CN106908656A - 具有增强的温度测量功能的电流互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有增强的温度测量功能的电流互感器。本发明提供使用电流互感器用于温度感测装置的方法。该方法通过以下步骤确定电流互感器的次级绕组的温度：将DC电流注入到次级绕组；测量次级绕组两端的电压；根据由所注入的DC电流在次级绕组中感应的电压来计算次级绕组的电阻；以及通过计算或与验证的电阻/温度的比较组合来确定次级绕组温度。

Description

具有增强的温度测量功能的电流互感器
发明领域
本发明大体上涉及电流互感器，并且具体地涉及可以从电流互感器导出的附加感测。
发明背景
图1图示现有技术的典型电流互感器(CT)，其通常由参考数字10表示。CT包括初级绕组14和次级绕组26，该初级绕组14将电流从电源18传送到负载22，该次级绕组26接收来自初级绕组14的感应电流。次级绕组26被连接到测量/监控装置30，该测量/监控装置30可以是诸如断路器的保护装置、能够解释从次级绕组26中接收的感应电流信号的过载继电器或其他装置。如果来自次级绕组26的感应电流信号指示初级绕组14中的电流已经超过预定水平，则监控装置30可以启动对初级绕组14中的电流流动的中断。在更复杂的保护装置中，监控装置30可以包括存储器34，用于存储由至少一个处理器42使用的算法38，以解释来自次级绕组26的感应电流信号，确定初级绕组14中的电流流动是否超过预定水平并且启动对初级绕组14中的电流流动的中断。
如上所述，电流互感器广泛地用于保护系统，以监控负载电流。在许多应用中，将CT放置在温度可以变化足以影响CT的精度的区域中。在CT的精度是极其重要的关键应用中，可以靠近CT安装温度感测装置来提供局部温度信息。CT监控设备可以使用局部温度信息来补偿温度对CT的影响。这需要安装温度测量装置并且将其连接到CT监控设备，CT监控设备添加了用于温度感测设备及其安装的额外成本。在一些实例中，CT被安装在不具有用于附加感测装置的空间的小壳体内或者安装在难以进入的位置。在这些情况下，温度感测装置可能不够接近CT以提供可用于增加CT的精度的精确的局部温度读数。因此，具有实际上是CT的整体部分的温度感测装置将是有益的。
发明概述
本发明使用电流互感器(CT)的某些特性以及DC电流电路和电压测量电路的添加，以从CT获得温度信息。基本上，将CT进行修改以起到电流互感器和温度传感器两者的作用。利用附加温度信息，CT的测量/监控电路可以执行在没有温度信息的情况下不容易实现的附加诊断功能，其包括但不限于，确定CT是否具有温度相关精度问题或者初级电路中是否存在可能的松动电连接或电弧。这些新的诊断功能可以为初级电路中能导致时间损失或设备损坏的可能的事件提供早期警告。本发明的修改的电流互感器提供了用于获得电流和温度信息二者的系统，该系统包括：
电流互感器，其具有初级绕组和次级绕组；
用于将DC电流注入到次级绕组中的电路；
用于测量次级绕组两端的电压的电路；
处理器，用于根据所测量的电压计算次级绕组的电阻；
存储器，用于存储次级绕组的计算的电阻；
通过处理器确定次级绕组的温度；以及
将次级绕组的确定的温度存储在存储器中，用于供处理器的诊断使用。
本发明还提供了确定电流互感器的次级绕组的温度的方法，该方法包括以下步骤：
将直流电流(DC)注入到CT的次级绕组中；
测量由注入的DC电流感应的次级绕组两端的电压；
通过处理器从所测量的电压计算次级绕组的电阻；
通过处理器确定次级绕组的温度；以及
将次级绕组的确定的温度存储在存储器中，用于供处理器的将来诊断使用。
附图简述
图1图示用于测量电导体中的电流的典型电流互感器。
图2图示本发明的电流互感器，其感测电流和温度。
图3是图示确定电流互感器次级绕组的温度的方法的流程图。
图4是图示确定初级电路中可能的松动电连接的方法的流程图。
图5是图示确定初级电路中可能的断路、失相或电弧的方法的流程图。
实施方案的详细描述
现在参考图2，示出了本发明的CT，该CT通常由参考数字46表示。如在图1的现有技术CT10中，初级绕组14将电流从电源18传送到负载22，并且将电流感应到次级绕组26，在其中，电流由测量/监控装置30测量。本发明的CT46包括DC电流电路50、由缓冲器58和模数转换器(ADC)62组成的电压测量电路54、用于存储参考数据、历史数据和算法38的存储器34以及多个处理器42中的一个。参考数据可以包括但不限于CT设计/材料数据、查找表、电阻/温度关系以及验证的测试数据。历史数据可以包括但不限于过去的电阻数据、电压数据、温度数据、基于所感测电流的预期温度以及诊断结果。DC电流电路50可以由测量/监控装置30控制，使得可以根据需要断开、增加或减少注入的DC电流，以增加测量精度。处理器42使用算法38、参考数据和所测量的数据来确定次级绕组26的温度。使用叠加电定理，ADC62可以测量电流传感器输出电流*负荷电阻RB以及电流源*(负荷电阻RB∥电流传感器46绕组26电阻)。已知负荷电阻RB和电流源50的输出，可以计算电流传感器46绕组26的电阻。可替换地，可以根据关于由DC电流电路50感应的电压的信息计算次级绕组26的电阻。一旦知道次级绕组26的电阻，可以基于CT46设计的特性(基于用在CT46中并且存储在存储器34中的材料的电阻和温度之间的关系)确定温度。通过在验证的温度下测量次级绕组26电阻创建的电阻/温度关系表还可以用于确定次级绕组26的温度。如果存在温度引发的CT46感测误差，则电阻/温度表还可以被用作校准参数。
