CN106170706B - 一种使用罗氏型电流传感器的电流测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于测量通过原导体(2)电流的电流测量装置(1)。电流测量装置包括罗氏型电流传感器(10)，该电流传感器包括导体绕组(12)，其连接至传感器端子对(14)并适合于在其之间感应指示通过原导体(2)的电流的测量电压；校准端子对(24)，适合于提供校准电流至顺应于原导体(2)的校准电流路径(22)，使得校准电流在传感器端子对(14)之间感应校准响应电压分量；以及控制电路(30)。控制电路(30)包括校准电流生成器(34)，其用于生成校准电流并连接至校准端子对(24)以经由校准端子对(24)提供校准电流至校准电流路径(22)，以及电压分析器(32)，其连接至传感器端子对(14)以用于接收在传感器端子对(14)之间感应的校准响应电压分量。

Description

一种使用罗氏型电流传感器的电流测量装置和方法

本发明的方面涉及一种电流测量装置，用于测量通过原导体(primaryconductor)的电流。根据特定方面，电流测量装置包括罗氏(Rogowski)型电流传感器，适合于在其之间感应指示通过原导体的电流的测量电压。另外的方面涉及一种测量通过原导体的电流的方法。

背景技术：

在许多电力应用中，需要测量流经原导体的电流。一种对于以非接触方式测量这种电流(特别是对交变电流)非常有用的装置是罗氏型线圈。罗氏线圈是具有围绕细长主体的多个绕组的线圈。细长主体至少部分地(即，至少半圈)包绕原导体的轴。此外，线圈的两端都位于线圈的相同近端。这通过将线圈末端连接至相应端子的引线实现，该引线沿细长主体延伸并通过线圈中间。当罗氏线圈(全部或部分)包绕原导体的轴时，端子之间感应的电压与流经原导体的电流的导数成比例。

为了高精度测量原导体电流，遵照IEC 60044-8Class 0.2的高端罗氏线圈是可用的。如果这些高端罗氏线圈具有高绕组一致性并关于原导体精确布置，并且如果使用高端读取电子器件，长期间时间上的精确测量是可能的。

然而，实现并精确布置这些高端罗氏线圈和读取电子器件的成本高昂。因此，需要使用更有成本效益组件的更低成本方案。然而，更有成本效益的罗氏线圈，诸如柔性罗氏线圈，通常绕组一致性更差。对于这个和其他原因，存在由于降低了测量精度而必须定期的校准这些罗氏线圈的问题。对于诊断安装和对于验证电流测量装置正在运行且其精度是足够的，校准是必需的。

用于校准的目的，罗氏线圈通常从原导体移除并被应用在生成校准的原电流(primary current)的测试装备。类似的规程必须应用至也必须被校准的读取电子器件。因此，校准规程一般更求原导体或至少电流测量装置被断开或关闭。此外，这些校准规程仅具有有限的能力来说明由于测量设备环境中的变化诸如温度波动或其他操作条件中的波动引起的测量电流中的偏移。

在EP专利申请EP 12002767中，提出了一种系统，用于对罗氏线圈和读取电子器件都执行背景校准。该方案涉及沿罗氏线圈的第三导体绕组，其适合于接收校准电流信号。但是，需要更精确的校准系统，其考虑误差的另外来源。

美国2004140879公开了一种非罗氏型电流传感器，其基于具有由磁性材料制成的封闭探针核和封闭补偿核的转换器。设备通过馈送电流至生成补偿磁通量的设备的补偿绕组来增加传感器的动态测量范围。

发明内容

考虑到以上，提供了根据权利要求1的电流测量装置和根据权利要求14的方法。

根据第一方面，提供一种电流测量装置，用于测量通过原导体的电流。电流测量装置包括罗氏型电流传感器，该电流传感器包括导体绕组，其连接至传感器端子对并适合于在其之间感应指示通过原导体的电流的测量电压；校准端子对，适合于提供校准电流至顺应于原导体的校准电流路径，使得校准电流在传感器端子对之间感应校准响应电压分量；以及控制电路。在此，如果电流路径以至多20°的容差平行于原导体并且如果电流路径足够接近原导体，使得沿电流路径运行的电流在罗氏线圈中创建通量-并且因此感应电压-而该通量与由原导体承载的相同电流将感应的通量紧密相关(即具有已知关系，至多20％的容差)，则电流路径被认为顺应于原导体。控制电路包括校准电流生成器(其用于生成校准电流并连接至校准端子对以用于经由校准端子对提供校准电流至校准电流路径)和电压分析器(其连接至传感器端子对以用于接收传感器端子对之间感应的校准响应电压分量)。

