CN115792335A - 一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合方法与装置，聚磁环由导磁材料制成并设有开口气隙，设置在屏蔽件内部；TMR传感器设置在聚磁环开口气隙处并与采集装置相连；导电线绕制在聚磁环上；导电线一端与设置在屏蔽件外部的导电片连接，另一端接地设置；导电片安装在绝缘夹持机构上，绝缘夹持机构用于将导电片与待测导体抵接夹紧；操作方便，有利于前端较大面积导电片与接地编织线紧密接触，提高引流效果，通过导电线绕制在聚磁环外侧壁，一方面可以使待测电流产生的磁场汇聚于聚磁环的开口气隙处，增强磁场强度与检测灵敏度，另一方面在使用传感器芯片时无需调整传感器芯片方向，便于携带操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合方法与装置，属于电力电缆技术领域。
背景技术
众所周知，电力电缆屏蔽层和金属铠装层因为和缆芯交链所以存在一定的感应电势，在事故以及系统内部过电压情况下，感应电势尤为严重。因此电缆金属护套必须可靠接地，利用地电位将电缆金属护套电位限制在允许偏差范围内。对于电压等级较高的单芯电缆，其金属屏蔽层和铠装层通常在铺设时两端三相互联后直接接地，当系统运行时芯线上流过电流，由于电磁感应原理会在电缆的金属护套上出现感应环流，而当电缆存在绝缘缺陷或者一场时感应环流会产生变化，对这些感应电流进行采集分析对高压电缆的状态分析十分必要。
而现有的测量接地电流的手段有通过传统的基于罗氏线圈电流传感器、基于霍尔效应电流传感器、基于法拉第磁光效应电流传感器进行测量。基于罗氏线圈的主要应用电磁感应原理，体积较大，灵敏度较高，需要被测导体穿过线圈；基于霍尔效应的电流传感器性能容易受到温度和工艺的影响，对现场环境条件要求较高，其测量精度相对较差；基于法拉第磁光效应的电流传感器结构复杂，使用起来极其不便。
现有的对电流检测手段存在以下不足：第一，电缆接地线通常在装设时位置已经确定，能提供给的检测空间范围有限，传统的电流传感器尺寸较大，难以实现对建成电缆的接地电流检测。第二，电缆带电状态下使用传统的电流传感器需要操作人员靠近高压电缆，操作时存在严重的安全隐患。
而隧穿磁阻传感器通过磁场检测电流，检测灵敏度高，价格便宜，测量频带满足工程需求，且无需改变接地线的排布方式，但也需要解决对待测电流产生的磁场大小和方向有较高要求的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合方法与装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案如下：
一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，包括引流导体、聚磁环、TMR传感器、屏蔽件和夹持机构；
所述聚磁环由导磁材料制成并设有开口气隙，设置在屏蔽件内部；
所述TMR传感器设置在聚磁环开口气隙处并与采集装置相连；
所述引流导体包括导电片和导电线，导电线绕制在聚磁环上；所述导电线一端与位于屏蔽件外部的导电片连接，另一端接地设置；
所述导电片安装在绝缘夹持机构上，所述绝缘夹持机构用于将导电片与待测导体抵接夹紧。
优选的，所述屏蔽件包括两组半圆弧形中空屏蔽环。
优选的，所述绝缘夹持机构包括第一绝缘夹块、第二绝缘夹块和卡钳式结构的绝缘手柄，所述导电片安装在第一绝缘夹块和/或第二绝缘夹块相互靠近一侧，所述第一绝缘夹块和第二绝缘夹块分别安装在不同的半圆弧形中空屏蔽环上，所述绝缘手柄与两组半圆弧形中空屏蔽环连接用于驱动第一绝缘夹块和第二绝缘夹块相互靠近或远离。
优选的，所述绝缘手柄上安装有驱动其复位的弹簧。
优选的，第一绝缘夹块和第二绝缘夹块通过第一固定支架安装在对应的半圆弧形中空屏蔽环，所述TMR传感器通过第二固定支架安装在绝缘手柄上。
优选的，所述TMR传感器通过射频电缆与采集装置连接。
优选的，所述聚磁环通过第二固定支架与空心固定杆连接，所述射频电缆从空心固定杆中穿出。
优选的，所述导电线另一端延伸至屏蔽件外部并通过接地导线接地。
优选的，所述TMR传感器采用隧穿磁阻传感芯片。
一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合方法，运用一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置对电缆接地线进行测量。
