CN102866285A - 一种电流电压集成式测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电流电压集成式测量装置，包括电流互感器、电压传感器以及信号转换装置，所述电压传感器安装在所述电流互感器内部，所述电压传感器与所述信号转换装置相连，所述信号转换装置内具有信号转换电路，所述信号转换电路将电压信号转换为电流信号输出。本发明提供的电流电压集成式测量装置，通过在电流互感器中内置电压传感器的方式实现对电压电流的同时采集，由于采用电容分压的原理来测量电压，它的功耗小，体积小，价格低，可在既不增加成本又不增加体积的基础上实现全电量的测量，电压信号输出采用电流环传输方式，抗干扰能力强，可广泛用于柱上开关和开关柜等户外设备。

Description

一种电流电压集成式测量装置
技术领域
本发明涉及一种电流电压集成式测量装置。
背景技术
电流电压组合式互感器是一次侧串接与高压电网母线之间，二次侧接在功率表、电度表以及继电保护设备上，为机电保护设备和电能计量提供母线电流、电压信号的装置。如中国专利号ZL201020289093.1的实用新型专利，公告日为2011年3月9日，公开了一种电子式电流电压组合型互感器，包括线圈环氧包裹层、高压导电棒、环氧浇注伞群、电路板出线盒、电压传感器和电流传感器，其特征在于：线圈环氧包裹层、高压导电棒、环氧浇注伞群和电路板出线盒构成支柱式新型固体环氧复合封装，电压传感器和电流传感器共同复合在上述固体环氧封装腔体内，线圈环氧包裹层内设有高压导电棒，环氧浇注伞群底部设有电路板出线盒。此种结构的电流互感器体积较大而且成本高，且只能用于开关柜内使用，不能用于柱上开关使用。
发明内容
本发明通过在现有成熟电磁式互感器的内部增加电压传感器的方式，在不增加体积的情况下实现了电压电流的采集，由于采用穿心式的结构，可用于开关柜、柱上开关等多种场合。
按照本发明提供的一种电流电压集成式测量装置采用的主要技术方案为：包括电流互感器、电压传感器以及信号转换装置，所述电压传感器安装在所述电流互感器内部，所述电压传感器与所述信号转换装置相连，所述信号转换装置内具有信号转换电路，所述信号转换电路将电压信号转换为电流信号输出。
本发明提供的电流电压集成式测量装置还可具有如下附属技术特征：
所述电压传感器与所述电流互感器为同心安装。
所述电压传感器包括高压电极、低压电极和接地电极，待测高压导体与所述高压电极连接，所述待测高压导体与所述高压电极为同心安装，所述低压电极与所述信号转换电路相连通，所述接地电极接地。
所述信号转换电路包括输入缓冲模块、电压-电流转换模块以及输出隔离模块，所述输入缓冲模块对分压输出的电压信号进行阻抗转换，然后经所述电压-电流转换模块转换后输出至所述输出隔离模块进行隔离输出。
所述信号转换装置包括外壳以及安装在所述外壳内的电路板，所述信号转换电路安装在所述电路板上，所述外壳上安装有连接件，所述连接件通过引线将所述电压传感器与所述信号转换电路相连通。
所述电流互感器、电压传感器以及连接件浇注在所述环氧树脂壳体内。
所述接地电极与所述低压电极形成低压电容C2，所述高压电极与所述低压电极形成高压电容C1，所述低压电极输出低压信号至信号转换电路。
所述壳体上设置有硅橡胶伞群。
采用本发明提供的电流电压集成式测量装置带来的有益效果为：通过在电流互感器中内置电压传感器的方式实现对电压电流的同时采集，功耗小，体积小，价格低，可在既不增加成本又不增加体积的基础上实现全电量的测量，可广泛用于柱上开关和开关柜等户外设备；本产品还通过采用电流信号反馈的方式，传输信号不受长度和外接干扰影响，具有很高的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明中电压传感器的结构图。
图4为本发明中电压传感器的工作原理图。
图5为本发明中信号转换电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详述：
如图1至图3所示，按照本发明提供的电流电压集成式测量装置的实施例，包括电流互感器1，还包括一电压传感器3以及与所述电压传感器1相连接信号转换装置2，所述信号转换装置2内具有信号转换电路，所述电压传感器3安装在所述电流互感器1内部，通过在电流互感器1中内置电压传感器3的方式实现对电压电流的同时采集，功耗小，体积小，价格低，可在既不增加成本又不增加体积的基础上实现全电量的测量，可广泛用于柱上开关和开关柜等户外设备
参见图2，按照本发明提供的电流电压集成式测量装置的实施例，所述信号转换装置2包括外壳21以及安装在所述外壳21内的电路板22，所述信号转换电路设置在所述电路板22上，所述信号转换电路与所述电流互感器1相连通，所述外壳21上安装有连接件23，所述连接件23通过引线24将所述电压传感器1与所述信号转换电路相连通，所述电流互感器1、电压传感器3以及连接件23浇注在所述环氧树脂壳体4内，所述壳体4上设置有硅橡胶伞群41。
本发明由于采用电容分压的原理来测量电压时输出的信号非常微弱，不能远距离传输，需要信号转换电路对电容分压的电压信号进行驱动、转换，信号转换电路将电压信号转换成电流信号传输，由于采用小信号电流传输方式，可以采用低成本的双绞线进行传输，采用电流信号反馈的方式，传输信号不受长度和外接干扰影响，具有很高的抗干扰能力。
参见图3和图4，按照本发明提供的电流电压集成式测量装置的实施例，所述电压传感器3与所述电流互感器1为同心安装，所述电压传感器3包括高压电极31、低压电极32和接地电极33，所述高压电极31与待测高压导体34连接，所述待测高压导体34与所述高压电极31连接，所述待测高压导体34与所述高压电极31为同心安装，所述低压电极32与所述信号转换电路相连通，所述接地电极33接地，所述接地电极33与所述低压电极32形成低压分压电容C2，所述高压电极31与所述低压电极32形成高压电容C1，所述低压电极32输出低压信号至信号转换电路，将接地电极33一方面与低压电极32形成低压分压电容，另一方面的功能通过将接地电极33接地以防止外界电场待测高压导体的测量产生影响。
C1为高压电容，由高压电极31和低压电极32及其介质组成；C2为低压分压电容，由低压电极32和接地电极33及其介质组成，U1为被测高压线路的相电压，U2为输出电压，U2=U1*C1/(C1+C2)，由于C2的电容量远大于C1（大于1000倍），分压输出比近似等于电容器的容值比，即U2=U1*C1/C2，我们根据需要选择不同的分压比，如应用于10Kv可将分压比取为2000:1，即当被测电压为2000v时输出1V电压等。
本发明所述的低压电极32、高压电极31和接地电极33采用同心安装，三个电极之间采用高压环氧材料进行绝缘，所述低压电极32和所述接地电极33采用屏蔽线连接到所述信号转换电路。
参见图5，按照本发明提供的电流电压集成式测量装置的实施例，所述信号转换电路包括输入缓冲模块221、电压-电流转换模块222以及输出隔离模块223，所述输入缓冲模块221对分压输出后的电压信号进行阻抗转换，然后经所述电压-电流转换模块222转换后输出至所述输出隔离模块223进行隔离输出，第一运算放大器U1A、电容C3、二极管D1、电阻R1、R2、电容C4、C5构成输入缓冲模块221；可变电阻W1、电阻R3、R4、第二运算放大器U2B、电容C6、二极管D2构成电压-电流转换模块222，T1为1:1的电流互感器构成输出隔离模块223。
信号首先进入由运放U1A及外围电路组成的输入缓冲模块221，这种电路的输入阻抗非常高，可达10M以上，可以减小对输入信号的影响，输出信号与输入幅值与相位均一致，但输出阻抗低，驱动能力强，输入缓冲电路输出的电压信号送入运放U1B组成的电压-电流转换模块222，它的结构是一种电流型负反馈电路，运放的输出电流与输入的电压成正比，即I0＝UIN/RF，RF（图5中R4）为电流负反馈采样电阻，电压-电流转换模块222输出的电流信号送入输出隔离模块223进行隔离输出，输出隔离模块223为1:1的电流互感器T1，可对输出信号进行电气隔离，提供共模抗干扰能力。
如图5所示，C3为分压电容，和电压传感器3内的低压电容C1并联，以增大分压比；D1为过压保护原件，防止过压损坏电路；R2可防止出现零漂；R1和C2组成移相电路，补偿由于R2造成的电压超前相位；W1为可变电阻，用来校正电路的放大倍数；R4为电流采集反馈电阻，C4和D2防止互感器T1产生高频自激振荡，T1为1:1电流互感器，对输出信号进行隔离。
转换电路需要±12V的电源供应，此电源需要由外部提供，由于这个电路的耗电十分微弱，也可以由CT进行自供电。
电磁式电流互感器的结构及工作原理为本领域公知的技术，故本说明书对电流互感器工作原理不再赘述。本领域技术人员在本说明书描述的内容基础上，即可实现本发明所述的电流电压集成式测量装置。

