CN112213546A - 基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种基于磁通门式电流‑电压传感器的接地极微电流测量装置，其包括：圆锥体铝合金护壳、直流电机、引流针及磁通门微弱直流电流传感器，所述直流电机设置于圆锥体铝合金护壳的侧面上方，引流针和磁通门微弱直流电流传感器设置于圆锥体铝合金护壳内部，直流电机通电后可以将该圆锥侧面收起，使圆锥体铝合金护壳侧面完全贴附在上表面上，这样就使得传感器引流针以及磁通门微弱直流电流传感器能够直接与大地土壤接触，直接进行电流的采集测量。本发明在测量接地极附近大土壤中泄露电流时，可直接将其钻入土壤中，通电后电机将圆锥体侧面收起，也极大地提高了测量接地极附近大地土壤中微弱电流的效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统测量技术领域，尤其涉及特/高压直流输电接地极附近大地土壤中泄露电流的测量领域。
背景技术
在电力系统以及电力设备的泄露直流电流等相关电气参数的测量中，对微弱直流测量的难度大、精度低，特别是在特高压直流输电工程中接地极泄露电流的测量领域中显得尤为困难。在直流输电工程中，当接地极以及入地电流的散流出现异常时，虽然通过接地极的直流电流达到了几千安培，但是在远离接地极的大地土壤当中却只有几安培或毫安级别的电流存在，特别在深层土壤中的电流更微弱。仅仅是如此微弱的直流便能够在散流过程中对附近各种电力设备及埋地金属管道造成损害，甚至威胁到工作人员以及附近居民的安全。目前国内外在接地极相关工程中，研究较多的都是交流电流的监测，对微弱直流电流的研究还为数不多，本传感器对这一局限性，设计了切实有效的能够直接将其埋入待测土壤中直接对泄露微弱直流电流进行准确捕捉测量的基于磁通门原理的微弱直流电流测量传感器，本传感器内置引流针，即电流载体，外置铝合金圆锥体护壳，在保护传感器的基础上能够直接采集到土壤中不易直接测量的电流并利用磁通门原理对其进行10-2的精度测量。相比于传统直流电流传感器，该传感器能够直接测量、精度高、布置简单，使用时工作人员的学习成本低，性价比高。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置。本发明的技术方案如下：
一种基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其包括：圆锥体铝合金护壳、直流电机、引流针及磁通门微弱直流电流传感器，所述直流电机设置于圆锥体铝合金护壳的侧面上方，引流针和磁通门微弱直流电流传感器设置于圆锥体铝合金护壳内部，直流电机通电后可以将该圆锥侧面收起，使圆锥体铝合金护壳侧面完全贴附在上表面上，这样就使得传感器引流针以及磁通门微弱直流电流传感器能够直接与大地土壤接触，直接进行电流的采集测量。
进一步的，所述圆锥体铝合金护壳的上表面的中心处焊接有十字形连接片，该十字形连接片连接了圆锥体铝合金护壳与三线防护柱，三线防护柱将三根数据线电源正极、电源地线和电压输出线均收束在其内部，在圆锥体内部这三条引线则通过绝缘套管粘合在一起接入内部磁通门传感器内部引线上。
进一步的，所述圆锥体铝合金护壳的侧面还开有若干圆孔，用于传感器与土壤提前接触。
进一步的，所述圆锥体铝合金护壳的上表面下方有一绝缘套管，里面有三根数据线连通到磁通门传感器引线端口处，另外在上表面有两根硅铜线吊着引流针。
进一步的，引流针采用铜制导线用作引流，以此将该测量点的微弱电流汇集到该导体上，用于空间中任意一点的电流的测量。
进一步的，所述磁通门微弱直流电流传感器由铁芯、两个激励绕组和两个检测绕组和激励电流流通导线组成，两个激励绕组均匀对称的绕在铁芯上，反向串联、匝数亦相等的检测绕组均匀对称的绕制在激励绕组上且方向一致，激励绕组通以一定频率和幅值的交流电流而在铁芯中产生相应的交变磁场，检测绕组获取的感应电势与被测电流存在一定的线性关系。
进一步的，所述铁芯采用软磁材料坡莫合金或纳米晶在内的高初始磁导率软磁材料。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明中的传感器使用磁通门原理，在有限的动态范围内使得电流的测量精度能够达到10-2；
2、本发明中的传感器外部使用了铝合金圆锥体护壳，能够对内部的传感器起到极大的保护作用，使传感器在敷设之时不被破坏、引流针的布置内置不被改动；
3、本发明中的传感器的铁芯孔中内置了铜制引流针，免去了布置电流载体的问题，是的该传感器能够直接对地中电流进行捕捉测量。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例的外观整体示意图；
图2是本发明的圆锥体护壳侧面图；
图3是本发明中传感器外观整体示意图；
图4是本发明的磁通门式传感器原理示意图；
图中1.电源正，2.电源负，3.电压输出，4.三线防护柱，5.衔接固定片，6.传感器圆锥护壳，7.圆锥护壳内部三线端(即磁通门传感器的三根数据输出线)，8.磁通门传感器，9.圆锥护壳侧面伸缩控制口(即小型直流电机)，10.圆锥护壳侧面圆孔，11.引流针，12.硅铜线，13.微弱直流电流传感器，14.电流流通导线，15.铁芯，16.激励和检测绕组。
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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，该磁通门式微弱直流电流传感器的外观主要是一个圆锥体铝合金护壳6，在该圆锥体护壳上表面的中心处焊接有十字形连接片5，该十字形连接片连接了圆锥体护壳与三线防护柱4，三线防护柱将三根数据线电源正极1、电源地线2和电压输出线3均收束在其内部，在圆锥体内部这三条引线则通过绝缘套管粘合在一起接入内部磁通门传感器8内部引线上。
