CN104428853B - 感测并指示断开的电流互感器次级的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电力导体(140；240)的能量监测系统(100；200)，包括：基座单元(110；210)；传感器线缆(120；220)；以及通过传感器线缆电连接到基座单元的电流互感器(130；230)。电流互感器包括电感耦合到电力导体的次级绕组(131；231)以及与次级绕组并联电连接的钳位电路(132；232，233，234，235)。钳位电路被构造为在次级绕组两端的电压大于预定值时钳位次级绕组两端的所述电压。指示器电路(133；234，235)与钳位电路串联电连接以指示何时钳位电路正有效地钳位所述电压。

Description

感测并指示断开的电流互感器次级的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年7月20日提交的美国专利申请号No.13/553,888的优先权，通过引用将其并入本文中。

技术领域

本公开的构思总体上涉及电流互感器，并且更具体地涉及用于感测在导体中流动的电流的电流互感器。本公开的构思总体上还涉及用于感测在导体中流动的电流的能量监测系统。本公开的构思总体上还涉及用于感测在导体中流动的电流的方法。

背景技术

能量监测系统能够监测通过一个或多个电导体的能量。典型的能量监测系统包括被电连接到基座单元的一个或多个电流互感器。

各种类型的电流互感器总体上是已知的。典型地，电流互感器包括环型铁芯，围绕环形铁芯缠绕多匝大量绕组。在使用中，电导体位于环形铁芯的孔中，并且当交流电流通过导体时，导体用作单匝初级绕组以感应次级绕组中的电流。取决于应用，次级绕组与基座单元的负荷电阻器电连接。基座单元感测负荷电阻器两端的电压并响应地提供输出，该输出例如可以为电流的测量结果。虽然电流互感器和能量监测系统总体上对它们预期目的有效，但它们并不是已经没有局限性。

当有源初级负载上的电流互感器的次级绕组变成开路时，可出现危险或不期望的状况。开路状况可能例如由电流互感器与基座单元之间的断裂的传感器电线或无端接的传感器线引起。开路状况能够使得电流互感器输出危险或不期望的电压水平。另外，开路状况阻碍对有源初级负载的电流的监测。

为了防止电流互感器处的危险或不期望的电压水平，已经将钳位电路包含在电流互感器中以便限制电流互感器处的电压水平。尽管钳位电路防止了电流互感器处的危险电压水平，但开路状况将仍阻碍对有源初级负载的电流的监测。

对能量监测系统中的错误的类型和位置的识别需要对诸如技师的时间的资源的使用和/或对检修仪器的使用。此外，在能量监测系统包括多个电流互感器的情况下，检修资源需要甚至识别电流互感器中的哪个没有正常地运行。

因此，期望提供一种改进的电流互感器或能量监测系统，其克服与相关领域相关联的这些和其它缺点。

发明内容

这些需求和其它通过本公开的构思的实施例得以满足，在本公开的构思中，电流互感器经由传感器线缆与基座单元电连接。电流互感器包括钳位次级绕组的电压的钳位电路以及与钳位电路串联电连接以指示何时钳位电路有效的指示器电路。

根据本公开的构思的一个方面，一种用于电力导体的能量监测系统包括：基座单元；传感器线缆；以及通过传感器线缆被电连接到基座单元的电流互感器，电流互感器包括：次级绕组，其被电感耦合到电力导体；钳位电路，其与次级绕组并联电连接，钳位电路被构造为在次级绕组两端的电压大于预定值时钳位次级绕组两端的电压；以及指示器电路，其与钳位电路串联电连接以指示何时钳位电路有效地钳位电压。

根据本公开的构思的另一方面，一种用于电力导体的电流互感器包括：次级绕组，其被构造为电感耦合到电力导体；钳位电路，其与次级绕组并联电连接，钳位电路被构造为在次级绕组两端的电压大于预定值时钳位所述电压；以及指示器电路，其与钳位电路串联电连接以指示何时钳位电路正在钳位所述电压。

根据本公开的构思的另一方面，一种检测并指示在负荷电阻器与电流互感器的次级绕组之间的开路的方法包括：将电流互感器的次级绕组与导体电感耦合；在次级绕组两端的电压大于或等于预定电压时利用钳位电路来钳位所述电压；并且通过与钳位电路串联电连接的指示器电路来指示所述电压正在被钳位。

