CN105606963A - 一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，采用第一铁芯、第二铁芯、初级绕组、检测绕组电路、次级绕组电路及补充绕组建立形成。本发明采用双铁芯、四绕组建立的测试电路，能够充分利用闭环负反馈的优势，使测量过程中对励磁电流的控制更加精确化。本发明在增加检测绕组电路、补充绕组后，使得铁芯在测量高频电流时，不会增加额外的磁势损耗。本发明中，次级绕组电路设有两个运算放大器及RC移相网络可显著改善电流测量的高频频率特性。

Description

一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路

技术领域

本发明涉及电缆局部放电测量技术，具体涉及一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路。

背景技术

电缆局部放电测量通常采用测量其对地泄漏电流方式来实现，从泄漏电流中提取局部放电特征分量，进而对局部放电的强度和类型进行判断。由于泄漏电流中局部放电特征信号一般比较微弱，并且具有较高的频率和较宽的频带分布，传统的采用罗氏线圈（Rogowski线圈）或普通铁芯高频电流互感器的方式很难取得好的效果。

目前国内外一些电缆局部放电测量设备生产厂家通常采用的高频泄漏电流测量传感器是基于Rogowski线圈的电流传感器和普通铁芯高频电流传感器。Rogowski线圈电流传感器中没有铁芯，不存在磁饱和现象，可以用于测量高频大电流，其缺点是测量灵敏度比较低，在测量幅值较小的泄漏电流时，其输出噪声很大，使得后续信号处理的难度加大。普通铁芯高频电流传感器虽然比Rogowski线圈电流传感器的测量灵敏度高，但其测量频带要低，并且价格高昂；这种传感器不适宜用于需要大量安装电流传感器的在线监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，采用第一铁芯、第二铁芯、初级绕组、检测绕组电路、次级绕组电路及补充绕组建立形成。本发明采用双铁芯、四绕组建立的测试电路，能够充分利用闭环负反馈的优势，使测量过程中对励磁电流的控制更加精确化。本发明在增加检测绕组电路、补充绕组后，使得铁芯在测量高频电流时，不会增加额外的磁势损耗。本发明中，次级绕组电路设有两个运算放大器及RC移相网络可显著改善电流测量的高频频率特性。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，其特点是，该测试电路包含：

第一铁芯；

第二铁芯；

初级绕组，与外部电缆泄漏电路连接，设置在所述第一铁芯、所述第二铁芯的一侧；

检测绕组电路，设置在所述第一铁芯的另一侧，获取所述初级绕组的感应电压信号；

次级绕组电路，设置在所述第一铁芯、所述第二铁芯的另一侧，通过所述第一铁芯、所述第二铁芯获取所述初级绕组的感应电压信号；所述次级绕组电路与所述检测绕组电路连接；

补充绕组，设置在所述第二铁芯的另一侧，并通过所述第二铁芯获取所述初级绕组的感应电压信号；所述补充绕组的第一端与所述次级绕组电路连接，该补充绕组的第二端接地。

优选地，所述检测绕组电路包含：

检测绕组，设置在所述第一铁芯的另一侧，

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述检测绕组的第一端连接，该第一电阻的另一端接地。

优选地，所述次级绕组电路包含：

次级绕组，设置在所述第一铁芯、所述第二铁芯的另一侧；所述次级绕组的第一端与所述检测绕组的第一端连接；

第一放大电路，所述第一放大电路的一个输入端与所述次级绕组的第一端连接，该第一放大电路的输出端为测试电路的输出端；

第二放大电路，所述第二放大电路的一个输入端与所述检测绕组的第二端连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二放大电路的输出端连接，该第二电阻的另一端与所述次级绕组的第二端连接；

第一电容，所述第一电容的一端分别与所述第二电阻的另一端、所述次级绕组的第二端连接，该第一电容的另一端与所述补充绕组的第一端连接。

优选地，所述第一放大电路包含：

第一运算放大器，所述第一运算放大器的负输入端与所述次级绕组的第一端连接，该第一运算放大器的正输入端接地；所述第一运算放大器的输出端为测试电路的输出端；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的负输入端连接，该第三电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接。

优选地，所述第二放大电路包含：

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述检测绕组的第二端连接；

第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端与所述第四电阻的另一端连接，该第二运算放大器的输出端与所述第二电阻的一端连接；