一旦次级绕组26的感应电压、电阻和温度已被确定并且存储在存储器34中，处理器42就可以通过将确定的次级绕组26的温度与已知的先前确定的次级绕组26温度进行比较来评估来自次级绕组26的感应电流信号的精度，以产生CT感测误差并且相应地补偿任何温度相关误差。可以通过将认为错误的感测电流与历史电阻/温度数据或验证的电阻/温度测试数据和CT46的其他存储特性进行比较以确定可用于补偿温度相关电流感测误差的校正因数来实现补偿。补偿温度相关误差的能力允许CT46保持可靠的精确电流读数。
利用次级绕组26的温度信息，监控装置30还可以通过将次级绕组26的确定的温度与存储在存储器34中的CT46的历史数据进行比较来确定初级绕组14电路中潜在的电气问题。可以通过处理器42将次级绕组26的确定的温度及其相关的感测电流与存储在存储器34中的对于相同感测电流的次级绕组26温度的预期范围进行比较。如果确定的次级绕组26的温度大于对于相同感测电流的次级绕组26温度的预期范围，则初级绕组14电路中可能的松动电连接可以由处理器42检测。如果处理器42对次级绕组26的几个最近存储的温度的比较在感测电流的预期温度范围和大于感测电流的预期温度范围的温度之间是循环的，初级绕组14中的断路、失相或电弧的指示可由处理器42检测。将测量的感应电压、感测电流和导出的温度与存储在存储器34中的历史数据进行比较还可以检测随时间的细微变化，其能够指示CT46的劣化性能或需要预防性维护。与历史数据的比较还可以检测相对于CT46的已建立的表征的突然偏差，其指示需要更紧急的校正动作。
现在参考图3，描述了用于确定次级绕组26的温度并且必要时使用所确定的温度来补偿温度诱导的电流感测误差的过程。来自存储在存储器34中的算法38的以下步骤是由测量/监控装置30的处理器42执行。为了启动CT46的温度感测功能，可由测量/监控电路30控制的DC电流电路50在步骤100处将已知的DC电流注入到次级绕组26中。所注入的DC电流在次级绕组26中感应电压。在步骤105处，由电压测量电路54测量感应电压。在步骤110处，计算次级绕组26的电阻。可以使用关于由DC电流电路50感应的电压的信息或通过使用叠加电定理来计算次级绕组26电阻，其中，ADC62可以测量电流传感器输出电流*负荷电阻RB并且电流源*(负荷电阻RB∥电流传感器46绕组26电阻)。已知负荷电阻RB和电流源50的输出，可以计算电流传感器46次级绕组26的电阻。在步骤115处，次级绕组26的计算的电阻被存储在存储器34中。在步骤120处，次级绕组26的计算的电阻被用于确定次级绕组26的温度。通过处理器42将次级绕组26的计算的电阻与存储在存储器34中的电阻/温度关系表进行比较。电阻/温度关系表可以基于诸如用在CT46的材料的设计特性或者基于在受控温度下取得的一系列的次级绕组26的电阻测量结果。电阻/温度关系表还可以被用作校准参数。在步骤125处，次级绕组26的确定的温度被存储在存储器34中。在步骤130处，处理器42将次级绕组26的确定的温度与先前确定以产生CT46电流感测误差的阈值温度或温度范围进行比较。阈值温度可以通过实际测试或者通过CT46的特性(诸如用于制作CT46的材料)来确定。如果次级绕组26的确定的温度超过先前确定的误差阈值温度，则处理器42将确定是否存在电流感测误差并且必要时在步骤135处补偿所检测的误差，然后返回到步骤100。如果所确定的次级温度没有超过先前在步骤130处确定的CT46误差阈值温度，则处理器42可以直接返回到步骤100。
一旦次级绕组26的温度已被确定并且存储在存储器34中并且已经解决任何电流感测误差，处理器42可以使用次级温度用于其他诊断测试。在图4中，使用温度确定算法的步骤100-125，处理器42可以在步骤130处将所确定的次级温度与由CT46感测的电流的预期的先前确定的次级温度进行比较。如果所确定的次级温度超过预期的次级温度，则在步骤135处可以向监控装置30报告可能的松动电连接。在图5中，使用温度确定算法的步骤100-125，处理器42可以在步骤130处将所确定的次级温度与最近记录的次级温度进行比较，以确定是否存在循环模式。如果观察到正被感测的电流的预期次级温度的循环温度模式和高于预期的次级温度，则在步骤135处可以向监控装置30报告初级电路中可能的断路、失相或电弧。
虽然已经公开了本发明的具体示例实施方案，但是本领域的技术人员将认识到，可以对针对具体示例实施方案描述的细节做出改变，而没有偏离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种提供电流和温度测量的电流互感器(CT)，包括：
