CN110095645A - 一种非接触式电量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种非接触式电量测量装置，包括有非金属支架以及设置在非金属支架上的开口环型D‑dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器，非金属支架设有用以放置待测导线的凹槽，开口环型D‑dot电压传感器的开口位于凹槽的正下方，开合式霍尔电流传感器的窗孔与凹槽的延伸方向相对齐；还包括有采集装置和接收装置，采集装置分别与开口环型D‑dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器相连，接收装置与采集装置相连。本发明能够实现电压、电流的非接触测量及装置的自供电，具有安全、操作方便、无需额外电源供电等优点。

Description

一种非接触式电量测量装置

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种非接触式电量测量装置。

背景技术

变压器损耗测量是确定变压器状态以及判断变压器匝间短路、股间短路等故障的重要试验，而电压、电流是变压器损耗测量的关键参量，因此测量电压和电流值非常重要。目前电压电流测量主要通过互感器来实现。传统互感器体积较大，且绝缘难度随电压等级升高而加大；铁芯的存在可能导致铁磁谐振，而铁磁饱和又会导致动态范围变小；其补偿电抗、互感绕组以及中间变压器等电感性结构与互感器杂散电容等构成高阶电路，造成互感器测量带宽变窄或在高频下发生高频谐振，导致互感器监测不到一次侧发生的暂态波形或不能及时跟随一次侧波形变化。而且目前测量电压、电流值一般采用接触测量方式，即电压、电流传感器与导线导体接触连接，导线导体带电载流，该方法不仅需要在停电情况下进行连接，而且接触测量带来耗时、耗力、不安全、效率低等问题。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种非接触式电量测量装置，用以实现电压、电流的非接触测量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非接触式电量测量装置，包括有非金属支架以及设置在所述非金属支架上的开口环型D-dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器，所述非金属支架设有用以放置待测导线的凹槽，所述开口环型D-dot电压传感器的开口位于所述凹槽的正下方，所述开合式霍尔电流传感器的窗孔与所述凹槽的延伸方向相对齐；还包括有采集装置和接收装置，所述采集装置分别与所述开口环型D-dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器相连，所述接收装置与所述采集装置相连。

开口环型D-dot电压传感器依靠电场耦合方式对导体电位进行测量，是基于导体周围电场值与导体自身电位成正比的原理，通过在被测导体周围产生的电场中引入传感器，获得与电场值对时间微分量成正比的电压信号。电极的高斯面与电位移矢量正交，通过提高电极对被测导体的等效面积提高了传感器的精度。开合式霍尔电流传感器能够在不断开被测导线的情况下进行电流测量。测量时，待测量导线放置在非金属支架的凹槽内，并从开合式霍尔电流传感器的开口进入窗孔，此时导线位于开合式霍尔电流传感器的窗孔内，并位于开口环型D-dot电压传感器的上方，且待测导线与开口环型D-dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器均未接触，此时启动开口环型D-dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器即可实现对待测导线的电压和电流进行非接触测量，并将测量结果通过采集装置经无线传输的方式发送到接收装置上。通过上述方式，即可实现电压、电流的非接触测量，且上述方式能够在不断开被测导线及导线带电的情况下进行测量。

在上述技术方案的基础上，本发明还有更进一步的优化和改进。

优选的是，所述非金属支架上设有屏蔽罩，所述开口环型D-dot电压传感器、开合式霍尔电流传感器和采集装置位于所述屏蔽罩内。屏蔽罩能够对周围干扰电场进行屏蔽，保证测量的准确。

进一步地，所述屏蔽罩的材质为金属，金属材质的屏蔽罩的屏蔽效果良好。

优选的，所述非金属支架上还设置有用以给所述开口环型D-dot电压传感器、开合式霍尔电流传感器和采集装置供电的取电装置，所述取电装置包括有电磁取能线圈、开合式铁芯、过压和过流保护模块、整流滤波模块、充放电模块、锂电池和稳压模块，所述电磁取能线圈缠绕在所述开合式铁芯上，所述开合式铁芯的窗孔与所述凹槽的延伸方向相对齐，所述电磁取能线圈与所述过压和过流保护模块、整流滤波模块和充放电模块依次连接，所述充放电模块分别与所述锂电池和稳压模块连接；所述稳压模块分别与所述开口环型D-dot电压传感器、开合式霍尔电流传感器和采集装置的电源端相连接。取电装置能够进行感应取电，能够满足开口环型D-dot电压传感器、开合式霍尔电流传感器和采集装置的电能需求，无需额外提供电源。

进一步地，所述开口环型D-dot电压传感器的开口为半圆形，角度为180°。半圆形结构与被测导体周围电场的等位面近似，可保证电极上的电荷分布均匀，最大程度降低了由电极造成的电场畸变，避免了局部电场最大值的升高，降低了绝缘击穿的可能性，同时半圆形结构方便被测导线的安装和测量。

优选的是，所述非金属支架呈横放的三棱柱结构，所述凹槽设置在所述非金属支架的顶部侧棱上并沿顶部侧棱的长度方向延伸，所述开合式霍尔电流传感器和开合式铁芯分别设置在所述非金属支架的顶部侧棱的两端。

