CN114041062A

CN114041062A - 感测装置和感测方法

Info

Publication number: CN114041062A
Application number: CN201980098057.0A
Authority: CN
Inventors: 庄志坚; 卢聪文; 叶昕
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2022-02-11
Also published as: WO2021003719A1; EP3997465A1; EP3997465A4

Abstract

提供了一种感测装置和感测方法。感测装置(100)包括：电流感测电路(104)，该电流感测电路(104)被配置为感测从电流互感器(102)生成的二次电流以生成表示该二次电流的二次电流信号，电流互感器(102)被配置为从母排接收一次电流以生成用于向感测装置(100)供电的二次电流；以及控制器(106)，该控制器(106)被配置为在电流互感器(102)的饱和期间检测二次电流信号的峰值，并且被配置为通过查找表基于二次电流信号的峰值来测量一次电流。

Description

感测装置和感测方法

技术领域

本公开的各实施例涉及感测装置和感测方法。

背景技术

开关设备广泛用于电力系统中。为了保证用于电力系统的开关设备的正常功能，对开关设备的操作参数进行监测很重要。现有技术中已经提出了一些用于感测开关设备的温度的解决方案。例如，专利公开CN203405292U描述了一种用于通过嵌入触臂中的温度传感器感测开关设备中的断路器的触臂的温度从而监测开关设备的温度条件的解决方案。

实际上，开关设备的实时电流与开关设备的温度高度相关。如果只测量温度而不考虑实时电流，诸如电流载荷，则无法提前检测潜在故障，直到电流载荷接近额定电流载荷。本领域还提出了一些用于感测开关设备的实时电流的解决方案。例如，专利公开CN103854446B描述了一种通过电流传感器感测开关设备的实时电流同时通过温度传感器监测开关设备的温度的解决方案。

然而，在这种解决方案中，需要在开关设备中安装附加电流传感器以测量实时电流。期望提供一种改进解决方案，以用于在监测温度的同时测量实时电流。

发明内容

本公开的各实施例涉及一种感测装置和感测方法，其允许通过集成感测模块在监测温度的同时测量实时电流。

在第一方面中，本公开的各实施例提供了一种感测装置。该感测装置包括：电流感测电路，被配置为感测从电流互感器生成的二次电流，以生成表示二次电流的二次电流信号，其中电流互感器被配置为从母排接收一次电流以生成用于向感测装置供电的二次电流；以及控制器，该控制器被配置为在电流互感器的饱和期间检测二次电流信号的峰值，并且被配置为通过查找表基于二次电流信号的峰值来测量一次电流。

与传统方案相比较，根据本公开的实施例的感测装置允许电流感测模块与温度感测模块集成在一起，从而在考虑电流的同时监测温度的方案中省略了附加电流传感器，简化了集成感测模块的结构，并且便于感测模块的组装。

在一些实施例中，控制器被配置为通过使用二次电流信号的峰值搜索查找表来测量一次电流，该查找表存储一次电流的值和二次电流信号的相应峰值。

在一些实施例中，一次电流的值通过拟合曲线与二次电流信号的相应峰值相关联。

在一些实施例中，拟合曲线由以下各项中的至少一项表示：指数函数、傅立叶函数、高斯函数、正弦函数、幂函数、或多项式函数。

在一些实施例中，感测装置还包括温度传感器，该温度传感器被配置为测量温度。

在一些实施例中，温度传感器被配置为测量电耦合到母排的开关设备的触臂的温度。

在一些实施例中，温度传感器被供电。

在一些实施例中，感测装置还包括：整流电路，被配置为对二次电流进行整流以生成经整流的二次电流；以及电压调节电路，被配置为基于经整流的二次电流来生成第一调节电压以向温度传感器供应第一功率。

在一些实施例中，电压调节电路还被配置为基于经整流的二次电流来生成第二调节电压以向控制器供应第二功率。

在一些实施例中，电流感测电路被配置为感测经整流的二次电流以生成二次电流信号。

在一些实施例中，感测装置还包括电流互感器。

在一些实施例中，感测装置还包括：电路板，电流感测电路和控制器安装在该电路板上；以及信号线，将电路板电耦合到电流互感器。

在一些实施例中，感测装置还包括：电路板，电流感测电路、控制器、整流电路和电压调节电路安装在该电路板上；以及信号线，将电路板电耦合到电流互感器。

在第二方面中，本公开的各实施例提供了一种用于开关设备的智能臂。智能臂包括：触臂，该触臂被配置为电耦合到母排；以及上文所提及的感测装置。

在一些实施例中，感测装置嵌入触臂内或安装到触臂的外表面上。

在一些实施例中，电流互感器电耦合到触臂。

在第三方面中，本公开的各实施例提供一种感测方法。该感测方法包括：接收表示二次电流的二次电流信号，该二次电流由电流互感器从一次电流生成；在电流互感器的饱和期间检测二次电流信号的峰值；以及通过查找表基于二次电流信号的峰值来测量一次电流。