电流互感器，其具有初级绕组和次级绕组；
用于将DC电流注入到所述次级绕组中的电路；
用于测量所述次级绕组两端的电压的电路；
处理器，其用于根据所测量的电压计算所述次级绕组的电阻；
存储器，其用于存储所述次级绕组的所计算的电阻；
通过所述处理器确定所述次级绕组的温度；以及
将所述次级绕组的所确定的温度存储在所述存储器中，用于供所述处理器的诊断使用。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所注入的DC电流是由DC电流电路提供的已知电流。
3.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，通过所注入的DC电流在所述次级绕组中感应电压。
4.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，用于测量所述电压的电路包括缓冲器和模数转换器。
5.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述确定包括将所述次级绕组的所计算的电阻与在经验证的次级绕组温度下测量的所述次级绕组的先前记录的电阻进行比较。
6.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述确定包括计算所述次级绕组的温度。
7.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述处理器使用所述次级绕组的存储的电阻值和温度值与所述CT的其他存储的特性来补偿所述CT的温度相关电流感测误差并且诊断所述CT初级绕组中潜在的电气问题。
8.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述次级绕组的最近存储的温度被与存储在所述存储器中已知影响所述CT的电流感测精度的阈值温度进行比较。
9.根据权利要求8所述的电流互感器，其中，如果所述次级绕组的所述最近存储的温度大于所述阈值温度，则所述处理器访问存储在所述存储器中的将已知的次级绕组温度与已知的温度相关电流感测误差相关联的数据，并且相应地调整最近存储的感测电流以补偿所述温度相关电流感测误差。
10.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，所述次级绕组的最近存储的温度和感测电流被与存储在所述存储器中的所述感测电流的预期温度进行比较，如果所述最近存储的温度大于所述预期温度，则所述初级绕组中的可能的松动电连接能够由所述处理器检测到。
11.根据权利要求1所述的电流互感器，其中，如果所述处理器对所述次级绕组的几个最近存储的温度的比较在感测电流的预期的温度和大于所述感测电流预期的温度之间是循环的，则所述初级绕组中的电弧的指示能够由所述处理器检测到。
12.一种确定电流互感器(CT)的次级绕组的温度的方法，包括以下步骤：
将直流电流(DC)信号注入到所述CT的所述次级绕组中；
测量由所注入的DC电流感应的在所述次级绕组两端的电压；
通过处理器根据所测量的电压计算所述次级绕组的电阻；
通过所述处理器确定所述次级绕组的温度；以及
将所述次级绕组的所计算的电阻和所确定的温度存储在存储器中，用于供所述处理器的将来诊断使用。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述注入的DC电流由DC电流电路提供。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述DC电流电路由测量/监控装置控制，使得能够根据需要断开、增加或减少所述注入的DC电流，以增加测量精度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电压由电压测量电路测量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电压测量电路包括缓冲器和模数转换器。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述确定包括将所述次级绕组的所计算的电阻与在验证的次级绕组温度下测量的所述次级绕组的先前记录的电阻进行比较。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述次级绕组的温度被计算而得。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述处理器的所述将来诊断使用包括检测以下项中的至少一项：
温度相关电流感测误差并且补偿所述温度相关电流感测误差；
初级绕组电路中潜在的松动电连接；
所述初级绕组电路中潜在的电弧条件；
所述CT的劣化性能；
对所述CT的细微变化，或
相对于所述CT的已建立表征的突然偏差。
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