CN102830265A

CN102830265A - 电流测量装置

Info

Publication number: CN102830265A
Application number: CN2012103232143A
Authority: CN
Inventors: 袁海骏; 张韦; 杨德志; 凌清
Original assignee: 3S HI Technologies Co Ltd
Current assignee: 3S HI Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明提供了一种电流测量装置，该电流测量装置包括：屏蔽磁环，具有用于使被测导体穿过的通孔；磁场传感器，设置通孔中，用于获取被测导体中通过的电流产生的感应磁场的磁场强度；信号处理模块，通过传输部件与磁场传感器连接，用于利用磁场传感器获取的磁场强度计算被测导体中通过的电流。利用屏蔽磁环对除被测导体内电流产生的磁场之外的干扰磁场进行屏蔽，提供了有利于进行测量的稳定均匀的磁场环境，减少了由于外部干扰源造成的电流测量误差，提高了电流测量精度。

Description

电流测量装置

技术领域

本发明涉及测量领域，具体而言，涉及一种电流测量装置。

背景技术

在高压大功率直流或交流电力传输中，用光学的方法测量高压传输线上的电流受到了广泛的关注，基于光纤技术的各类光电电流互感器的研发和应用已得到了国际间广泛的重视。

在高压大功率直流或交流电力传输中，主要利用法拉第效应等磁光效应实现测量高压传输线上的电流。

磁场和电流的对应关系的对应关系如式(1)所示：

式(1)中左边是被测导体中的电流，右边是磁场强度的闭环积分。

闭环的法拉第效应的电流测量工艺复杂，使用较少。所以现有技术中，利用法拉第效应等磁光效应实现测量高压传输线上的电流主要使用局部磁场测量推算电流的方法。但是采用这种方式测量高压传输线上的电流时，磁场的测量受到外界不确定因素的干扰导致与电流的关系出现偏差，导致测量到的电流误差较大。常见的干扰源包括高压传输线的接线方式，外部电流等。

现有技术中使用局部磁场测量电流受到外界干扰源的影响导致测量误差大的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种电流测量装置，以解决现有技术中使用局部磁场测量电流受到外界干扰源的影响导致测量误差大问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电流测量装置。本发明提供的电流测量装置包括：屏蔽磁环，具有用于使被测导体穿过的通孔；磁场传感器，设置通孔中，用于获取被测导体中通过的电流产生的感应磁场的磁场强度；信号处理模块，通过传输部件与磁场传感器连接，用于利用磁场传感器获取的磁场强度计算被测导体中通过的电流。

进一步地，屏蔽磁环为套筒状。

进一步地，屏蔽磁环上缠绕有线圈，线圈围绕屏蔽磁环的纵剖面在屏蔽磁环的内表面和外表面上连续缠绕。

进一步地，本发明提供的电流测量装置包括：取电模块，与线圈的两个接线端连接。

进一步地，屏蔽磁环由硅钢片或非晶合金材料压接制成。

进一步地，磁场传感器为多个，沿周向均匀分布在被测导体屏蔽磁环的内侧；信号处理模块还用于将多个磁场传感器所获取的磁场强度进行线性累加，并基于累加所获得的累加磁场强度计算被测导体的中通过的电流。

进一步地，磁场传感器为二个或四个。

进一步地，磁场传感器为磁光传感器，传输部件包括多条光纤，光纤的数量与磁场传感器的数量相匹配，其中光纤的输入端与对应的磁场传感器的输出部件连接，光纤的输出端与信号处理模块连接。

应用本发明的技术方案，本发明的电流测量装置包括：屏蔽磁环，具有用于使被测导体穿过的通孔；磁场传感器，设置通孔中，用于获取被测导体中通过的电流产生的感应磁场的磁场强度；信号处理模块，通过传输部件与磁场传感器连接，用于利用磁场传感器获取的磁场强度计算被测导体中通过的电流。本发明利用屏蔽磁环对除被测导体内电流产生的磁场之外的干扰磁场进行屏蔽，提供了有利于进行测量的稳定均匀的磁场环境，减少了由于外部干扰源造成的电流测量误差，提高了电流测量精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电流测量装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的电流测量装置中屏蔽磁环缠绕有线圈的示意图；