此外，根据所述第一方面，提供一种测量通过原导体的电流的方法。该方法包括提供罗氏型电流传感器，该电流传感器包括导体绕组，与原导体的关系是通过原导体的电流在连接到电流传感器的传感器端子对感应测量电压；提供校准电流至顺应于原导体的校准电流路径，由此校准电流路径以至多20°容差平行于原导体，并且由此校准电流路径布置得足够接近原导体，使得沿校准电流路径运行的电流在电流传感器中创建通量而该通量与由原导体承载的相同电流将感应的通量以至多20％的容差来具有已知的关系。通过校准电流在传感器端子对之间感应校准响应电压分量；通过连接至传感器端子对的电压分析器，接收该传感器端子对之间感应的校准响应电压分量；以及基于指示校准电流的校准电流信号与指示由校准电流感应的校准响应电压分量的校准电压输出信号的比较生成调整信号，并且通过连接至校准电路的电压分析器接收调整信号并且依据调整信号来修改电压分析器的输出信号。

本发明实施例的优点是能够在线执行校准，而无需中断原导体的正常操作。实施例的另一优点是校准电流沿顺应于原导体的校准电流路径运行。因而，校准电流感应对于罗氏线圈的电压，其类似于由沿原导体的电流感应的电压。另外，校准考虑罗氏线圈相对于原导体的几何布置，使得几何地感应的测量误差能够被补偿(例如，由于罗氏线圈围绕原导体轴非完美放置引起的误差)。另外，还能够考虑由于串扰和类似误差源引起的误差，例如，由于由相邻相导体发射的信号引起的误差。此外，能够以低复杂度的简单设计和使用具有成本效益的组件实现实施例。

能够与本文描述的实施例结合的另外的优点、特征、方面和细节是根据从属权利要求、描述和附图而显而易见。

附图说明

进一步的细节将参考附图在以下中描述，其中：

图1是根据本发明第一方面的原导体和电流测量装置的示意图；

图2是根据本发明第二实施例的原导体和电流测量装置的示意图；

图3是根据本发明第三实施例的原导体和电流测量装置的示意图；

图4是图3中所示装置及其变化的横截面图；

图5是三相系统电流测量装置的横截面图；以及

图6a-c是适用于本发明实施例的备选校准导体的横截面图。

具体实施方式

现在将详细作出对各种实施例的参考，所述实施例的一个或多个示例在每个附图中示出。每个示例仅以解释方式而不意在作为限制来被提供。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征能够被用于或结合任意其他实施例来产生仍有的另外的实施例。意图为本公开包括这样的修改和变化。

在下面的附图描述内，相同的附图标记指的是相同或类似组件。一般地，仅描述关于各个实施例的不同。除非以别的方式指定，一个实施例中的部分或方面的描述也应用于另一实施例中对应部分或方面。

现在将参考图1描述第一实施例。其中，原导体2承载被测原电流I_R。该图仅示出原导体2的一块，并且原导体2延伸超出图1所示块之外。另外，电流测量装置1提供用于测量原电流I_R。用于此目的，电流测量装置1具有罗氏线圈(罗氏型电流传感器)10。罗氏线圈10包绕原导体2的轴，如此原电流I_R在罗氏线圈10的端子14处感应测量电压。

与所述实施例无关，通过在非磁性和非导体载体上应用电导线来通常构建罗氏线圈。载体能够是基于塑料或玻璃或陶瓷的结构，并且形成封闭或几乎封闭环，使得形成一种螺旋线圈线。来自线圈一端的引线可通过线圈中心或接近线圈中心返回至另一端，使得两个端子在线圈的同一端并且使得螺旋线圈本身并不形成封闭环。

由于线圈的载体是非磁性的，因此罗氏线圈属于空心线圈类别。其磁化率明显小于1。载体可以是刚性的或柔性的，并且其形状可以是环形、圆环形或其他。

当在承载电流的原导体周围放置时，根据安培定律，罗氏线圈生成与电流的导数成比例的电压。因此，罗氏线圈端子14处的感应电压与原电流I_R的导数成比例，并且因此指示原电流I_R。