本发明具有如下有益效果：
通过使用钳夹式结构的绝缘手柄不仅集成度较高，使操作方便，而且有利于前端较大面积导电片与接地编织线紧密接触，提高引流效果。
通过包括两组半圆弧形中空屏蔽环组成的屏蔽件，既在一定程度上避免了外电场干扰，又实现了钳口在一定范围内得张合开度。
通过导电线绕制在聚磁环外侧壁，一方面可以使待测电流产生的磁场汇聚于聚磁环的开口气隙处，增强磁场强度与检测灵敏度，另一方面在使用传感器芯片时无需调整传感器芯片方向，便于携带操作。
同时使用隧穿磁阻芯片可以提高测量灵敏度，降低噪声，实现工程操作便捷性与电缆接地电流旁路测量的准确性。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明功能实现的电路图；
图3为本发明实施例的系统整体结构示意图；
图4为本发明隧穿磁阻芯片敏感方向的示意图。
图中附图标记表示为：
1、导电片；2、第一绝缘夹块；3、第一固定支架；4、屏蔽件；5、导电线；6、聚磁环；7、绝缘手柄；8、弹簧；9、射频电缆；10、中空固定杆；11、第二固定支架；12、TMR传感器；13、接地导线；14、第二绝缘夹块；15、电缆接地线阻抗；16、测量装置阻抗；20、电缆接地线；22、采集装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例：
如图1所示，屏蔽件4包括铜材质制成的两组半圆弧形中空屏蔽环，两组半圆弧形中空屏蔽环上下两端之间均留有一小段空间，半圆弧形中空屏蔽环两端开口，两组半圆弧形中空屏蔽环组成接近整圆结构；第一绝缘夹块2通过第一固定支架3固定在其中一组半圆弧形中空屏蔽环外侧，导电片1(导电铜片)固定在第一绝缘夹块2侧壁；第二绝缘夹块14通过第一固定支架3固定在另外一组半圆弧形中空屏蔽环外侧；
两组半圆弧形中空屏蔽环上部内侧呈斜开口状，以便使得钳口能有更大的张开角度；下部与绝缘手柄7相连以便固定。绝缘手柄7呈剪刀状或“X”型的卡钳式结构，并由弹簧2撑开，在未施加外力的情况下即可将钳口压紧(第一绝缘夹块2和第二绝缘夹块14贴合压紧)。
聚磁环6相对设置在两组半圆弧形中空屏蔽环内部，导电铜线5从导电片1引出后进入左侧半圆弧形中空屏蔽环并绕制在开口聚磁环6上，最终从右侧半圆弧形中空屏蔽环上端开口引出与接地导线13连接用于接地。
聚磁环6通过支架11与空心固定杆10相连，中空固定杆10前端固定TMR传感器12，中空固定杆10后端固定在绝缘手柄7，射频电缆9从中空固定杆10中穿出以连接外部的检测设备(采集装置22)。
使用场合：在电缆接地线20上进行接地电流测量，导电片1具有较大面积并固定在钳口绝缘钳口上(第一绝缘夹块2)，增大和待测导体的接触面积以便引流，导电线5(导电铜线)绕制在聚磁环6上，可以加强导电线5内电流产生的磁场，提高TMR传感器12的检测精度。TMR传感器12置于聚磁环6开口气隙处，聚磁环6开口气隙刚好位于两组半圆弧形中空屏蔽环下端之间空间；TMR传感器12的放置方向为检测灵敏方向，因而不必根据现场接线情况每次调整传感器方向。
如图2所示，以往对接地电流的采集测量是通过传感器直接测量，传统的CT一来需要导线穿过测量孔，再者其测量精度往往达不到要求。而隧穿磁阻传感器虽然有更好的精度，但是又包括磁环和芯片两部分，需要在现场安装并且调整芯片敏感方向，这是较为繁琐的工作，此外接地线上的电流往往较小，产生的磁场很难聚集到磁环上，因此难以实现精确测量。
本发明提供的电缆接地线旁路电流磁场耦合方法与装置便携易操作，受现场环境影响较小，具有较为广阔的应用场景。出了受检测条件限制较小外，本发明中的铜屏蔽环(屏蔽件4)可以很大程度上屏蔽外电场干扰，聚磁环6和引流导线的组合可以方便地将不便检测的磁场耦合到磁环内，屏蔽件4和导电线5绕制固定，磁场方向也被限定，使得隧穿磁阻芯片的敏感方向也被固定，大大简化了测量工序。
本发明还具有以下优点：本发明中的部件均可根据实际需求进行更换，例如测量圆柱形带电体时可以将钳口(第一绝缘夹块2和第二绝缘夹块14)替换成带有弧度的结构，方便地将磁场耦合到磁芯内，还可以根据测量需求更换不同的隧穿磁阻芯片(TMR传感器12)，以实现不同的测量需求。
使用过程：