Claims (8)

1.一种电流电压集成式测量装置，包括电流互感器、电压传感器以及信号转换装置，其特征在于：所述电压传感器安装在所述电流互感器内部，所述电压传感器与所述信号转换装置相连，所述信号转换装置内具有信号转换电路，所述信号转换电路将电压信号转换为电流信号输出。
2.根据权利要求1所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述电压传感器与所述电流互感器为同心安装。
3.根据权利要求1所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述电压传感器包括高压电极、低压电极和接地电极，待测高压导体与所述高压电极连接，所述待测高压导体与所述高压电极为同心安装，所述低压电极与所述信号转换电路相连通，所述接地电极接地。
4.根据权利要求1所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述信号转换电路包括输入缓冲模块、电压-电流转换模块以及输出隔离模块，所述输入缓冲模块对分压输出的电压信号进行阻抗转换，然后经所述电压-电流转换模块转换后输出至所述输出隔离模块进行隔离输出。
5.根据权利要求1所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述信号转换装置包括外壳以及安装在所述外壳内的电路板，所述信号转换电路安装在所述电路板上，所述外壳上安装有连接件，所述连接件通过引线将所述电压传感器与所述信号转换电路相连通。
6.根据权利要求5所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述电流互感器、电压传感器以及连接件浇注在所述环氧树脂壳体内。
7.根据权利要求3所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述接地电极与所述低压电极形成低压电容C2，所述高压电极与所述低压电极形成高压电容C1，所述低压电极输出低压信号至信号转换电路。
8.根据权利要求5所述的电流电压集成式测量装置，其特征在于：所述壳体上设置有硅橡胶伞群。
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