图3是根据本发明优选实施例的电流测量装置在第一种干扰源下的应用示意图；

图4是根据本发明优选实施例的电流测量装置在第二种干扰源下的应用示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种电流测量装置，图1是根据本发明实施例的电流测量装置的示意图，如图1所示，该电流测量装置包括：屏蔽磁环2，具有用于使被测导体3穿过的通孔；磁场传感器1，设置通孔中，用于获取被测导体3中通过的电流产生的感应磁场的磁场强度；信号处理模块6，通过传输部件5与磁场传感器1连接，用于利用磁场传感器1获取的磁场强度计算被测导体3中通过的电流。

当本实施例的电流测量装置进行测量时，被测导体3穿过屏蔽磁环2的通孔，磁场传感器1位于被测导体3和屏蔽磁环2之间。当被测导体3中通过电流时，在周围产生均匀分布的磁场；由于设置有屏蔽磁环2，上述磁场不会受到屏蔽磁环2外干扰源产生的磁场的影响。磁场传感器1探测所在位置的磁场；信号处理模块6利用磁场与被测导体3内的电流的对应关系计算得出被测导体3中通过的电流大小。从而准确地测量电流。

屏蔽磁环2的形状为套筒形状，使用进行测量时，屏蔽磁环2的圆心与被测导体3的轴心可以优选重合设置。

优选地，屏蔽磁环2还可以围绕有线圈4，图2是根据本发明实施例的电流测量装置中屏蔽磁环缠绕有线圈的示意图，如图2所示，屏蔽磁环2上缠绕有线圈4，所述线圈4围绕所述屏蔽磁环2的纵剖面在所述屏蔽磁环2的内表面和外表面上连续缠绕。线圈4的设置可以保证屏蔽磁环2在整个电流测量范围内不会磁饱和。当被测导体3内的电流为交流电流时，产生的交变磁场在线圈4内产生感应电流。

屏蔽磁环2的内径和外径尺寸，以及线圈4的匝数按照电流测量装置的测量额定值进行设置。测量额定值由具体的测量环境决定。

本发明实施例的电流测量装置还可以包括取电模块，与线圈4的两个接线端连接，用于利用线圈4中产生的感应电流为电流测量装置的附加电子器件供电，或者向外部输出。

上述屏蔽磁环2是含有高磁导率的环状磁导体；磁导体可以由硅钢片或非晶合金材料环绕制而成，也可由其它低磁损高磁导率的材料压制制成。

上述磁场传感器1为可以为多个，均匀分布在以被测导体3的轴心为圆心的圆周上，也就是沿周向均匀分布在被测导体所述屏蔽磁环2的内侧；信号处理模块6还用于将多个磁场传感器1所获取的磁场强度进行线性累加，并基于累加所获得的累加磁场强度计算被测导体3的中通过的电流。优选地，磁场传感器1为二个或四个或者多个。当磁场传感器1为二个时，每个磁场传感器中心在圆周上的角度差为180度；当磁场传感器1为四个时，每个磁场传感器中心在圆周上的角度差为90度。在图1和图2中仅示出了四个磁场传感器1的情况。磁场传感器的数量根据具体的电流测量需要来灵活设置。

上述磁场传感器1可以为将磁敏材料局部的磁场转换成其他物理量的传感器，优选地可以使用将磁信号转换为光信号的光纤磁光传感器。在磁场传感器1为磁光传感器的情况下，传输部件5包括多条光纤，光纤的数量与磁场传感器1的数量相匹配，其中光纤的输入端与对应的磁场传感器1的输出部件连接，光纤的输出端与信号处理模块6连接。光纤与对应磁场传感器1的输出部件可以通过尾纤、分光盒等光学器件进行连接。

磁场传感器1与被测导体3和屏蔽磁环2的相对位置，可以依据测量电流的大小通过仿真求出，由机械零件固定。信号处理模块6将所获取的每个磁场强度进行线性累加，累加所获得的磁场强度和与被测导体中的电流对应，通过试验校准后，获得的磁场信号可用来测量被测导体3内的电流。