该电流测量装置1还包括控制电路30，其适合于接收来自罗氏线圈端子14的感应电压，并且适合于输出指示原电流I_R的结果信号，如控制电路30右侧两个箭头所指示的。对于此目的，控制电路30包括连接到传感器端子对14的用于接收感应电压的电压分析器32。电压分析器32包括积分信号的积分电路。由于在罗氏线圈中感应的电压与原导体中电流的改变率成比例，因此作为结果的积分信号(原始输出信号)与原电流I_R成比例。积分电路可以是数字装置如智能电子设备(IED)或模拟装置如电容器。数字积分装置具有允许通用进一步处理信号的优点。

如上所述，来自罗氏线圈和来自电压分析器32的信号-以及因此原始输出信号可随时间偏移并且因此存在时常执行校准的需要。对于此目的，控制电路30还包括校准电流生成器34。校准电流生成器34经由校准端子对24连接至校准导体21，其提供顺应于原导体2的校准电流路径22。

在此，如果电流路径以至多20°的容差平行于原导体(即，它的轴)并且如果电流路径足够接近原导体，使得沿电流路径运行的电流在罗氏线圈中创建通量-并且因此感应电压，该通量与原导体承载的相同电流将感应的通量紧密相关(即，具有已知的关系，至多20％的容差)，则电流路径被认为顺应于原导体。例如，校准电流路径可沿原导体或电平行于原导体运行。

与本实施例无关，校准导体21可被绝缘层如树脂层覆盖，并且从而与原导体2电隔离。

校准导体21可被实现为沿区域承载电流的导电箔。在这种情况下，可由电流集合定义电流路径，并且上述定义应用于电流的平均方向。因此，平均电流平行于原导体，至多20°容差。

校准端子24附连到的导电箔的外接触可具有比大部分导电箔21的电阻更低的电阻。这能够通过提供外接触作为导电箔的加厚部分来实现。从而，确保了校准电流I_cal对箔表面的一致覆盖。

校准电流生成器34包括电流生成模块34a和电流指示模块34b。电流生成模块34a生成校准电流I_call+并应用它在校准导体21的端子24之间，使得校准电流从端子24中的一个流向另一个。电流指示模块34b适合于将校准电流转换成校准电流信号。例如，指示模块34b可提供作为连接端子24的另一个至固定电压水平(例如，至接地电压)的电阻，使得跨电阻的电压U_cal与校准电流成比例并且充当校准电流信号。在本实施例中，U_cal是电压，但它可以是更通用的指示校准电流的一些其他信号，例如从A/D转换器获得的数字信号。优选地，指示校准电流的信号具有高精度，具有小于20％的误差，优选地小于10％。

控制电路30还包括校准电路36，其连接至校准电流生成器34(更确切地是联接至电流指示模块34b)和电压分析器32。

为了校准电流测量装置1，校准电流生成器34(更确切地是电流生成模块34a)生成校准电流I_cal并经由校准端子对24将校准电流I_cal提供给校准导体21，使得校准电流I_CAL沿校准电流路径22流动。校准电流I_CAL在罗氏线圈10的该传感器端子对14之间感应校准响应电压分量U_out。校准响应电压分量U_out经由传感器端子14提供给电压分析器32。

校准响应电压分量U_out可以叠加在其他电压分量上，例如叠加在测量响应电压分量上(由于沿原导体2的常规电流I_R引起)。为了从其他电压分量分离校准响应电压分量U_out，根据一般方面，感应的电流可通过(窄带通)频率滤波器，其仅通过包括AC校准电流频率的频率带。

电压分析器32然后以与获得沿原导体2的电流的电流测量相类似的方式处理校准响应电压分量U_out以形成校准电压输出信号U_{cal_out}。即，电压分析器32形成与校准响应电压分量U_out的积分成比例的校准电压输出信号U_{cal_out}。在本实施例中，U_{cal_out}作为电压提供，但它可作为任何其他信号如数字信号被提供。

由于校准电流路径22顺应于原导体2，由校准电流I_CAL感应的校准响应电压分量U_out与由原导体承载的相同电流将感应的电压紧密相关并且在测量的校准响应电压分量U_out和由原导体承载的相同电流将感应的电压之间具有已知的关系(至多20％的一定容差或更少)。因此，控制电路30可基于已提供给校准电流路径22的已知校准电流I_cal和基于校准电压输出信号U_{cal_out}执行校准。根据本发明的一般方面，校准电流信号U_cal(指示校准电流I_cal)和/或校准电压输出信号U_{cal_out}(在一方面)以及被测量的校准响应电压分量U_out(在另一方面)被用于校准电流测量装置。