在一些实施例中，测量一次电流包括：通过使用二次电流信号的峰值搜索查找表来测量一次电流，该查找表存储一次电流的值和二次电流信号的相应峰值。

根据本发明的各实施例，在电流互感器的饱和期间检测针对电流互感器的二次电流的峰值，以获得电流互感器的一次电流的对应值。这样，温度感测和一次电流感测可以通过信号集成感测模块来实现，而无需在母排处为一次电流配置附加电流传感器。

附图说明

参考附图示出并图示了实施例。附图用于说明基本原理，因此仅说明了用于理解基本原理所需的各方面。附图并非按比例绘制。为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中

图1A图示了在不考虑流过触臂的电流的情况下监测触臂的温度的曲线图；

图1B图示了用于在考虑流过触臂的电流的同时监测触臂的温度的曲线图；

图2图示了根据本公开的实施例的感测装置的框图；

图3图示了根据本公开的实施例的电流互感器的等效电路图；

图4图示了示出了电流互感器的输出与电流互感器的输入之间的关系的曲线图；

图5图示了根据本公开的实施例的感测装置的框图；

图6图示了根据本公开的实施例的用于实现感测装置的至少一些部分的电路的图；

图7图示了根据本公开的实施例的示出了电流互感器的输出电压的曲线图和示出了电流互感器的二次电流的感测信号的曲线图；

图8图示了根据本公开的实施例的示出了电流互感器的输出电压的另一曲线图和示出了电流互感器的二次电流的感测信号的另一曲线图；

图9图示了根据本公开的实施例的示出了电流互感器的一次电流的曲线图和示出了电流互感器的二次电流的曲线图；

图10图示了根据本公开的实施例的示出了电流互感器的一次电流的另一曲线图和示出了电流互感器的二次电流的另一曲线图；

图11图示了根据本公开的实施例的三个电流互感器的实验结果；

图12图示了根据本公开的实施例的电流互感器的一次电流和二次电流的拟合曲线；

图13图示了根据本公开的实施例的感测装置的立体视图；

图14图示了根据本公开的实施例的触臂的截面图；以及

图15图示了根据本公开的实施例的感测方法的流程图。

具体实施方式

现在，参考几个示例实施例对本文中所描述的主题进行讨论。讨论这些实施例只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解，因此实现本文中所描述的主题，而不是暗示对主题的范围的任何限制。

术语“包括”或“包含”及其变体要被理解为意指“包含但不限于”的开放式术语。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”要理解为“和/或”。术语“基于”要理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”要理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”要理解为“至少一个其他实施例”。除非另有说明或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体被广泛使用，并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦合。更进一步地，“连接”和“耦合”不约束于物理或机械连接或耦合。在下文的描述中，相同的附图标记和标签用于描述附图中相同、相似或对应部分。下文可以包括其他显式和隐式定义。

在如上文所提及的专利公开CN103854446B的现有解决方案中，实时电流载荷由另一单独电流传感器测量。这种现有解决方案带来了针对单独电流传感器的附加成本，并且带来了针对单独电流传感器所需的一些附加工作，诸如针对单独电流传感器的比率设置和组装。由于电流传感器通常包装为松散部件，所以客户不容易将电流传感器安装到位，诸如安装在开关设备的低压隔室中。

为了至少部分解决上述和潜在的其他问题，本公开的各实施例提供了一种用于新型感测的改进解决方案，其将温度感测和一次电流感测集成在一起以实现通过单个感测模块进行电流监测的动态温度算法。

根据本发明的各实施例，在电流互感器的饱和状态期间检测作为电源的电流互感器的二次电流的峰值，以获得电流互感器的对应一次电流，以使在通过由电流互感器供电的温度传感器监测温度的同时，可以测量一次电流。这样，一次电流感测与现有温度感测集成在一起，而无需附加配置电流传感器。这对为温度和一次电流提供完整感测解决方案而无需其他松散传感器非常有意义，并且带来了组装和使用的便利。

