭合位置时，存在预定距离(D)的非缠绕区域(41)以及在所述线圈(19)每个开口端的辅助绕组(42)。
14.一种测量组件(10)，其特征在于，它包括至少一个如前述权利要求中任一项所述的测量设备(12)。
15.如权利要求14所述的组件，其特征在于，它包括从测量设备的线圈(19)接收数据的测量结果的测量和/或传输电子器件。
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