指示器电路可以包括发光二极管。

附图说明

本公开的构思的充分理解能够在结合附图阅读时从优选实施例的以下描述获得，在附图中：

图1是根据本公开的构思的实施例的能量监测系统的框图；

图2和3是根据本公开的构思的实施例的能量监测系统的框图；

图4是根据本公开的构思的另一实施例的能量监测系统的电路图；

图5是根据本公开的构思的另一实施例的电流互感器的框图；

图6是根据本公开的构思的另一实施例的电流互感器的电路图；

图7是根据本公开的构思的另一实施例的检测并指示断开的电流互感器次级的方法的流程图。

具体实施方式

如本文中所采用的，术语“数量”将意指一或大于一的整数(即，多个)。

如本文中所采用的，术语“电导体”将意指(例如但不限于，实心的；绞合的；绝缘的；非绝缘的)线、铜导体、铝导体、合适的金属导体或允许电流顺畅地流动的其它合适的材料或物体。

如本文中所采用的，两个或更多个部件“连接”或“耦合”在一起的表述将意指部件直接接合在一起或者通过一个或多个中间部件接合。另外，如本文中所采用的，两个或更多个部件“附接”的表述将意指部件直接接合在一起。

如本文中所采用的，术语“钳位”将意指限制信号的最大和最小值。例如并且不限于，如果交流电流(AC)信号正常具有+/-10V的峰值电压并且将AC信号钳位在+/-5V处，则被钳位的AC信号将不会增加到高于+5V并且将不会降低到低于-5V。

参考图1，示出能量监测系统100。能量监测系统100包括基座单元110，基座单元110分别通过第一、第二和第三传感器线缆120、120'、120"(例如但不限于，双绞线缆)被电连接到第一、第二和第三电流互感器130、130'、130"。尽管图1图示基座单元110电连接到三个电流互感器，但本公开的构思不限于此。基座单元110能够电连接到任何数量的电流互感器。

第一、第二和第三电流互感器130、130'、130"分别电感耦合到第一、第二和第三电力导体140、140'、140"。流过第一、第二和第三电力导体140、140'、140"的电流感应在相应的第一、第二和第三电流互感器130、130'、130"中的电流。因此，电连接到电流互感器130、130'、130"中的每个的能量监测系统100能够分别监测流过第一、第二和第三电力导体140、140'、140"中的每个的电流。

图2和3图示包括通过传感器线缆120电连接的基座单元110和电流互感器130的能量监测系统100。为了更简明地解释本公开的构思，图2和3图示电连接到单个电流互感器130的基座单元110。然而，本公开的构思不限于此。基座单元110可以电连接到任何数量的电流互感器并且电流互感器130的特征能够被包含在电连接到基座单元110的电流互感器中的一个或多个中。

基座单元110包括负荷电阻(R_b)111。电流互感器130包括电感耦合到电力导体140的次级绕组131。电流互感器130还包括钳位电路132。钳位电路132与次级绕组131并联电连接并且在次级绕组131两端的电压大于预定值时钳位所述电压。被钳位的电压能够大于次级绕组131的最大正常工作电压。钳位电路132包括指示器电路133，指示器电路133被配置为指示何时钳位电路132正在有效地钳位次级绕组131两端的电压。

参考图2，负荷电阻111通过在传感器线缆120中包含的传感器导体121电连接到次级绕组131。参考图3，在传感器导体121中存在断路122，使得次级绕组131从负荷电阻111断开电连接。当次级绕组131从负荷电阻111断开连接时，在次级绕组131两端的电压能够增加到危险或非期望的水平。然而，当在次级绕组131两端的电压达到预定值时，钳位电路132钳位在次级绕组131两端的电压。指示器电路133被配置为指示何时钳位电路132正在有效地钳位次级绕组131两端的电压。

参考图4，示出了根据本公开的构思的示例实施例的能量监测系统200。能量监测系统200包括通过传感器线缆220电连接的基座单元210和电流互感器230。如图4中所示出的，传感器线缆220包含将电流互感器230与基座单元210电连接的传感器导体221。

电流互感器230包括钳位电路，该钳位电路包括连接到次级绕组231的端子(未标记)的第一齐纳二极管232和第二齐纳二极管233(例如但不限于，瞬态电压抑制二极管)。电流互感器230还包括指示器电路，所述指示器电路是钳位电路的一部分，并且包括第三齐纳二极管234和发光二极管235。第一齐纳二极管232和第二齐纳二极管233与发光二极管235和第三齐纳二极管234的并联组合串联电连接。当在次级绕组231两端的电压变得大于预定值时，钳位电路钳位所述电压并且发光二极管235打开以指示钳位电路是有效的。

继续参考图4，第三齐纳二极管234与发光二极管235并联电连接。第三齐纳二极管234的击穿电压小于发光二极管235的最大正向电压。第三齐纳二极管234的正向电压基本上小于发光二极管235的最大反向电压。因此，第三齐纳二极管234为发光二极管235提供诸如过流和反向偏置保护的保护。