如图2中所示，该传感器圆锥体外壳的侧面上方有一低功率直流电机9，当其通电后电机可以将该圆锥侧面收起，使其侧面完成贴附在上表面上，这样就使得传感器引流针以及传感器能够直接与大地土壤接触，直接进行电流的采集测量。另外，该圆锥侧面还开有若干圆孔10，考虑到土壤压力以及土壤中水分湿度等因素，侧边开孔有利于传感器与土壤提前接触。
如图3所示的圆锥体护壳内部是一个磁通门微弱直流电流传感器13，在圆锥体侧面电机通电将侧面收起之后，在上表面下方有一绝缘套管7，里面有三根数据线连通到磁通门传感器引线端口处。另外在上表面有两根硅铜线12吊着引流针11，由于接地极附近散流时大地土壤中的直流电流非常微弱，故而采用铜制导线用作引流，以此将该测量点的微弱电流汇集到该导体上，使得空间中任意一点的电流的测量成为了可能。
如图4所示，由于该传感器采用磁通门，可以用于测量毫安级别的微弱直流电流，主要由软磁材料坡莫合金或纳米晶等高初始磁导率软磁材料铁芯15、两个激励绕组和两个检测绕16和激励电流流通导线14组成。两个激励绕组均匀对称的绕在铁芯上反向串联、匝数亦相等的检测绕组均匀对称的绕制在激励绕组上且方向一致，激励绕组通以一定频率和幅值的交流电流而在铁芯中产生相应的交变磁场，检测绕组获取的感应电势与被测电流存在一定的线性关系。
另外，该磁通门微弱直流电流传感器的工作原理如下：当圆环铁芯中有电流I0通过时，由该电流产生的直流磁场H0叠加在上述两交变磁场HC之上，由于激励绕组反向串接，一个激励绕组的励磁作用加强，磁场强度变为(HC+H0)，另一个激励绕组的励磁作用减弱，磁场强度变为(HC-H0)。为提高测量精度，往往对感应电势进行二次谐波分量提取分析，为提高磁通门的灵敏度，题号激励电流的频率和增大铁芯的截面积是本设计当中采用的行之有效的方法。另外，由于磁通门实现准确测量的前提是待检测的磁场强度H0与激励磁场强度HC相比很小甚至可近似忽略的时候，也就是近似于之流的稳恒微弱电流。磁通门传感器的原理在弱磁场和小电流领域有较大的应用前景，特别适用于特高压直流输电工程中接地极上有故障电流或泄露电流流入大地中需要对大地土壤中电流进行捕捉测量的场合，且在有限的动态范围内能保证精度达到10-2级别。
该磁通门式微弱直流电流传感器在测量大地土壤中没有电流载体的电流时，内置引流针，可将空间中的电流进行汇集，从而实现接地极附近一定范围内泄露电流的直接测量，且利用磁通门原理能够保证在有限的动态范围内达到10-2的测量精度。该传感器与特定的电流测量装置或系统连接使用后，可直接测得待测电流的具体数据，免去了传感器在土壤以及其他环境中的布置难题。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (7)
1.一种基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，包括：圆锥体铝合金护壳(6)、直流电机(9)、引流针(11)及磁通门微弱直流电流传感器(13)，所述直流电机(9)设置于圆锥体铝合金护壳(6)的侧面上方，引流针(11)和磁通门微弱直流电流传感器(13)设置于圆锥体铝合金护壳(6)内部，直流电机(9)通电后可以将该圆锥侧面收起，使圆锥体铝合金护壳(6)侧面完全贴附在上表面上，这样就使得传感器引流针(11)以及磁通门微弱直流电流传感器(13)能够直接与大地土壤接触，直接进行电流的采集测量。
2.根据权利要求1所述的基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，所述圆锥体铝合金护壳(6)的上表面的中心处焊接有十字形连接片(5)，该十字形连接片(5)连接了圆锥体铝合金护壳(6)与三线防护柱(4)，三线防护柱(4)将三根数据线电源正极(1)、电源地线(2)和电压输出线(3)均收束在其内部，在圆锥体内部这三条引线则通过绝缘套管(7)粘合在一起接入内部磁通门传感器(13)内部引线上。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，所述圆锥体铝合金护壳(6)的侧面还开有若干圆孔(10)，用于传感器与土壤提前接触。
4.根据权利要求1或2所述的基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，所述圆锥体铝合金护壳(6)的上表面下方有一绝缘套管(7)，里面有三根数据线连通到磁通门传感器(8)引线端口处，另外在上表面有两根硅铜线(12)吊着引流针(11)。
5.根据权利要求4所述的基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，引流针(11)采用铜制导线用作引流，以此将该测量点的微弱电流汇集到该导体上，用于空间中任意一点的电流的测量。
6.根据权利要求4所述的基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，所述磁通门微弱直流电流传感器(13)由铁芯(15)、两个激励绕组和两个检测绕组(16)和激励电流流通导线(14)组成，两个激励绕组均匀对称的绕在铁芯(15)上，反向串联、匝数亦相等的检测绕组均匀对称的绕制在激励绕组上且方向一致，激励绕组通以一定频率和幅值的交流电流而在铁芯(15)中产生相应的交变磁场，检测绕组获取的感应电势与被测电流存在一定的线性关系。
7.根据权利要求6所述的基于磁通门式电流-电压传感器的接地极微电流测量装置，其特征在于，所述铁芯(15)采用软磁材料坡莫合金或纳米晶在内的高初始磁导率软磁材料。
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