CN109036812B - 电流采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种电流采集装置。该电流采集装置包括电流互感器和电流采集电路，电流互感器包括铁芯，铁芯上缠绕有二次绕组；二次绕组的输出端与电流采集电路连接，二次绕组的额定负载为电流采集电路的总体采样负载的1至2倍；其中，电流采集电路的总体采样负载包括电流采集电路的采样负载，以及二次绕组的输出端与电流采集电路之间的连接阻抗。采用本发明的技术方案，可以提高电流互感器测量电流的准确度，以及提高电流互感器的饱和电流与额定电流之比，从而使电流互感器同时实现了测量和保护功能。

Description

电流采集装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电流采集装置。
背景技术
目前，在配电系统中常用的电流互感器分为测量用电流互感器和保护用电流互感器。其中，测量用电流互感器在额定电流的1.2倍及以下时能够保证有较高的准确度，但在有较大电流通过时，测量用电流互感器的铁芯会很快达到磁饱和，不能保证电流测量的准确度，不能满足继电保护装置对电流准确度的要求。保护用电流互感器对于较大电流能够保证电流测量的准确度，满足继电保护装置的要求，但在电流小于额定电流的1.2倍时，就不能保证电流测量的准确度。
因此，现有的电流互感器不同时具有测量和保护功能。为了满足配电系统的需求，需要同时安装测量用电流互感器和保护用电流互感器，成本较高且不能保证电流测量的准确度。
发明内容
本发明的实施例提供一种电流采集装置，以使电流互感器同时实现测量和保护功能。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种电流互感器，包括：电流互感器和电流采集电路，所述电流互感器包括铁芯，所述铁芯上缠绕有二次绕组；所述二次绕组的输出端与所述电流采集电路连接，所述二次绕组的额定负载为所述电流采集电路的总体采样负载的1至2倍；其中，所述电流采集电路的总体采样负载包括所述电流采集电路的采样负载，以及所述二次绕组的输出端与所述电流采集电路之间的连接阻抗。
可选地，所述二次绕组的匝数比额定匝数少的比例的范围为0％-5％；和/或，所述铁芯上缠绕有短路匝。
可选地，所述铁芯包括高导磁带形硅钢片。
可选地，所述高导磁带形硅钢片的厚度的范围为0.01mm-10mm。
可选地，所述二次绕组的输出容量为预设值。
可选地，所述二次绕组的输出电流的额定值为0.1A或1A。
可选地，所述连接阻抗包括所述二次绕组的输出端与所述电流采集电路之间连接线路的线路阻抗，以及所述连接线路与所述二次绕组的输出端和所述电流采集电路之间的连接阻抗。
可选地，所述电流采集装置还包括与所述电流采集电路连接的放大电路。
可选地，所述电流采集装置还包括与所述放大电路连接的端口保护模块和/或AD采样模块。
本发明实施例的电流采集装置，通过控制电流互感器的二次绕组的额定负载为电流采集电流的总体采样负载的1至2倍，在满足电流互感器的额定负载大于电流采集电路的中体采样负载的情况下，有效降低了电流互感器的额定负载，并使得电流互感器的额定负载与电流采集电路相匹配，提高了电流互感器测量电流的准确度，以及提高了电流互感器的饱和电流与额定电流之比，从而使电流互感器同时实现了测量和保护功能。
附图说明
图1为本发明的实施例的电流采集装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的电流采集装置的电流互感器的结构示意图。
附图标记说明：
10、铁芯；11、二次绕组；12、二次绕组的输出端；13、外壳；14、固定机构；20、电流采集电路；21、放大电路；22、端口保护模块；23、AD采样模块；30、MCU。
具体实施方式
下面结合附图(若干附图中相同的标号表示相同的元素)对本发明实施例的电流采集装置进行详细描述。
图1为本发明的实施例的电流采集装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例的电流采集装置包括电流互感器和电流采集电路，电流互感器包括铁芯10，铁芯10上缠绕有二次绕组11；二次绕组的输出端12与电流采集电路20连接，二次绕组11的额定负载为电流采集电路20的总体采样负载的1至2倍。其中，电流采集电路20的总体采样负载包括电流采集电路20的采样负载，以及二次绕组的输出端12和电流采集电路20之间的连接阻抗，也即，电流采集电路20的总体采样负载为电流采集电路20的采样负载，和二次绕组的输出端12和电流采集电路20之间的连接阻抗之和。