以下参考附图对本公开的各实施例进行详细描述。

图1A图示了用于在不考虑流过触臂的电流的情况下监测接触臂的温度的曲线图。图1B图示了用于在考虑流过触臂的电流的同时监测触臂的温度的曲线图。图1B示出了根据本公开的实施例的测量温度和一次电流的曲线图，并且图1A示出了仅测量温度的曲线图。在图1A和图1B的每个曲线图中，纵轴表示温度值，而横轴表示一次电流值，并且描绘了针对工作条件的安全区域和报警区域。

如图1B所示，通过示例，根据本发明的实施例，针对安全区域的温度值随着一次电流值的增加而增加。相反，在如图1A所示的现有方案中，无论一次电流值如何，针对安全区域的温度值均为恒定，监测可靠性低。本公开的各实施例通过基于实时电流来动态调整警告和报警限制来提供对温度的监测和诊断。进一步地，本公开的各实施例通过将一次电流感测与现有温度感测集成的感测装置提供对实时电流和温度的感测。这样，在不使感测装置的设计和组装复杂化的情况下，对工作条件的监测可靠性得以提高。

图2图示了根据本公开的实施例的感测装置100的框图。如图2所示，感测装置100包括电流感测电路104和控制器106。在一些实施例中，感测装置100包括电流互感器102、电流感测电路104和控制器106。在一些实施例中，电流感测电路104和控制器106配置感测模块108。

电流互感器102被配置为从母排接收一次电流以生成二次电流。在一些实施例中，电流互感器102用作电源，并且被配置为向感测装置100供电。在一些实施例中，电流互感器102被配置为在其饱和状态下操作以为感测装置100提供足够能量。在一些实施例中，电流互感器102被配置为向控制器106供电以允许控制器106正常工作。在一些实施例中，电流互感器102还被配置为向感测装置100中的其他部件(诸如用于测量温度的温度传感器和用于以无线或有线方式与外部设备通信的通信模块)供电。

电流感测电路104被配置为感测从电流互感器102生成的二次电流以生成表示二次电流的二次电流信号。在一些实施例中，电流感测电路104包括电阻器以用于感测二次电流以生成表示二次电流的电压信号。

控制器106被配置为检测针对二次电流的峰值并且基于针对二次电流的峰值来测量一次电流。在一些实施例中，控制器106被配置为检测表示二次电流并且从电流感测电路104生成的二次电流信号的峰值。在一些实施例中，控制器106被配置为在电流互感器102的饱和期间检测针对二次电流的峰值，以测量一次电流。在一些实施例中，控制器106还被配置为在电流互感器102的非饱和期间检测针对二次电流的峰值，以测量一次电流。

控制器106还被配置为通过查找表基于二次电流信号的峰值来测量一次电流。在一些实施例中，控制器106被配置为通过使用二次电流信号的峰值搜索查找表来测量一次电流。如此，在作为电源的电流互感器的非饱和状态甚至饱和状态期间，可以基于针对电流互感器的二次电流的峰值来测量电流互感器的一次电流。这样，感测装置100可以将一次电流感测与现有温度感测集成。

查找表存储一次电流的值和二次电流信号的相应峰值。在查找表中，针对二次电流的峰值中的每个峰值与一次电流的相应值相对应。在一些实施例中，一次电流的值通过拟合曲线与二次电流信号的相应峰值相关联。拟合曲线可以由例如指数函数、傅立叶函数、高斯函数、正弦函数、幂函数和/或多项式函数表示。也可以使用其他函数。这样，可以得到电流互感器的一次电流和二次流之间的对应关系，以允许在监测温度的同时，测量一次电流。稍后对拟合曲线的示例实施例进行详细描述。

图3图示了根据本公开的一些实施例的电流互感器102的等效电路图。在一些实施例中，电流互感器102被配置作为具有铁芯的电流互感器。与罗氏线圈相比较，具有铁芯的电流互感器在测量大电流期间非常容易饱和，但具有铁芯的电流互感器可以为感测模块的其他电路部件提供足够能量，以允许电路部件正常工作。在一些实施例中，电流互感器的一次侧和二次侧之间的电磁关系通过芯磁场的激活来建立。

如图3所示，基于磁通守恒和基尔霍夫电流定律，通过电流互感器的等效电路图可以得到以下基本等式：

其中i₁和i₂分别表示一次电流和二次电流；i_m表示通过铁芯的励磁电流；φ表示主磁通；N₁和N₂分别表示一次侧和二次侧的绕组匝数；R₂表示二次绕组的电阻与二次载荷的等效电阻之和，并且L₂表示二次绕组的漏感与二次载荷的电感之和。另外，忽略铁芯绕组的电感，Z_m表示励磁电阻。