为了进一步说明本实施例，本说明书给出了针对600A额定电流的电流测量装置测量的具体实施例。600A的额定电流的电流测量装置的结构具体为：被测导体3的直径35mm；屏蔽磁环2的内直径为110mm，厚度为10mm，四个磁场传感器1分别被置于屏蔽磁环2和载流被测导体3之间，均匀分布在距离被测导体中心27mm的圆周上。

图3是根据本发明优选实施例的电流测量装置在第一种干扰源下的应用示意图，如图3所示，在距载流被测导体250mm处加一同相600A干扰电流源7，使用ANSYS11.0有限元仿真计算得到，水平方向的两个磁场传感器1所在位置磁场变化为0.007％和-0.016％，垂直方向的两个磁场传感器1所在的位置的磁场变化均为0.09128％，四个磁场传感器1测量的磁场累加后变化为0.1732％，经过信号处理模块6计算后得到被测导体3中的电流大小变化为0.0433％。在相同干扰条件下，没有设置屏蔽磁环2的情况下，载流被测导体3水平方向的两个磁场传感器1所在位置的磁场分别变化为-4.014％和2.8967％，垂直方向的两个传感器所在位置磁变化均为0.8239％，磁场累加后变化为0.5305％，经过信号处理模块6计算后得到的被测导体3中的电流大小变化为0.1326％。对比设置屏蔽磁环2前后的数据可以看出，设置有屏蔽磁环2的电流测量装置受到外部干扰的影响明显更小。

图4是根据本发明优选实施例的电流测量装置在第二种干扰源下的应用示意图，如图4所示，在距载流被测导体250mm处与水平面成45度角位置加一同相600A干扰电流源7，使用ANSYS11.0有限元仿真计算得到，水平方向的两个磁场传感器1所在位置磁场变化为-0.01873％和0.002341％，垂直方向的两个磁场传感器1所在的位置的磁场变化分别为0.08664％与0.063198％，四个磁场传感器1测量的磁场累加后变化为0.1334％，经过信号处理模块6计算后得到被测导体3中的电流大小变化为0.0334％。而相同干扰条件下，没有设置屏蔽磁环2的情况下，载流被测导体3水平方向的两个磁场传感器1所在位置的磁场分别变化为-1.39202％和1.962441％，垂直方向的两个传感器所在位置磁变化均为-1.28404％与2.023474％，磁场累加后变化为1.30989％，经过信号处理模块6计算后得到的被测导体3中的电流大小变化为为0.3275％。对比设置屏蔽磁环2前后的数据可以看出，设置有屏蔽磁环2的电流测量装置受到外部干扰的影响明显更小。

通过以上试验数据可以明显得出屏蔽磁环2的使用是电流测量装置的精度明显提高。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电流测量装置，其特征在于，包括：

屏蔽磁环(2)，具有用于使被测导体(3)穿过的通孔；

磁场传感器(1)，设置所述通孔中，用于获取所述被测导体(3)中通过的电流产生的感应磁场的磁场强度；

信号处理模块(6)，通过传输部件(5)与所述磁场传感器(1)连接，用于利用所述磁场传感器(1)获取的磁场强度计算所述被测导体(3)中通过的电流。

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述屏蔽磁环(2)为套筒状。

3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，所述屏蔽磁环(2)上缠绕有线圈(4)，所述线圈(4)围绕所述屏蔽磁环(2)的纵剖面在所述屏蔽磁环(2)的内表面和外表面上连续缠绕。

4.根据权利要求4所述的电流测量装置，其特征在于，还包括：取电模块，与所述线圈(4)的两个接线端连接。

5.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述屏蔽磁环(2)由硅钢片或非晶合金材料压接制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁场传感器(1)为多个，沿周向均匀分布在被测导体所述屏蔽磁环(2)的内侧；所述信号处理模块(6)还用于将多个所述磁场传感器(1)所获取的所述磁场强度进行线性累加，并基于累加所获得的累加磁场强度计算所述被测导体(3)的中通过的电流。

7.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁场传感器(1)为二个或四个。

8.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁场传感器(1)为磁光传感器，所述传输部件(5)包括多条光纤，所述光纤的数量与所述磁场传感器(1)的数量相匹配，其中光纤的输入端与对应的磁场传感器(1)的输出部件连接，光纤的输出端与所述信号处理模块(6)连接。