本发明实施例中，二次绕组11的额定负载为电流采集电路20的总体采样负载的1～2倍，相对于现有技术中二次绕组11的额定负载为总体采样负载的3～10倍，相当于在满足额定负载大于总体采样负载的情况下，有效地降低了二次绕组11的额定负载。
在该电流采集装置中，电流采集电路20与二次绕组11连接，用于采集电流信号。通过降低二次绕组11的额定负载，来降低一次侧电流中用于提供励磁电流的一部分，从而增加了电流采集电路20所采集的电流信号的稳定性，进而提高了电流互感器测量电流的准确度。而且，使得二次绕组11的额定负载与电流采集电路20相匹配，在电流互感器因体积受限而限定输出容量时，也可以得到较高的饱和倍数。例如，在一次通过额定电流15倍时，输出才会能达到饱和。也即，本实施例通过降低电流互感器的额定负载，以及通过将额定负载与电流采集电路20相匹配，可以提高电流互感器的饱和电流与额定电流之比，在测量用电流互感器的基础上实现了电流互感器的保护功能，从而实现了电流互感器的测量和保护功能的合一。
如图2所示，在本实施例的电流互感器中，铁芯10上未直接缠绕一次绕组，而通过将被测电路直接穿过铁芯10，利用被测电路磁感应形成的电流来代替一次绕组。当然，在其他实施例中，也可以在铁芯10上直接缠绕一次绕组。
可选地，二次绕组的输出端12和电流采集电路20之间的连接阻抗，包括二次绕组的输出端12与电流采集电路20之间的连接线路的线路阻抗，以及连接线路与二次绕组的输出端12和电流采集电路20之间的连接阻抗。例如，二次绕组的输出端12通过导线与电流采集电路20连接，则二次绕组的输出端12和电流采集电路20之间的连接阻抗包括导线内阻抗，导线与二次绕组的输出端连接处存在的连接阻抗，以及导线与电流采集电路连接处存在的连接阻抗。
可选地，电流互感器的输出容量为预设值。例如，控制电流互感器的体积为设定值，来控制电流互感器的输出容量为预设值。在这里说明，在其他实施例中，还可以将电流互感器的体积增大，使得电流互感器的输出容量较高，在控制二次绕组的额定负载为电流采集电路的总体采样负载的2倍以上的情况下，来同时实现电流互感器的测量和保护功能。
本实施例中，电流互感器通过进行精度补偿来提高测量精度，以进一步提高电流互感器测量电流的准确度。本实施例的电流互感器对采用的精度补偿方式不作限定。具体地，可以采用二次匝数补偿方式和/或短路匝补偿方式。
例如，在采用二次匝数补偿方式时，可以通过控制二次绕组11的匝数比额定匝数少，且二次绕组11的匝数比额定匝数少的比例的范围为0％-5％。也即，二次绕组11比额定匝数少绕几匝，用于对电流互感器的比差进行补偿。例如，若二次绕组11比额定匝数少绕Nx匝，其补偿量Δf可通过公式：Δf＝Nx/(N2-Nx)×100％进行计算。其中，N2为二次绕组11的额定匝数。
再例如，在采用短路匝补偿方式时，可以在一次绕组与二次绕组11之间缠绕短路匝。采用短路匝补偿方式，可以使一次安匝中除原来消耗的铁芯10励磁安匝外，还消耗短路匝中短路电流安匝，也即，电流互感器的误差为励磁安匝和短路电流安匝之和，通过短路匝可以电流互感器的误差进行补偿。其中，短路匝对误差的补偿数值为负的短路电流安匝与一次电流安匝的比值。如图2所示，在实际应用中，如果电流互感器的铁芯10上未直接缠绕一次绕组，则可以在铁芯10上缠绕二次短路匝。
在一种可选的实施方式中，铁芯10包括高导磁带形硅钢片。例如，采用厚度范围为0.01mm-10mm的高导磁带形优质硅钢片。采用高导磁带形优质硅钢片，可以使得铁芯10能够获得更高的磁通量，进而提高铁芯10的磁饱和度。也即，通过提高铁芯10的磁饱和度，来提高一次绕组所允许通过电流的最大值，从而在一次绕组通过较大电流的情况下，才能使得铁芯10达到磁饱和。
此外，本实施例的电流互感器包括外壳，在电流互感器的体积一定，也即外壳大小固定的情况下，可以通过合理控制铁芯10截面和铁芯10窗口的面积。例如，在外壳内部空间所允许的情况下，适应增加铁芯10截面的面积。