根据主磁通φ与磁通密度B的关系，可以得到二次绕组的电磁感应等式如下：

其中A表示铁芯的横截面的面积。

铁芯的全电流等式可以表达如下：

Hl_m＝N₁i₁-N₂i₂＝N₁i_m (3)

其中l_m表示初级绕组的电感，并且H表示磁场强度。

磁通密度B、磁场强度H和磁导率μ之间的关系满足以下关系：

B＝μH (4)

图4图示了示出了电流互感器的输出与电流互感器的输入之间的关系的曲线图。图4示出了线性区、过渡区(或非线性区)和饱和区，其间的曲线分别表示不同特点。在一些实施例中，感测电流互感器的二次电流以通过如图4所示的曲线在全电流范围内测量电流互感器的一次电流。

在铁芯的磁化过程中，磁通密度B随着磁场强度H(i_m)的变化而变化，在H-B平面中形成铁芯的磁化曲线。在正常工作条件下，铁芯磁化曲线处于非饱和区，并且铁芯的磁导率μ较大。根据等式(4)可知，B随H的改变而显著改变。此时，维持铁芯磁通密度的变化只需要很小的励磁电流，从而保证一次侧电流基本流向二次侧，因此电流互感器可以视为非饱和区的理想互感器，并且一次电流根据电流互感器的二次侧与一次侧的变压比线性转换为二次电流。当根据本公开的一些实施例的电流互感器在曲线的该线性区所指示的线性状态下操作时，检测针对电流互感器的二次电流的峰值以通过查找表测量电流互感器的一次电流，其中二次电流的峰值通过变压比与一次电流的相应值相关联。

当磁化曲线位于过渡区或非线性区时，磁导率μ随着磁场强度H的增加而显著减小，并且电流互感器的输出随着电流互感器的输入增加而相对缓慢增加。当根据本公开的一些实施例的电流互感器在曲线的该过渡区域所指示的过渡状态下操作时，检测针对电流互感器的二次电流的峰值以通过查找表测量电流互感器的一次电流，其中二次电流的峰值通过如图4所示的针对过渡状态的拟合曲线与一次电流的相应值相关联。

当电流互感器饱和时，磁导率μ急剧减小，并且磁通密度B几乎不随磁场强度H的改变而改变。励磁阻抗Z_m几乎是载荷阻抗的十分之一，并且电流互感器铁芯的励磁电流i_m急剧增加，流过载荷的电流很小甚至为零。这使得二次侧上的次级电流发生畸变，并且针对二次电流的有效电流基本恒定。在该饱和状态下操作的电流互感器通常作为诸如温度传感器之类的其他部件的电源，并且现有技术没有利用饱和状态的电流互感器来测量电流互感器的一次电流。本发明的各实施例提供了用于通过饱和状态的拟合曲线检测饱和状态期间的电流互感器的二次电流的峰值来测量电流互感器的一次电流的新方案，其主要原理将在下文进行描述。

当一次电流通过电流互感器的饱和方向减小到零并且开始其反相(inversion)时，电流互感器铁芯中的磁通密度由饱和值下降，然后再次转换为理想互感器，并且一次电流全部按比率转换为二次电流，直到二次侧再次饱和为止。

当二次侧包括纯电阻载荷时，二次侧处的电动势可以通过下式表达：

e＝i₁R₂/K (5)

其中K表示二次侧与一次侧的比率。

在稳态条件下，电流互感器的一次侧处的一次电流可以通过下式表达：

i₁＝I_1max sinωt (6)

其中I_1max为一次电流的最大值，以及ω是角频率。

根据法拉第电磁感应定律，可以得到以下方程：

其中n为线圈的匝数。

通过将n移到等号的左侧并且对等号的两边积分，可以得到流动等式：

令初始饱和磁通为Φ_sat，铁芯的磁通将从初始饱和状态以与饱和时段期间相同的速率下降，磁通可以通过下式表达：

根据上述改变规律，如果每个半波铁芯的不饱和时间为t₁，则下一半波饱和也必在此时，并且该值代入上述等式(9)以得到以下等式：

-Φ_sat＝Φ_sat-(I_1maxR₂/ωN₂K)(1-cosωt₁) (10)

通过对等式(10)的简单变换，可以得到以下等式：

Φ_sat＝(I_1maxR₂/2ωN₂K)(1-cosωt₁) (11)