在备选实施例中，校准电压输出信号U_{cal_out}与校准响应电压分量U_out(没有积分)直接成比例。在此情况下，校准电流信号U_cal与电流I_cal的导数成比例。

根据图1的实施例，由校准电路36执行校准如下：在一方面，校准电路36从电压分析器32接收校准电压输出信号U_{cal_out}。如上所述，校准电压输出信号U_{cal_out}描述校准电流I_cal，该校准电流I_cal以与沿原导体2的电流测量类似的方式测量。在另一方面，校准电路36从校准电流生成器34(更确切地从电流指示模块34b)接收校准电流信号U_cal。如上所述，U_cal是应用于校准电流路径22的实际校准电流I_cal的足够精确的指示器。因此，校准电路36能比较由U_{cal_out}表示的电流测量信号和由U_cal表示的实际应用电流。

用于校准，校准电路36配置用于基于U_{cal_out}与U_cal的比较提供反馈信号。即，校准电路36基于校准电流信号U_cal与校准电压输出信号U_{cal_out}的比较产生调整信号ε，例如形成差

ε＝U_{cal_out}-U_cal。

校准电路36提供调整信号ε至电压分析器32。电压分析器32依据调整信号ε修改测量输出(和以类似方式获得的输出校准电压输出信号U_{cal_out})，例如通过依据ε来调整测量输出的放大前因子。例如，能够从放大前因子减去与ε成比例的值，使得当ε为负时增加输出信号和输出校准电压输出信号U_{cal_out}以及当ε为正时减少输出信号和输出校准电压输出信号U_{cal_out}。因此，创建调整U_{cal_out}来与U_cal相等的反馈环。其他的调整也是可能的。根据一般方面，电压分析器32优选地依据调整信号ε来修改测量输出，如此U_{cal_out}被调整至与U_cal具有已知关系的值。

当找到此最终调整时，相同的最终调整然后也用于生成表示通过原导体2的被测量原电流I_R的校准的测量输出。因此，能够执行封闭环自动增益控制。

如上文所述，当原电流I_R流经原导体2时，能够执行校准规程。在这种情况下，罗氏线圈中感应的电压是由I_R感应的测量电压部分(与I_R导数成比例)与由I_cal感应的校准响应电压分量U_out(与I_CAL导数成比例)的叠加。用于校准，只提取了校准响应电压分量U_out使得与校准电流信号U_cal的有意义的比较是可能的。例如，这能够通过对于I_CAL和I_R使用不同频率以及通过滤波校准电压输出信号U_{cal_out}使得仅保留I_CAL频率而消除I_R频率来完成。

根据一般方面，校准电流I_cal的频率可以比常规电流I_R的频率更高，并且特定地可以是I_R频率的至少2倍或甚至至少5倍。这允许分离如上所述的两个信号。另外，因为线圈中感应的电压(电流的导数)与频率成比例，这允许更低的校准电流而同时仍在罗氏线圈中感应幅值的量级相同的信号。因此，根据另一方面，校准电流I_CAL的幅值可低于常规电流I_R的幅值，例如，低于I_R的一半。

通过如上所述的在线校准，放大能够以封闭环方式准持续地被调整以确保校正的信号输出。罗氏线圈敏感度的偏移以及电子器件增益的偏移被持续被校正以消除传感器和电子器件的老化和环境(例如温度)的影响。

根据一实施例，在模块32和36内运算的校正前因子的幅值允许诊断系统。根据一实施例，当校正因子在对应典型温度或老化值的预期范围之外时，例如在+/-20％的范围之外，触发指示传感器损坏或误用的警告信号。

根据一实施例，模块32和36集成在单个电路板中。该模块能够完全由模拟组件或部分数字地实现。在模拟组件的情况下，电压分析器36可以包括用于积分电压信号的电容器。在此情况下电压分析器36的输出，例如信号U_{cal_out}，具有与需要考虑的频率成比例的前因子。

根据一实施例，电流指示模块34b是手工可切换或可替换的。如此，因为通过仅改变输入至校准模块的信号U_cal，控制器30能够适合于不同类型的罗氏线圈特征而输出一致电流测量信号，控制器30能够以容易的方式适用于不同的罗氏线圈类型。由于仅单个组件需要改变，这导致了以特别低成本的系统灵活性。