三棱柱结构具有结构稳定、坚固、轻便、加工制造简单等优点，能够将被测导线平直架起。

进一步地，所述凹槽的横向截面呈顶角向下的三角形结构，能够实现待测导线的平稳放置。

优选的，所述屏蔽罩呈拱形，设在呈横放的三棱柱结构的所述非金属支架的两个侧面上。呈拱形的屏蔽罩便于屏蔽罩的取放，使用时，仅需将屏蔽罩放置在非金属支架上即可，测量完成后又可直接取下。

优选的，呈横放的三棱柱结构的所述非金属支架的底面和倾斜的两个侧面镂空设置，便于安装开口环型D-dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器，尤其便于开口环型D-dot电压传感器安装非金属支架内部、在凹槽下方。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用开口环型D-dot电压传感器和开合式霍尔电流传感器能够实现非断电、非接触情况下的电压、电流测量，具有安全、操作方便等优点；

2、设置取电装置，能够利用取电装置进行感应取电，满足测量装置的电能需求，具有安全、操作方便、无需额外电源供电等优点；

3、屏蔽罩能够对周围干扰电场进行屏蔽，保证测量的准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的正面结构示意图（局部剖视）；

图2为本发明的侧面结构示意图（开口环型D-dot电压传感器和取电装置未示出）；

图3为取电装置的结构示意图；

图4为待测导线进入开合式霍尔电流传感器的穿孔并放置在非绝缘支架上的示意图；

图5为待测导线位于开合式铁芯的窗孔时的结构示意图。

其中，图中所示标记为：1：开口环型D-dot电压传感器，2：开合式霍尔电流传感器，3：取电装置，4：非金属支架，5：屏蔽罩，6：采集装置，7：接收装置，8：导线；31：电磁取能线圈，32：开合式铁芯，33：过压和过流保护模块，34：整流滤波模块，35：充放电模块，36：锂电池，37：稳压模块，41：平板，42：凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1、图2和图3，本发明优选的实施例提供一种非接触式电量测量装置，主要包括有开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2、取电装置3、支架4、屏蔽罩5、采集装置6和接收装置7。

请参照图1，非金属支架4呈横放的三棱柱结构，三棱柱结构具有坚固、轻便、加工制造简单等优点，能够将被测导线平直架起。非金属支架4优选由环氧树脂材料制成，非金属材质保证了不对电压和电流测量产生干扰。凹槽42的横向截面呈顶角向下的三角形结构，即为一种倒三角形的凹槽结构，设置在非金属支架4的顶部侧棱上并沿顶部侧棱的长度方向延伸。倒三角形凹槽结构能够保证待测导线在凹槽42内摆放平稳、平直、不偏移。呈横放的三棱柱结构的非金属支架4的底面和倾斜的两个侧面镂空设置，底部（最下面的侧面）具有一块平板41，镂空设置能够减少用料，配合平板41还可以便于安装、放置开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2、采集装置6、取电装置3或者他们的零部件等。

请参照图1和图2，开口环型D-dot电压传感器1开口为半圆形，角度为180°。开合式霍尔电流传感器2的优选型号为AHKC-EKA。开口环型D-dot电压传感器1的开口的半圆形结构与被测导体周围电场的等位面近似，可保证电极上的电荷分布均匀，最大程度降低了由电极造成的电场畸变，避免了局部电场最大值的升高，降低了绝缘击穿的可能性，同时半圆形结构方便被测导线的安装和测量。

请参照图2和图3，取电装置3为电磁感应式，用以给开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2和采集装置6供电。取电装置3包括电磁取能线圈31、开合式铁芯32、过压和过流保护模块33、整流滤波模块34、充放电模块35、锂电池36和稳压模块37。电磁取能线圈31缠绕在开合式铁芯32上，电磁取能线圈31与过压和过流保护模块33、整流滤波模块34和充放电模块35依次连接，充放电模块35分别与锂电池36和稳压模块37连接，稳压模块37分别与开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2和采集装置6的电源端相连接。优选的，取电装置3型号为TLTP-II-10D24S，输出24V电压，其中稳压模块37型号为MD20-24D15，将24V电压转化为±15V，因此稳压模块37输出±15V直流电压。取电装置3能够进行感应取电，能够满足开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2和采集装置6的电能需求，无需额外提供电源。

请继续参照图1至图3，开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2、取电装置3和屏蔽罩5安装在非金属支架4上。具体为，开合式霍尔电流传感器2和开合式铁芯32分别设置在非金属支架4的顶部侧棱的两端，开合式霍尔电流传感器2的窗孔以及开合式铁芯32的窗孔分别与凹槽42的延伸方向相对齐，即霍尔电流传感器2的窗孔、开合式铁芯32的窗孔与凹槽42等高且同在一条直线上；开口环型D-dot电压传感器1安装在非金属支架4上，且开口环型D-dot电压传感器1的开口位于凹槽42的正下方；采集装置6以及取电装置3的其他零部件也安装在非金属支架4上；采集装置6分别与开口环型D-dot电压传感器1和开合式霍尔电流传感器2相连，接收装置7与采集装置6相连，采集装置6的型号为ZKA-4088-WIFI，接收装置7的型号为ZKB，采集装置6和接收装置7采用WIFI无线连接。屏蔽罩5呈拱形，罩设在呈横放的三棱柱结构的非金属支架4的两个侧面上。开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2、取电装置3和采集装置6在屏蔽罩5内部（图1中屏蔽罩5的两端被剖去），材质为金属，优选为铝合金，屏蔽罩5能够对周围干扰电场进行屏蔽，保证测量的准确；金属材质的屏蔽罩5的屏蔽效果良好。