饱和磁通由电流互感器的固有特性确定并且固定，即，R₂、ω、N₂和K为固定值。当一次电流I_1max的最大值增加时，根据等式(11)，在0～π/2的区间期间，即在电流增大期间，t₁减小，因此二次电流更早达到最大值或峰值。在增加一次测电流的过程中，饱和点处的二次电流的最大值或峰值仍会增加，但增长率会逐渐变小。在这种情况下，只要测量出二次电流根据一次电流变化的曲线，就可以通过查找表(即，通过二次电流与对应一次电流之间的预定义的关系)测量一次电流。

根据本公开的各实施例，针对触臂的测量使用来自电流互感器的功率。作为电源的电流互感器在不同的一次电流下具有不同的输出特点。通过电流互感器的饱和区的特点，可以测量二次电流，并且针对接触臂的感测装置被配置为具有测量温度和测量初级电流的能力。这样，除了温度传感器之外，无需配置单独电流传感器。

由于作为电源的电流互感器具有饱和特点，所以在一次电流达到饱和电流以上后，电流互感器的输出能量几乎没有增加。因此，不能使用电流互感器的有效输出电流来估计一次电流。然而，根据等式(11)，一次电流越大，电流互感器达到饱和点的速度越快，也就是说，一次电流的变化率就越快，磁通变化率就变得越快，并且二次电流的峰值就变得越大。因此，可以通过检测针对二次电流的峰值来测量一次电流。

图5图示了根据本公开的一些实施例的感测装置100的框图。与图2所示的那些实施例相比较，如图5所示的感测装置100还包括整流电路202、电压调节电路204和温度传感器206。在一些实施例中，控制器106可以被包括在感测模块108中。在一些实施例中，感测模块108可以包括整流电路202、电压调节电路204、温度传感器206和/或电流感测电路104。

整流电路202可以电耦合到电流互感器102的二次侧。整流电路202可以被配置为对二次电流进行整流以生成经整流的二次电流。在一些实施例中，整流电路202包括任何已知的半波整流元件。

电压调节电路204可以电耦合到整流电路202。电压调节电路204可以被配置为基于经整流的二次电流来生成第一调节电压以向温度传感器206供应第一功率。如此，温度传感器206由电流互感器102供电，并且由来自电压调节电路204的功率供应。在一些实施例中，电压调节电路204还被配置为基于经整流的二次电流来生成第二调节电压以向控制器106供应第二功率。如此，控制器106由电流互感器102供电并且由来自电压调节电路204的功率供应。

温度传感器206可以电耦合到电压调节电路204。温度传感器206可以被配置为测量其周围环境的温度。在一些实施例中，温度传感器206安装到开关设备的触臂，并且被配置为测量电耦合到母排的触臂的温度。在一些实施例中，温度传感器206电耦合到控制器106以将所感测的温度信号传送到控制器106。在一些实施例中，控制器106基于所感测的温度信号来计算实时温度。

在一些实施例中，电流感测电路104电耦合到整流电路202。电流感测电路104可以被配置为感测经整流的二次电流以生成二次电流信号。在一些实施例中，电流感测电路104被配置为生成针对二次电流的电压感测信号。

在一些实施例中，控制器106电耦合到电流感测电路104和电压调节电路204。控制器106可以被配置为检测针对二次电流的峰值，并且基于针对二次电流的峰值来测量一次电流。

在一些实施例中，感测模块108还可以包括电耦合到处理单元106的通信电路，以用于与外部设备通信所测量的电流和/或温度。在一些实施例中，通信电路也由电流互感器102供电，并且由来自电压调节电路204的第三功率供应。这样，可以通过控制器106和/或外部设备监测针对接触臂的温度和电流的操作参数。

图6图示了根据本公开的一些实施例的用于实现感测装置100的至少一些部分的电路图。如图6所示，在一些实施例中，感测装置100包括全桥整流电路，该全桥整流电路耦合在电流互感器102的第二输出端子和第一输出端子之间并且包括用于对二次电流进行整流的四个二极管D4。感测装置100还包括二极管D3，该二极管D3耦合在电流互感器102的第一输出端子和第二输出端子之间以用于过压保护。在一些实施例中，整流电路202包括二极管D3和全桥整流电路，该全桥整流电路包括四个二极管D4。

在一些实施例中，感测装置100包括晶闸管Q1，该晶闸管Q1包括耦合到电阻器Rs的第一端子以及耦合到全桥整流电路的输出的第二端子。电阻器Rs耦合在晶闸管Q1与接地之间。