图2示出了根据第二实施例的电流测量装置1。在此，图1的说明一般也被应用，除了以下提及的不同。此外，类似部件由图1中相同的附图标记所指。不同于图1，图2的电流测量装置1没有分开的校准导体21。相替代的，电流测量装置的校准端子2在原导体的不同轴向位置直接连接至原导体2，使得两个校准端子24之间定义的校准电流路径22通过原导体2的部分，更精确地，通过在周围包绕罗氏线圈10的那部分。如此，确保校准电流路径22沿着原导体2。图2中没有示出类似于图1的控制器30的细节。

图2的电流测量装置的操作类似于图1的电流测量装置的操作，除了校准电流I_cal直接应用于原导体2。图2的该布置具有的优点是相同的电流路径用于测量沿原导体的原电流I_R和用于校准，使得几何未对准进一步降低。

接着，参考图3描述第三实施例。该实施例再次对应图1的实施例，除了在下面提及的，以及相同的附图标记指类似部件。尽管在图1中罗氏线圈10和校准导体21完全环绕原导体2，图3示出一实施例，其中罗氏线圈10和校准导体21仅部分地在一侧有小间隙或缝隙地环绕原导体2。通过这种布置，校准导体21和罗氏线圈10能够放置在原导体2的周围而不拆开原导体2和没有设备的任何其他变化。因此，通过这种布置，能够在剩余设备没有任何修改的情况下，提供临时或改进的电流测量装置1。可能的是，因为罗氏线圈的所有端子14(见图3)只出现在罗氏线圈10的一侧(在图4中罗氏线圈10的左侧)，使得它能够容易地被夹紧在原导体2上或包绕在原导体2周围。

如图3和图4中所示，当柔性导电箔被用作校准导体和/或当罗氏线圈10是夹紧的柔性线圈时，图3的布置是特别有利的。

在罗氏线圈10中和在校准导体21中的缝隙足够小，使得罗氏线圈10和校准导体21本质上仍围绕原导体2的轴。这在图4中更详细地示出，图4是图3实施例的横截面图。其中，能够看到校准导体22绕原导体2的轴基本覆盖其整个圆周。因此，确保的是校准导体22提供如沿原导体2的电流而在罗氏线圈10上具有类似影响的校准电流路径。因此，通常优选的是校准导体21中的任何缝隙或间隙覆盖绕原导体2的中间轴小于180°和优选地小于90°和甚至更优选地小于30°。类似地，通常优选的是罗氏线圈10中的任何缝隙或间隙覆盖绕原导体2的中间轴小于90°和优选地小于30°。

提供校准导体21为柔性导电箔的另一优点如图4中所示：通过调节沿圆周方向的箔宽度，电流测量装置能够适合于原导体2的不同直径。这由图4中的虚线示出，虚线表示备选实施例具有宽度更大的导电箔21(相比图4的实施例中的那个)，其适合于更大直径的原导体。优选地，导电箔的直径是可调整的以适应不同直径的原导体。

图5示出了具有三个原导体2a、2b、2c的另一实施例，每一个用于三相系统的各相。对于原导体2a-2c的每一个，电流测量装置包括相应的电流传感器(罗氏线圈10a、10b、10c)和校准导体21a、21b、21c。在此，罗氏线圈和校准导体根据图3和图4的实施例示出，并且相应的描述也在此被应用。本文所述的任何其他实施例也可替代使用。

根据第一实施例，每个罗氏线圈和校准导体被连接至如图1的实施例中描述的相应控制单元功能性以用于执行独立的校准。相应控制单元功能性可以在单独壳体中提供并共享相同的电源和/或其他组件。

根据第二实施例，相应控制单元功能可以互相互连。特别地，关联至给定原导体的校准电流信号U_{cal_i}影响关联至其它原导体罗氏线圈的放大前因子。因此，能够消除原导体和罗氏线圈之间的串扰。

根据此实施例，通过测量所有罗氏线圈对每个校准路径中电流I_{cal_i}的响应(由校准电压输出信号U_{cal_out_j}表示)可以确定串扰系数α_itoj。通过对每个校准电流I_{cal_i}使用不同频率能够区分信号。备选地，能够选择单个校准频率并且校准电流每次顺序的施加至一个相位。然后，电压分析器32通过选择的以便于消除校准信号之间的串扰的线性叠加的系数，生成作为与每个罗氏线圈关联的原始输出信号的线性叠加的被校准输出。

即，U_{cai_out_j}对所有电流I_{CAL_i}的响应能够表示为一组3线性等式

U_{cal_out_j}＝Σ_iα_itoj·I_{CAL_i}. (1)