实施时，请参照图4和图5，将非金属支架4放在地面（或者一些平台）上，打开开合式霍尔电流传感器2的开口和开合式铁芯32的开口，将导线8放入支架4的凹槽42中，闭合开合式霍尔电流传感器2的开口和开合式铁芯32的开口，此时导线8位于开合式霍尔电流传感器2的窗孔以及开合式铁芯32的窗孔内，并位于开口环型D-dot电压传感器1的上方，且待测导线8与开口环型D-dot电压传感器1和开合式霍尔电流传感器2均未接触，此时启动开口环型D-dot电压传感器1和开合式霍尔电流传感器2即可实现对待测导线的电压和电流进行非接触测量，并将测量结果通过采集装置6经无线传输的方式发送到接收装置7上。开口环型D-dot电压传感器1依靠电场耦合方式对导体电位进行测量，是基于导体周围电场值与导体自身电位成正比的原理，通过在被测导体周围产生的电场中引入传感器，获得与电场值对时间微分量成正比的电压信号。电极的高斯面与电位移矢量正交，通过提高电极对被测导体的等效面积提高了传感器的精度。开合式霍尔电流传感器2能够在不断开被测导线的情况下进行电流测量。取电装置3能够进行感应取电，能够满足开口环型D-dot电压传感器1、开合式霍尔电流传感器2和采集装置6的电能需求，无需额外提供电源。通过上述方式，即可实现电压、电流的非接触测量，且上述方式能够在不断开被测导线及导线带电的情况下进行测量。

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，可轻易想到的变化或替换，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)

1.一种非接触式电量测量装置，其特征在于：包括有非金属支架（4）以及设置在所述非金属支架（4）上的开口环型D-dot电压传感器（1）和开合式霍尔电流传感器（2），所述非金属支架（4）设有用以放置待测导线的凹槽（42），所述开口环型D-dot电压传感器（1）的开口位于所述凹槽（42）的正下方，所述开合式霍尔电流传感器（2）的窗孔与所述凹槽（42）的延伸方向相对齐；还包括有采集装置（6）和接收装置（7），所述采集装置（6）分别与所述开口环型D-dot电压传感器（1）和开合式霍尔电流传感器（2）相连，所述接收装置（7）与所述采集装置（6）相连。

2.根据权利要求1所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述非金属支架（4）上设有屏蔽罩（5），所述开口环型D-dot电压传感器（1）、开合式霍尔电流传感器（2）和采集装置（6）位于所述屏蔽罩（5）内。

3.根据权利要求2所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述屏蔽罩（5）的材质为金属。

4.根据权利要求1所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述非金属支架（4）上还设置有用以给所述开口环型D-dot电压传感器（1）、开合式霍尔电流传感器（2）和采集装置（6）供电的取电装置（3），所述取电装置（3）包括有电磁取能线圈（31）、开合式铁芯（32）、过压和过流保护模块（33）、整流滤波模块（34）、充放电模块（35）、锂电池（36）和稳压模块（37），所述电磁取能线圈（31）缠绕在所述开合式铁芯（32）上，所述开合式铁芯（32）的窗孔与所述凹槽（42）的延伸方向相对齐，所述电磁取能线圈（31）与所述过压和过流保护模块（33）、整流滤波模块（34）和充放电模块（35）依次连接，所述充放电模块（35）分别与所述锂电池（36）和稳压模块（37）连接；所述稳压模块（37）分别与所述开口环型D-dot电压传感器（1）、开合式霍尔电流传感器（2）和采集装置（6）的电源端相连接。

5.根据权利要求4所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述非金属支架（4）呈横放的三棱柱结构，所述凹槽（42）设置在所述非金属支架（4）的顶部侧棱上并沿顶部侧棱的长度方向延伸，所述开合式霍尔电流传感器（2）和开合式铁芯（32）分别设置在所述非金属支架（4）的顶部侧棱的两端。

6.根据权利要求1至5任一项所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述凹槽（42）的横向截面呈顶角向下的三角形结构。

7.根据权利要求5所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述屏蔽罩（5）呈拱形，设在呈横放的三棱柱结构的所述非金属支架（4）的两个侧面上。

8.根据权利要求7所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：呈横放的三棱柱结构的所述非金属支架（4）的底面和倾斜的两个侧面镂空设置。

9.根据权利要求1所述的非接触式电量测量装置，其特征在于：所述开口环型D-dot电压传感器（1）的开口为半圆形，角度为180°。