在每个正半波或负半波期间电流互感器102的输出电压过零之后，晶闸管Q1和齐纳二极管D1截止。然后，电流互感器102的输出电压逐渐增大。当耦合到整流电路的输出端子的端子VIN处的电压大于端子DC-IN处的电压时，通过耦合在端子VIN与端子DC-IN之间的二极管D2给耦合到端子DC-IN的电容器CT1充电，并且端子DC-IN处的电压升高。

电流互感器的输出电压继续上升。当端子VIN处的电压达到二极管D1的导通电压时，二极管D1导通。由此，晶闸管Q1导通，二极管D2截止，电流互感器102的输出电流通过二极管D4、晶闸管Q1和电阻器Rs，从而形成回路。电阻器Rs被配置为感测经整流的二次电流以生成表示经整流的二次电流的电压信号，并且电压信号经由节点304传送到控制器以检测针对二次电流的峰值。

在一些实施例中，电流感测电路104包括电阻器Rs。在一些实施例中，电流感测电路104包括电阻器Rs和晶闸管Q1。在其他实施例中，整流电路202还包括晶闸管Q1。在一些实施例中，整流电路202还包括二极管D1、二极管D2和电容器CT1。

在一些实施例中，电压调节电路204包括电压调节器302，该电压调节器302耦合到端子DC-IN并且被配置为输出经调节的电压。端子DC-IN处的电压经由节点306感测。在图6中，尽管未图示控制器106和温度传感器206，但控制器可以耦合到节点304以检测针对二次电流的峰值，并且温度传感器206可以耦合到电压调节器302的输出端子5，以使第一功率被供应到温度传感器206。在一些实施例中，节点306耦合到控制器106。在一些实施例中，电压调节器302还耦合到控制器106，以向控制器106供应第二功率。图6所示的其他部件被配置为用于本领域公知的功能，并且本文中不再赘述。

图7图示了根据本公开的一些实施例的示出了电流互感器的输出电压的曲线图402和示出了针对电流互感器的二次电流的感测信号的曲线图404。图8图示了根据本公开的一些实施例的示出了电流互感器的输出电压的另一曲线图502和示出了针对电流互感器的二次电流的感测信号的另一曲线图504。针对二次电流的感测信号是跨电阻器Rs的电压，如图6所示。

在图7中，曲线图404示出了在较小一次电流下跨电阻器Rs的电压的感测信号；而图8中的曲线图504示出了在较大一次电流下跨电阻器Rs的电压的感测信号。曲线图402和曲线图502指示电流互感器的输出电压。从图7和图8中可以看出，当一次电流增大时，针对二次电流的感测信号脉宽变得更窄，针对二次电流的感测信号的峰值变得更大，整体面积(即，有效值)没有改变很大，其与电流互感器的饱和特点一致。只要控制器106在几个循环内快速采样并扫描跨电阻器Rs的电压的峰值或最大值，就可以获得针对来自电流互感器102的二次电流的峰值。

图9图示了根据本公开的一些实施例的示出了电流互感器的一次电流的曲线图602和示出了电流互感器的二次电流的曲线图604。图10图示了根据本公开的一些实施例的示出了电流互感器的一次电流的另一曲线图702和示出了电流互感器的二次电流的另一曲线图704。从图9和图10中可以清楚地看出，电流互感器的二次电流在上升过程期间发生畸变并且被切断。

图9中的曲线图604示出了如曲线图602所示的较小一次电流下的二次电流，而图10中的曲线图704示出了如曲线图702所示的较大一次电流下的二次电流。从图9和图10中可以看出，当一次电流增加时，二次电流的脉冲宽度变得更窄，并且针对二次电流的峰值变得更大。比较图9和图10，当一次电流的RMS相对较小时，二次电流波形接通约3ms，并且具有较小峰值；并且当一次电流的RMS相对较大时，二次电流波形接通约2.5ms，并且具有较大峰值，其也验证了上述原理。

图11图示了根据本公开的一些实施例的三个电流互感器的实验结果。在图11中，纵轴表示针对二次电流的电压感测信号，而横轴表示针对一次电流的值。

实验中采用三个电流互感器作为电源，并且应用于如图6所示的上述电路中。得到三个电流互感器的实验结果的曲线。一次电流从120A开始并且上升到1280A，并且每阶跃递增40A。感测跨电阻器Rs的电压，以得到图11中的曲线。三个曲线在一些地方没有重叠，但基本上可以反映一次电流的幅度。足以评价“动态电流-温度上升”。如果需要更高精度，则还可以采用分段校准和近似直线的方法。