本实施例中，二次绕组11的输出电流的额定值为0.1A或1A。
如图2所示，在该电流检测装置中还可以包括放大电路21，放大电路21与电流采集电路20连接，用于将电流采集电路20采集的二次绕组11采集输出的电流信号进行放大，从而方便对放大后的电流信号进行处理。
此外，电流检测装置还可以包括端口保护模块22和/或AD采样模块23。
例如，将放大电路21、端口保护模块22和AD采样模块23依次连接在电流采集电路与MCU 30之间。电流采集电路从二次绕组采集的电流信号，依次经过放大电路21、端口保护模块22和AD采样模块23，传递至与MCU，由MCU 30对电流信号进行分析处理。其中，MCU 30可以设置在配电系统中的数字配电终端中，用于通过电流采集装置来采集配电线路中的电流信号，实现对配电线路中电流的测量，以及进一步实现对配电线路的保护等。
上述为本发明实施例的电流采集装置，该电流采集装置适用于安装在配电系统中。该电流采集装置具有如下技术效果：
本发明实施例的电流采集装置，通过控制电流互感器的二次绕组的额定负载为电流采集电流的总体采样负载的1至2倍，在满足电流互感器的额定负载大于电流采集电路的中体采样负载的情况下，有效降低了电流互感器的额定负载，并使得电流互感器的额定负载与电流采集电路相匹配，提高了电流互感器测量电流的准确度，以及提高了电流互感器的饱和电流与额定电流之比，从而使电流互感器同时实现了测量和保护功能。
进一步地，通过二次匝数补偿方式和/或短路匝补偿方式对电流互感器进行精度补偿，可以使电流互感器的测量精度和线性度达到千分之五，进一步提高了电流互感器测量电流的准确度，可以同时满足测量用电流互感器和保护用电流互感器的精度需求。
进一步地，通过采用高导磁带形硅钢片来组成铁芯，以及合理控制铁芯截面和铁芯窗口面积，在材质和结构上提高了铁芯的饱和度，进一步提高了电流互感器测量电流的准确度。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分操作组合成新的部件，以实现本发明的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电流采集装置，其特征在于，包括电流互感器和电流采集电路，所述电流互感器包括铁芯(10)，所述铁芯(10)上缠绕有二次绕组(11)；
所述二次绕组的输出端(12)与所述电流采集电路(20)连接，所述二次绕组(11)的额定负载为所述电流采集电路(20)的总体采样负载的1至2倍；其中，所述电流采集电路(20)的总体采样负载包括所述电流采集电路(20)的采样负载，以及所述二次绕组的输出端(12)与所述电流采集电路(20)之间的连接阻抗；
其中，被测电路直接穿过所述铁芯(10)，利用被测电路磁感应形成的电流来代替一次绕组，或在所述铁芯(10)上直接缠绕一次绕组。
2.根据权利要求1所述的电流采集装置，其特征在于，所述二次绕组(11)的匝数比额定匝数少的比例的范围为0％-5％；和/或，所述铁芯(10)上缠绕有短路匝。
3.根据权利要求1所述的电流采集装置，其特征在于，所述铁芯(10)包括高导磁带形硅钢片。
4.根据权利要求3所述的电流采集装置，其特征在于，所述高导磁带形硅钢片的厚度的范围为0.01mm-10mm。
5.根据权利要求1所述的电流采集装置，其特征在于，所述二次绕组(11)的输出容量为预设值。
6.根据权利要求1所述的电流采集装置，其特征在于，所述二次绕组(11)的输出电流的额定值为0.1A或1A。
7.根据权利要求1所述的电流采集装置，其特征在于，所述连接阻抗包括所述二次绕组的输出端(12)与所述电流采集电路(20)之间连接线路的线路阻抗，以及所述连接线路与所述二次绕组的输出端(12)和所述电流采集电路(20)之间的连接阻抗。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电流采集装置，其特征在于，所述电流采集装置还包括与所述电流采集电路连接的放大电路(21)。
9.根据权利要求8所述的电流采集装置，其特征在于，所述电流采集装置还包括与所述放大电路(21)连接的端口保护模块(22)和/或AD采样模块(23)。
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