通过反演这些等式(1)，获得相应校准电流I_{cal_i}作为测量的校准电压输出信号U_{cal_out_j}的函数：

I_{CAL_i}＝Σ_jβ_jtoi·U_{cal_out_j}， (2)

其中通过求逆矩阵α_itoj获得系数β_jtoi。根据等式(2)，通过转换从常规电流获得的电压输出信号，获得消除了串扰的被校准输出。

因此，根据此实施例，电压分析器32连接至每传感器端子对14以用于接收由每个校准电流I_{CAL_i}在每传感器端子对14之间感应的校准响应电压分量U_{out_i}，并且从而确定一组3x3的调整系数β_jtoi。

以上描述能够直接推广至任意其他数量N的原导体。

图6a-6c中示出了实施例的备选变形。这些图仅示出了原导体2和校准导体21。所有其他元件与在本文所述的任何其他实施例中的一样。

在图6a中的实施例中，原导体2由校准导体21以类似于图1中所示方式完全围绕。例如，校准导体21可作为柔性导电箔或作为刚性片被提供。

图6b和6c示出了另一实施例，根据该实施例，校准导体21形成为多根线。线可以被附连至绝缘柔性材料，如绝缘箔(未示出)。然后线覆盖箔表面以承载沿箔的I_cal。因此，校准导体21可以提供作为平行于原导体2并围绕原导体的中心轴X以规则角度隔开的N条线的集合。校准导体21的两个相邻线的角度然后近似给定为360°除以n(最多20％的容差)。

在图6b中，提供校准导体21作为四根线，其以规则的角度距离(在这个情形中是90°)包围原导体。通过此布置，可以确保的是沿由校准导体21定义的校准路径运行的校准电流(在一方面)与沿原导体2运行的电流(在另一方面)生成相同偶极和四极电场。图6c示出对于N＝8的情形的这种实施例的示例，即对于由基于8根线、关于原导体2中心轴X的对彼此以45°角来提供的校准导体21的情形。

未示出的另一实施例仅有一根线21提供作为校准导体。这根导线平行于原导体2并且与原导体2空间分开，优选的分开距离小于原导体2的直径。

本文描述的实施例能够以许多方式变化。例如，校准导体能够集成在罗氏传感器铸件内，使得罗氏线圈和校准导体作为单个主体提供。此解决方案允许特别容易的安装，因为校准导体永久的被附连至罗氏线圈以提供单个装置。

在下文中，描述了本发明的一些一般方面。其中，在附图中使用的附图标记仅用于说明。这些方面不依赖任何特定实施例。这些方面能够与本文描述的任何其他方面和/或任何实施例结合。

根据一方面，指示另一信号的任何信号能够与其他信号中的一个、其他信号的导数或其他信号的积分成比例。例如，指示通过原导体2的原电流I_R的测量电压可以是原电流I_R的导数。类似地，校准响应电压分量U_out可以是校准电流I_cal的导数。类似地，指示校准响应电压分量U_out的校准电压输出信号U_{cal_out}可以是由积分校准响应电压分量获得的积分信号。

根据另一方面，指示校准电流I_cal的校准电流信号U_cal是电压或数字信号。

根据另一方面，控制电路30在普通模式和校准模式之间可切换。在校准模式中，校准电流生成器34提供校准电流以及电压分析器32分析校准响应电压分量U_out并且产生校准电压输出信号U_{cal_out}，以及校准电路36基于校准电流信号U_cal与校准电压输出信号U_{cal_out}的比较来提供调整信号ε。在普通模式中，校准电流生成器34未提供校准电流以及电压分析器32依据校准模式中接收的调整信号ε来修改电压分析器32的输出信号。

根据另一方面，控制电路30还包括连接至校准电路36的诊断单元，以用于接收调整信号ε，并配置成当调整信号ε满足预定故障条件时发出故障警告。故障条件可以是调整信号ε或源于调整信号的校准前因子超过预定间隔。

根据另一方面，校准电流信号U_cal具有由小于20％误差定义的高精确度。

根据另一方面，校准导体21在校准端子对24之间连接，用于承载以最多15％的容差沿平行于原导体的校准电流路径22的校准电流I_cal。校准导体21优选地与原导体2触电隔离。

根据另一方面，校准导体21定义多个电流路径，其中，在垂直于原导体2的轴X并包括部分电流传感器10的横截面中，至少两个电流路径关于原导体2的轴X以至少120°的相互角度放置，优选地至少170°。