当一次电流过小以使得接通晶闸管时，跨电阻器Rs的电压始终为0。此时，控制器106可以如图6所示经由节点306监测端子DC-IN处的电压来评估一次电流的幅度，因为此时电流互感器特点为线性的，并且可以直接从二次电流计算一次电流。

图12图示了根据本公开的一些实施例的一次电流和二次电流的拟合曲线。如图11所示的上述实验结果是离散点。为了将实验投入实际测量应用，需要通过大量实验整理出一个曲线，然后，通过曲线拟合得到曲线公式以获得查找表所需的数据。在一些实施例中，利用Matlab中的曲线拟合工具箱来完成拟合工作并且得到拟合曲线。通过拟合曲线，一次电流的值与查找表中的二次电流信号的相应峰值相关联。图12所示的拟合曲线可以由指数函数、傅立叶函数、高斯函数、正弦函数、幂函数或多项式函数中的至少一个函数来表示。在一些实施例中，拟合曲线可以由五阶多项式函数表示。

图13图示了根据本公开的一些实施例的感测装置100的立体视图。如图13所示，在一些实施例中，感测装置100包括电路板804和用于电路板804的壳体806。在一些实施例中，电流互感器102位于感测装置100的外部。在其他实施例中，感测装置100包括电流互感器102、信号线802、电路板804和壳体806。信号线802被配置为将电流互感器102电耦合到电路板804。

在一些实施例中，如图2和图5所示的感测模块108的至少一些部件安装在电路板804上。在一些实施例中，感测装置100的电流感测电路104和控制器106安装在电路板804上。在其他实施例中，电流感测电路104、控制器106、整流电路202和电压调节电路204安装在电路板804上。

图14图示了根据本公开的一些实施例的智能臂900的截面图。如图14所示，智能臂900包括触臂902和感测模块904。在一些实施例中，智能臂900被配置作为用于开关设备的集成感测装置。

触臂902被配置为电耦合到母排。在一些实施例中，触臂902放置在开关设备的断路器中。

在一些实施例中，智能臂900包括嵌入触臂902内的感测模块904。可替代地，在其他实施例中，智能臂900包括安装到触臂902的外表面上的感测模块904。

在一些实施例中，智能臂900包括参考图2和图5所描述的电流互感器102和感测模块108。在一些实施例中，感测模块904包括感测装置100的至少一些部件。在一些实施例中，感测模块904包括感测模块108的至少一些部件。在一些实施例中，感测模块904包括电路板804。在一些实施例中，电流互感器102电耦合到触臂902。

图15图示了根据本公开的一些实施例的感测方法的流程图。如图15所示，感测方法1000的流程图包括框1002至1006。在一些实施例中，感测方法1000可以由控制器106执行。

在框1002处，感测方法1000包括：接收表示由电流互感器从一次电流生成的二次电流的二次电流信号。在一些实施例中，电流互感器被配置为从母排接收一次电流并且生成二次电流信号以用于供应功率。在一些实施例中，接收二次电流信号包括：接收通过感测电流互感器的二次电流生成的二次电流信号。在一些实施例中，二次电流信号是针对二次电流的跨电阻器的电压感测信号。

在框1004处，感测方法1000包括：在电流互感器的饱和期间检测二次电流信号的峰值。在一些实施例中，检测峰值包括：在几个循环内对二次电流信号的峰值或最大值进行采样和扫描以确定二次电流信号的峰值。

在框1006处，感测方法1000包括：通过查找表基于二次电流信号的峰值来测量一次电流。在一些实施例中，测量一次电流包括：通过使用二次电流信号的峰值搜索查找表来测量一次电流，该查找表存储一次电流的值和二次电流信号的相应峰值。在一些实施例中，一次电流的值通过拟合曲线与二次电流信号的相应峰值相关联。在一些实施例中，拟合曲线通过对一个或多个电流互感器的一次电流与二次电流之间的对应关系进行预实验得到。在一些实施例中，拟合曲线由指数函数、傅立叶函数、高斯函数、正弦函数、幂函数或多项式函数中的至少一个函数表示。

根据本公开的各实施例，通过测量用作温度感测的电源的电流互感器甚至在其饱和状态期间的二次电流的峰值，一次电流感测与温度感测集成在一起，从而获得一次电流的对应值。这样，一次电流感测和温度感测可以由单个感测模块实现，无需附加电流传感器，从而简化了感测模块的结构并且便于感测模块的组装。