第五电阻，所述第五电阻的一端接地，该第五电阻的另一端与所述第二运算放大器的正输入端连接；

第六电阻，所述第六电阻的两端分别与所述第二运算放大器的负输入端、输出端连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明公开的一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，采用第一铁芯、第二铁芯、初级绕组、检测绕组电路、次级绕组电路及补充绕组建立形成。本发明采用双铁芯、四绕组建立的测试电路实现对泄漏电流信号的测量，能够充分利用闭环负反馈的优势，使测量过程中对励磁电流的控制更加精确化，实现带电负反馈补偿的新型测试电路来实现对电缆局部放电信号的准确测量。本发明在增加检测绕组电路、补充绕组后，使得铁芯在测量高频电流时，不会增加额外的磁势损耗。本发明中，次级绕组电路设有两个运算放大器及RC移相网络可显著改善电流测量的高频频率特性。

附图说明

图1为本发明一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，该测试电路包含：第一铁芯L1、第二铁芯L2、初级绕组N1、检测绕组电路、次级绕组电路及补充绕组N4。

其中，初级绕组N1与外部电缆泄漏电路连接，设置在第一铁芯L1、第二铁芯L2的一侧。检测绕组电路设置在第一铁芯L1的另一侧，获取初级绕组N1的感应电压信号。次级绕组电路设置在第一铁芯L1、第二铁芯L2的另一侧，通过第一铁芯L1、第二铁芯L2获取初级绕组N1的感应电压信号；次级绕组电路与检测绕组电路连接。补充绕组N4设置在第二铁芯L2的另一侧，并通过第二铁芯L2获取初级绕组N1的感应电压信号；补充绕组N4的第一端与次级绕组电路连接，该补充绕组N4的第二端接地。

如图1所示，检测绕组电路包含：检测绕组N2、第一电阻R1。其中，检测绕组N2设置在第一铁芯L1的另一侧；第一电阻R1的一端与检测绕组N2的第一端连接，该第一电阻R1的另一端接地。

如图1所示，次级绕组电路包含：次级绕组N3、第一放大电路、第二放大电路、第二电阻R2及第一电容C1。

其中，次级绕组N3设置在第一铁芯L1、第二铁芯L2的另一侧；次级绕组N3的第一端与检测绕组N2的第一端连接。第一放大电路的一个输入端与次级绕组N3的第一端连接，该第一放大电路的输出端为测试电路的输出端。第二放大电路的一个输入端与检测绕组N2的第二端连接。第二电阻R2的一端与第二放大电路的输出端连接，该第二电阻R2的另一端与次级绕组N3的第二端连接。第一电容C1的一端分别与第二电阻R2的另一端、次级绕组N3的第二端连接，该第一电容C1的另一端与补充绕组N4的第一端连接。

本发明中，采用第一放大电路、第二放大电路能够实现对铁芯激磁阻抗的补偿，使整个测量电路工作在闭合负反馈状态。第二电阻R2及第一电容C1组成移相网络与第一放大电路、第二放大电路配合使用，能够显著改善电流测量的高频频率特性。

本发明中，检测绕组N2、补充绕组N4的设置，能够引入闭环负反馈并减小激磁电流，对铁芯激磁进行有效控制。在同等铁芯特性的情况下，能够大大提高测量准确度。

如图1所示，第一放大电路包含：第一运算放大器A1及第三电阻R3。其中，第一运算放大器A1的负输入端与次级绕组N3的第一端连接，该第一运算放大器A1的正输入端接地；第一运算放大器A1的输出端为测试电路的输出端。第三电阻R3的一端与第一运算放大器A1的负输入端连接，该第三电阻R3的另一端与第一运算放大器A1的输出端连接。

本发明中，第三电阻R3为负载电阻，检测绕组N2、次级绕组N3共同决定第三电阻R3中流过的电流大小，也即测量电流。此时，利用第一运算放大器A1同相、反相端“虚短”“虚断”特性，能够将补偿电流通过激磁阻抗替代初级绕组N1为次级绕组N3提供的负载压降，可大大减小初级磁势、次级磁势为保持负载压降而造成的不平衡量。

如图1所示，第二放大电路包含：第四电阻R4、第二运算放大器A2、第五电阻R5及第六电阻R6。

其中，第四电阻R4的一端与检测绕组N2的第二端连接。第二运算放大器A2的负输入端与第四电阻R4的另一端连接，该第二运算放大器A2的输出端与第二电阻R2的一端连接。第五电阻R5的一端接地，该第五电阻R5的另一端与第二运算放大器A2的正输入端连接。第六电阻R6的两端分别与第二运算放大器A2的负输入端、输出端连接。