根据另一方面，校准导体21关于原导体2的轴X对称放置，并且优选地关于包含原导体2的轴X的两个互相正交对称面对称放置。

根据另一方面，校准导体21是柔性导电箔。

根据另一方面，校准导体21和电流传感器10每个具有轴向开口15，允许校准导体21和电流传感器10夹紧到原导体2上。

根据另一方面，校准导体21机械附连至电流传感器10以形成单个单元。

根据另一方面，电流测量装置适合于测量通过复数N个原导体2A、2B、2C的电流，N≥2，其中电流传感器10属于复数N个罗氏型电流传感器10A、10B、10C，以及校准端子对24属于复数N个校准端子对，其适合于提供相应校准电流至顺应于N个原导体2中的相应一个的相应校准电流路径22。校准电流生成器34适合于经由相应校准端子对24提供相应校准电流至相应校准电流路径22。电压分析器32连接至每传感器端子对14，以用于接收由每个校准电流在每传感器端子对14之间感应的校准响应电压分量U_out，并且由此确定NxN的调整系数集合。

根据另一方面，校准电流生成器34适合于生成校准电流I_cal作为与通过原导体2的额定电流相比更低安培数和/或更高频率的AC电流。

根据另一方面，电压分析器32配置成分析由校准电流I_cal感应的校准响应电压分量U_out，以及配置成基于分析的校准响应电压分量U_out来产生校准电压输出信号U_{cal_out}。例如，校准电压输出信号U_{cal_out}可以是放大的和/或滤波的信号。

Claims (16)

1.一种用于测量通过原导体（2）的电流的电流测量装置（1），所述电流测量装置包括：

- 电流传感器(10)，所述电流传感器包括导体绕组（12），所述导体绕组连接至传感器端子对（14）并适合于在此之间感应指示通过所述原导体（2）的电流（I_R）的测量电压；

- 校准端子对(24)，适合于提供校准电流（I_CAL）给校准电流路径 (22)，使得所述校准电流在所述传感器端子对（14）之间感应校准响应电压分量（U_out），

特征在于

所述电流传感器（10）是罗氏型，并且在其中

- 所述校准电流路径（22）顺应于所述原导体（2），这是通过以至多20°容差而平行于所述原导体和通过布置得足够接近所述原导体（2），使得沿所述校准电流路径（22）运行的电流在所述电流传感器（10）中创建通量而所述通量与由所述原导体承载的相同电流将感应的通量以至多20%的容差来具有已知的关系；并且其中所述电流测量装置还包括

- 控制电路（30），包括

校准电流生成器（34），所述校准电流生成器用于生成所述校准电流（I_CAL）并且连接至所述校准端子对（24）以用于经由所述校准端子对（24）提供所述校准电流（I_CAL）至所述校准电流路径（22），以及

电压分析器（32），所述电压分析器连接至所述传感器端子对（14）以用于接收在所述传感器端子对（14）之间感应的所述校准响应电压分量（U_out）。

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其中所述控制电路（30）还包括校准电路（36），所述校准电路（36）被连接至

- 所述校准电流生成器（34）以用于接收指示所述校准电流（I_cal）的校准电流信号（U_cal）以及连接至

- 所述电压分析器（32）以用于接收校准电压输出信号（U_{cal_out}），所述校准电压输出信号（U_{cal_out}）指示由所述校准电流（I_cal）在所述传感器端子对（14）之间感应的所述校准响应电压分量（U_out），并且其中

所述校准电路（36）配置用于基于所述校准电流信号（U_cal）与所述校准电压输出信号（U_{cal_out}）的比较来提供调整信号（ε），并且其中

所述电压分析器（32）连接至所述校准电路（36）以用于接收所述调整信号（ε）和以用于依据所述调整信号（ε）来修改所述电压分析器（32）的输出信号。

3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其中所述控制电路（30）在普通模式和校准模式之间是可切换的，其中

在所述校准模式中，所述校准电流生成器（34）提供所述校准电流以及所述电压分析器（32）分析所述校准响应电压分量（U_out）并且产生所述校准电压输出信号（U_{cal_out}），以及所述校准电路（36）基于所述校准电流信号（U_cal）与所述校准电压输出信号（U_{cal_out}）的比较来提供所述调整信号（ε），以及

在所述普通模式中，所述校准电流生成器（34）不提供校准电流以及所述电压分析器（32）依据在所述校准模式中接收的所述调整信号（ε）来修改所述电压分析器（32）的输出信号。