虽然上文讨论中包含几个细节，但这些不应被解释为对本文中所描述的主题的范围的限制，而应被解释为可能特定于具体实施例的特征的描述。提供本公开的先前描述以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本公开。对于本领域技术人员而言，对本公开的各种修改将是显而易见的，并且在没有背离本公开的精神或范围的情况下，本文中所定义的一般原理可以应用于其他变化。因此，本公开不旨在限于本文中所描述的示例和设计，而是符合与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims

1.一种感测装置(100)，包括：

电流感测电路(104)，被配置为感测从电流互感器(102)生成的二次电流以生成表示所述二次电流的二次电流信号，所述电流互感器(102)被配置为从母排接收一次电流以生成用于向所述感测装置(100)供电的所述二次电流；以及

控制器(106)，被配置为在所述电流互感器(102)的饱和期间检测所述二次电流信号的峰值，并且被配置为通过查找表基于所述二次电流信号的所述峰值来测量所述一次电流。

2.根据权利要求1所述的感测装置(100)，其中所述控制器(106)被配置为通过使用所述二次电流信号的所述峰值搜索所述查找表来测量所述一次电流，所述查找表存储所述一次电流的值和所述二次电流信号的相应峰值。

3.根据权利要求2所述的感测装置(100)，其中所述一次电流的所述值通过拟合曲线与所述二次电流信号的所述相应峰值相关联。

4.根据权利要求3所述的感测装置(100)，其中所述拟合曲线由以下各项中的至少一项表示：指数函数、傅立叶函数、高斯函数、正弦函数、幂函数或多项式函数。

5.根据权利要求1所述的感测装置(100)，还包括：

温度传感器(206)，被配置为测量温度。

6.根据权利要求5所述的感测装置(100)，其中所述温度传感器(206)被配置为测量电耦合到所述母排的开关设备的触臂的温度。

7.根据权利要求5所述的感测装置(100)，其中所述温度传感器(206)被供电。

8.根据权利要求5所述的感测装置(100)，还包括：

整流电路(202)，被配置为对所述二次电流进行整流以生成经整流的二次电流；以及

电压调节电路(204)，被配置为基于所述经整流的二次电流来生成第一调节电压，以向所述温度传感器(206)供应第一功率。

9.根据权利要求8所述的感测装置(100)，其中所述电压调节电路(204)还被配置为基于所述经整流的二次电流来生成第二调节电压，以向所述控制器(106)供应第二功率。

10.根据权利要求8所述的感测装置(100)，其中所述电流感测电路(104)被配置为感测所述经整流的二次电流以生成所述二次电流信号。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的感测装置(100)，还包括所述电流互感器(102)。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的感测装置(100)，还包括：

电路板(804)，所述电流感测电路(104)和所述控制器(106)安装在所述电路板(804)上；以及

信号线(802)，将所述电路板(404)电耦合到所述电流互感器(102)。

13.根据权利要求8至10中任一项所述的感测装置(100)，还包括：

电路板(804)，所述电流感测电路(104)、所述控制器(106)、所述整流电路(202)和所述电压调节电路(204)安装在所述电路板上；以及

14.一种用于开关设备的智能臂(900)，包括：

触臂(902)，被配置为电耦合到母排；以及

根据权利要求1至13中任一项所述的感测装置(100)。

15.根据权利要求14所述的智能臂(900)，其中所述感测装置(100)嵌入在所述触臂(902)内或安装到所述触臂(902)的外表面上。

16.根据权利要求14或15所述的智能臂(900)，其中所述电流互感器(102)电耦合到所述触臂(902)。

17.一种感测方法，包括：

接收表示二次电流的二次电流信号，所述二次电流由电流互感器从一次电流生成；

在所述电流互感器的饱和期间检测所述二次电流信号的峰值；以及

通过查找表基于所述二次电流信号的所述峰值来测量所述一次电流。

18.根据权利要求17所述的感测方法，其中测量所述一次电流包括：

通过使用所述二次电流信号的所述峰值搜索所述查找表来测量所述一次电流，所述查找表存储所述一次电流的值和所述二次电流信号的相应峰值。

19.根据权利要求18所述的感测方法，其中所述一次电流的所述值通过拟合曲线与所述二次电流信号的所述相应峰值相关联。

20.根据权利要求19所述的感测方法，其中所述拟合曲线由以下各项中的至少一项表示：指数函数、傅立叶函数、高斯函数、正弦函数、幂函数或多项式函数。