图5和6图示根据本公开的构思的其它示例实施例的电流互感器。图5图示与在图1-3中图示的电流互感器130类似的电流互感器130。然而，图5中示出的电流互感器130没有连接到基座单元。电流互感器130的端子134能够用于将电流互感器130电连接到诸如基座单元的外部单元。

图6图示与在图4中图示的电流互感器230类似的电流互感器230。然而，图6中示出的电流互感器230没有连接到基座单元。电流互感器230的端子236能够用于将电流互感器230电连接到诸如基座单元的外部单元。

参考图7，示出了检测并指示负荷电阻与电流互感器的次级绕组之间的开路的方法。在操作701中，将电流互感器电感耦合到负荷初级。如果在电流互感器两端的次级绕组的电压变得大于预定值(操作702)，则在操作703中钳位次级绕组两端的电压。否则，重复操作702。在操作703之后，在操作704中，指示次级绕组两端的电压正在被钳位。

尽管已经详细地描述了本公开的构思的具体实施例，本领域技术人员将认识到能够鉴于本公开的整体教导发展这些详细细节的各种修改和替换。因此，公开的特定布置仅意在是说明性的而非关于本公开的构思的范围的限制，本公开的构思的范围将在所附的权利要求及其任何和所有等价的全部宽度给出。

Claims (15)

1.一种用于电力导体的电流互感器(130；230)，所述电流互感器包括：

次级绕组(131；231)，其被构造为电感耦合到电力导体；

钳位电路(132；232，233，234，235)，其与次级绕组并联电连接，所述钳位电路被构造为在次级绕组两端的电压大于预定值时钳位所述电压；以及

指示器电路(133；234，235)，其与钳位电路串联电连接以指示何时钳位电路正在钳位所述电压。

2.如权利要求1所述的电流互感器(130；230)，其中次级绕组包括第一端子和第二端子；并且其中钳位电路包括电连接到次级绕组的第一端子的第一齐纳二极管(232)，以及电连接到次级绕组的第二端子的第二齐纳二极管(233)。

3.如权利要求2所述的电流互感器(130；230)，其中指示器电路包括与第一和第二齐纳二极管串联电连接的发光二极管(235)，以及与发光二极管并联电连接的第三齐纳二极管(234)。

4.如权利要求3所述的电流互感器(130；230)，其中第三齐纳二极管的击穿电压小于发光二极管的最大正向电压。

5.如权利要求3所述的电流互感器(130；230)，其中第三齐纳二极管的正向电压小于发光二极管的最大反向电压。

6.如权利要求1所述的电流互感器(130；230)，其中在次级绕组两端的被钳位的电压大于次级绕组的最大正常工作电压。

7.一种用于电力导体(140；240)的能量监测系统(100；200)，所述能量监测系统包括：

基座单元(110；210)；

传感器线缆(120；220)；以及

如权利要求1所述的电流互感器(130；230)，所述电流互感器通过传感器线缆电连接到基座单元。

8.如权利要求7所述的能量监测系统(100；200)，其中传感器线缆包括将次级绕组电连接到基座单元的传感器导体(121；221)；并且其中钳位电路在次级绕组从基座单元电连接断开时钳位所述电压。

9.如权利要求7所述的能量监测系统(100；200)，其中基座单元包括通过传感器线缆电连接到次级绕组的负荷电阻(111；211)。

10.如权利要求7所述的能量监测系统(100；200)，其中次级绕组包括第一端子和第二端子；并且其中钳位电路包括电连接到次级绕组的第一端子的第一齐纳二极管(232)，以及电连接到次级绕组的第二端子的第二齐纳二极管(233)。

11.如权利要求10所述的能量监测系统(100；200)，其中指示器电路包括与第一和第二齐纳二极管串联电连接的发光二极管(235)，以及与发光二极管并联电连接的第三齐纳二极管(234)。

12.如权利要求11所述的能量监测系统(100；200)，其中第三齐纳二极管的击穿电压小于发光二极管的最大正向电压。

13.如权利要求11所述的能量监测系统(100；200)，其中第三齐纳二极管的正向电压小于发光二极管的最大反向电压。

14.如权利要求7所述的能量监测系统(100；200)，其中在次级绕组的端子两端的被钳位的电压大于次级绕组的最大正常工作电压。

15.一种方法，用于检测并指示在负荷电阻器(111；211)与电流互感器(130；230)的次级绕组(131；232)之间的开路，所述方法包括：

将电流互感器的次级绕组与导体(140；240)电感耦合；

在次级绕组两端的电压大于或等于预定电压时利用钳位电路(132；232，233，234，235)来钳位所述电压；以及

指示通过与钳位电路串联电连接的指示器电路(133；234，235)正在钳位所述电压。