4.根据权利要求2所述的电流测量装置，其中所述控制电路（30）还包括连接至所述校准电路（36）的诊断单元以用于接收所述调整信号（ε），并配置成当所述调整信号（ε）满足预定故障条件时发出故障警告。

5.根据权利要求3所述的电流测量装置，其中所述控制电路（30）还包括连接至所述校准电路（36）的诊断单元以用于接收所述调整信号（ε），并配置成当所述调整信号（ε）满足预定故障条件时发出故障警告。

6.根据权利要求2所述的电流测量装置，其中所述校准电流信号（U_cal）具有由小于20%误差定义的高精确度。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电流测量装置，还包括在所述校准端子对（24）之间连接的校准导体（21）以用于沿着以至多15%的容差平行于所述原导体的所述校准电流路径（22）承载所述校准电流（I_CAL），其中所述校准导体（21）优选地与所述原导体（2）电隔离。

8.根据权利要求7所述的电流测量装置，其中所述校准导体（21）定义多个电流路径，其中，在垂直于所述原导体（2）的轴（X）并包括部分电流传感器（10）的横截面中，所述电流路径中的至少两个关于所述原导体（2）的所述轴（X）以至少120°的相互角度放置。

9.根据权利要求7所述的电流测量装置，其中所述校准导体（21）关于所述原导体（2）的轴（X）对称放置。

10.根据权利要求7所述的电流测量装置，其中所述校准导体（21）是柔性导电箔。

11.根据权利要求7所述的电流测量装置，其中所述校准导体（21）和所述电流传感器（10）每个具有轴向开口（15）而允许所述校准导体（21）和所述电流传感器（10）夹紧到所述原导体（2）上。

12.根据权利要求7所述的电流测量装置，其中所述校准导体（21）机械附连至所述电流传感器（10）以形成单个单元。

13.根据权利要求1至6中的任一项所述的电流测量装置，适合于测量通过复数N个原导体（2A、2B、2C）的电流，N≥2，其中所述电流传感器（10）属于所述罗氏型的复数N个电流传感器（10A、10B、10C），以及所述校准端子对（24）属于复数N个校准端子对，所述复数N个校准端子对适合于提供相应校准电流至相应校准电流路径（22），所述相应校准电流路径（22）顺应于所述N个原导体（2）中的相应一个，其中

所述校准电流生成器（34）适合于经由所述相应校准端子对（24）来提供相应校准电流至所述相应校准电流路径（22），并且其中

所述电压分析器（32）连接至每传感器端子对（14）以用于接收由每所述校准电流在每所述传感器端子对（14）之间感应的所述校准响应电压分量（U_out），并且由此确定NxN个调整系数的集合。

14.根据权利要求1至6中的任一项所述的电流测量装置，其中所述校准电流生成器（34）适合于生成所述校准电流（I_CAL）作为与通过原导体（2）的额定电流相比更低安培数和/或更高频率的AC电流。

15.一种测量通过原导体（2）的电流的方法，所述方法包括：

- 提供罗氏型电流传感器（10），所述电流传感器包括导体绕组（12），与所述原导体（2）的关系是通过所述原导体（2）的电流（I_R）在连接至所述电流传感器（10）的传感器端子对（14）感应测量电压；

- 提供校准电流（I_CAL）至顺应于所述原导体（2）的校准电流路径（22），由此所述校准电流路径（22）以至多20°容差来平行于所述原导体并且由此所述校准电流路径（22）布置得足够接近所述原导体（2），使得沿所述校准电流路径（22）运行的电流在所述电流传感器（10）中创建通量而所述通量与由所述原导体承载的相同电流将感应的通量以至多20%的容差来具有已知的关系；

- 通过所述校准电流在所述传感器端子对（14）之间感应校准响应电压分量（U_out）；

- 由连接至所述传感器端子对（14）的电压分析器（32）来接收在所述传感器端子对（14）之间感应的所述校准响应电压分量（U_out）；以及

- 基于指示所述校准电流（I_cal）的校准电流信号（U_cal）与指示由所述校准电流（I_cal））感应的所述校准响应电压分量（U_out）的校准电压输出信号（U_{cal_out}）的比较，由校准电路（36）生成调整信号（ε），以及

- 由连接至所述校准电路（36）的所述电压分析器（32）接收所述调整信号（ε）并且依据所述调整信号（ε）修改所述电压分析器（32）的输出信号。

16.根据权利要求15所述的方法，由根据权利要求2的或根据引用权利要求2的前述装置权利要求中的任一项所述的电流测量装置来执行。