按压绝缘手柄7，两组半圆弧形中空屏蔽环下端相互靠近、两组半圆弧形中空屏蔽环上端相互远离，使得第一绝缘夹块2和第二绝缘夹块14分开，将电缆接地线20相对置于第一绝缘夹块2和第二绝缘夹块14之间，在弹簧8弹性力的作用下，第一绝缘夹块2和第二绝缘夹块14夹紧电缆接地线20，同时，第一绝缘夹块2内侧的导电片1与电缆接地线20紧密贴合。此过程中，TMR传感器12始终对准聚磁环6开口气隙。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：包括引流导体、聚磁环(6)、TMR传感器(12)、屏蔽件(4)和夹持机构；
所述聚磁环(6)由导磁材料制成并设有开口气隙，设置在屏蔽件(4)内部；
所述TMR传感器(12)设置在聚磁环(6)开口气隙处并与采集装置(22)相连；
所述引流导体包括导电片(1)和导电线(5)，导电线(5)绕制在聚磁环(6)上；所述导电线(5)一端与位于屏蔽件(4)外部的导电片(1)连接，另一端接地设置；
所述导电片(1)安装在绝缘夹持机构上，所述绝缘夹持机构用于将导电片(1)与待测导体抵接夹紧。
2.如权利要求1所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述屏蔽件(4)包括两组半圆弧形中空屏蔽环。
3.如权利要求2所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述绝缘夹持机构包括第一绝缘夹块(2)、第二绝缘夹块(14)和卡钳式结构的绝缘手柄(7)，所述导电片(1)安装在第一绝缘夹块(2)和/或第二绝缘夹块(14)相互靠近一侧，所述第一绝缘夹块(2)和第二绝缘夹块(14)分别安装在不同的半圆弧形中空屏蔽环上，所述绝缘手柄(7)与两组半圆弧形中空屏蔽环连接用于驱动第一绝缘夹块(2)和第二绝缘夹块(14)相互靠近或远离。
4.如权利要求3所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述绝缘手柄(7)上安装有驱动其复位的弹簧(8)。
5.如权利要求3所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：第一绝缘夹块(2)和第二绝缘夹块(14)通过第一固定支架(3)安装在对应的半圆弧形中空屏蔽环，所述TMR传感器(12)通过第二固定支架(11)安装在绝缘手柄(7)上。
6.如权利要求5所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述TMR传感器(12)通过射频电缆(9)与采集装置连接。
7.如权利要求6所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述聚磁环(6)通过第二固定支架(11)与空心固定杆(10)连接，所述射频电缆(9)从空心固定杆(10)中穿出。
8.如权利要求1所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述导电线(5)另一端延伸至屏蔽件(4)外部并通过接地导线(13)接地。
9.如权利要求1所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置，其特征在于：所述TMR传感器(12)采用隧穿磁阻传感芯片。
10.一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合方法，其特征在于：运用权利要求1-9任意一项所述的一种电缆接地线旁路电流的磁场耦合装置对电缆接地线(20)进行测量。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116754815A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-09-15 | 珠海多创科技有限公司 | 电流传感器 |
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2022
- 2022-11-21 CN CN202211456262.XA patent/CN115792335A/zh active Pending
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