本发明中，第一放大电路的输出端为整个测量电路的输出端，则根据图1电路图可知，测量电路的输出电压u：

；

其中，Z31、Z21为次级绕组N3和检测绕组N2的漏阻抗；n3为次级绕组N3的匝数，；n1为初级绕组N1的匝数，I1为一次绕组电流；Zu2、Zu3为次级绕组N3、检测绕组N2的单匝激磁阻抗；A为第一运算放大器A1、第二运算放大器A2的开环增益。

本实施例中，初级绕组N1的匝数设置为1匝，则测量泄漏电流时，不需要对待测电流回路进行改造，不会对现有设备造成任何影响，也不会带来任何安全隐患。同时，检测绕组N2、补偿绕组N4的匝数必须不同，本发明中，要求检测绕组N2、补偿绕组N4的匝数比控制在5~7的范围内。本实施例中，也可以通过调节第五电阻R5和第六电阻R6的阻值进行修正。第二电阻R2和第一电容C1是移相网络，通过对补偿电流相位的控制，调整测量电路的品质因子。实际中可以设定检测绕组N2为1000匝，次级绕组N3在10~50匝之间，补偿绕组N4一般要大于120匝。这种匝数设置有利于满足负反馈的条件。

本实施例中，第一电阻R1、第三电阻R3及第四电阻R4均为0.1%精度的金属膜电阻，其中第一电阻R1设为1.2千欧姆；第三电阻R3设为1千欧姆；第四电阻R4、第四电阻R6设为500欧姆；第五电阻R5设为2千欧姆。第一运算放大器A1、第二运算放大器A2均为美国TI公司的OPA637。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，其特征在于，该测试电路包含：

第一铁芯；

第二铁芯；

初级绕组，与外部电缆泄漏电路连接，设置在所述第一铁芯、所述第二铁芯的一侧；

检测绕组电路，设置在所述第一铁芯的另一侧，获取所述初级绕组的感应电压信号；

次级绕组电路，设置在所述第一铁芯、所述第二铁芯的另一侧，通过所述第一铁芯、所述第二铁芯获取所述初级绕组的感应电压信号；所述次级绕组电路与所述检测绕组电路连接；

补充绕组，设置在所述第二铁芯的另一侧，并通过所述第二铁芯获取所述初级绕组的感应电压信号；所述补充绕组的第一端与所述次级绕组电路连接，该补充绕组的第二端接地。

2.如权利要求1所述的用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，其特征在于，所述检测绕组电路包含：

检测绕组，设置在所述第一铁芯的另一侧，

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述检测绕组的第一端连接，该第一电阻的另一端接地。

3.如权利要求2所述的用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，其特征在于，所述次级绕组电路包含：

次级绕组，设置在所述第一铁芯、所述第二铁芯的另一侧；所述次级绕组的第一端与所述检测绕组的第一端连接；

第一放大电路，所述第一放大电路的一个输入端与所述次级绕组的第一端连接，该第一放大电路的输出端为测试电路的输出端；

第二放大电路，所述第二放大电路的一个输入端与所述检测绕组的第二端连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二放大电路的输出端连接，该第二电阻的另一端与所述次级绕组的第二端连接；

第一电容，所述第一电容的一端分别与所述第二电阻的另一端、所述次级绕组的第二端连接，该第一电容的另一端与所述补充绕组的第一端连接。

4.如权利要求3所述的用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，其特征在于，所述第一放大电路包含：

第一运算放大器，所述第一运算放大器的负输入端与所述次级绕组的第一端连接，该第一运算放大器的正输入端接地；所述第一运算放大器的输出端为测试电路的输出端；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的负输入端连接，该第三电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接。

5.如权利要求3所述的用于测量电缆泄漏高频电流的测试电路，其特征在于，所述第二放大电路包含：

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述检测绕组的第二端连接；

第二运算放大器，所述第二运算放大器的负输入端与所述第四电阻的另一端连接，该第二运算放大器的输出端与所述第二电阻的一端连接；

第五电阻，所述第五电阻的一端接地，该第五电阻的另一端与所述第二运算放大器的正输入端连接；

第六电阻，所述第六电阻的两端分别与所述第二运算放大器的负输入端、输出端连接。