CN116626364B - 一种交直流电流检测方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交直流电流检测方法及其应用，涉及电流检测领域，该方法包括：S1、在变截面导体上沿着电流流动方向选择三个检测点，其中至少一个检测点位于所述变截面段内，第二检测点连接参考地，第一、第二检测点之间形成第一导体采样段，第二、第三检测点之间形成第二导体采样段，第一、第二导体采样段电阻值不相等，第一、第二导体采样段自感的电感值相等；S2、测量第一、第二导体采样段的电压；S3、获取第一、第二导体采样段的电阻值；S4、计算变截面导体通过的电流。本发明的有益效果：消除导体自感的电感值对电流检测造成的影响，实现变截面导体上通过电流的准确检测，尤其适用于大电流的检测。

Description

一种交直流电流检测方法及其应用
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种交直流电流检测方法及其应用。
背景技术
带电子测控单元的混合型熔断器用于短路保护时，电子测控单元在检测出开断电极上通过的电流过开断电流时对熔断器的执行部件发出触发信号，使执行部件被触发，进而对开断电极进行分断。目前，电子测控单元主要是采用霍尔电流传感器对开断电极上通过的电流进行检测，来辨别短路故障电流。霍尔电流传感器的量程大小就基本决定了该传感器的外形尺寸，在电流过大时，如风电8MW电力系统中的保护中要求电流量程达到20kA或以上，霍尔电流传感器的外形尺寸同时也大大增加，进而导致电子测控单元及混合型熔断器的体积大大增加，无法满足风电电力系统中熔断器安装空间有限的要求。
发明内容
有鉴于此，为了解决混合型熔断器狭小空间内大电流的检测问题，本发明的实施例提供了一种交直流电流检测方法及其应用。
本发明的实施例提供一种交直流电流检测方法，用于变截面导体通过的电流检测，所述变截面导体沿着电流方向设有变截面段，该检测方法包括以下步骤：
S1、在所述变截面导体上沿着电流流动方向依次选择第一检测点、第二检测点和第三检测点，其中至少一个检测点位于所述变截面段内，所述第二检测点连接参考地，所述变截面导体上所述第一检测点与所述第二检测点之间形成第一导体采样段，所述变截面导体上所述第二检测点与所述第三检测点之间形成第二导体采样段，所述第一导体采样段电阻值R1与所述第二导体采样段电阻值R2不相等，所述第一导体采样段自感的电感值与所述第二导体采样段自感的电感值相等；
S2、测量所述第一导体采样段的电压u1、所述第二导体采样段的电压u2；
S3、获取所述第一导体采样段的电阻值R1、所述第二导体采样段的电阻值R2；
S4、计算所述变截面导体通过的电流。
进一步地，所述电阻值R1大于所述电阻值R2。
进一步地，所述变截面段截面面积相较于所述变截面导体靠近所述变截面段两端的部分的截面面积减小。
进一步地，所述第一检测点和所述第二检测点分别设置于所述变截面段的两端。
进一步地，所述变截面导体沿着宽度方向设有多个间隔设置的空槽，相邻两所述空槽之间形成一分流段，每一所述分流段上设有一所述变截面段。
进一步地，所述步骤S3还包括获取所述变截面导体的温度，根据所述温度对所述电阻值R1和R2进行补偿。
并且，本发明的实施例还提供了上述交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，所述变截面导体为熔断器的开断电极，所述变截面段为所述熔断器被触发时所述开断电极被切断或切除部分。
进一步地，所述变截面段为所述开断电极设置的沟槽。
进一步地，所述变截面段为所述开断电极上可被切除的易断块。
进一步地，所述开断电极沿着宽度方向设有多个间隔设置的易断块，每一所述易断块为一所述变截面段。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明的一种交直流电流检测方法，通过在变截面导体上设置三个检测点，将位于中间的第二检测点连接参考地，第一检测点到第二检测点之间、以及第二检测点到第三检测点之间形成两个电压降的导体采样段，并利用第二检测点到第三检测点之间的电阻形成分流器，消除变截面导体对电流检测造成的影响，实现变截面导体上通过电流的准确检测，尤其适用于大电流的检测。
2、本发明的一种交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，将变截面导体作为熔断器的开断电极，变截面段作为熔断器被触发时所述开断电极被切断或切除部分，变截面段为与熔断器的执行部件接触位置，变截面段不仅用于形成电压降取样，进行电流检测，并且使开断电极更容易切断或切除，从而极大提高大电流载流能力及分断能力。
附图说明
图1是本发明一种交直流电流检测方法的示意图；
图2是本发明一种交直流电流检测方法的测量原理图；
图3是本发明一种交直流电流检测方法的试验对比图；
图4是本发明一种交直流电流检测方法应用于熔断器的原理图；
图5是本发明一种交直流电流检测方法应用于熔断器的示意图；
图6是开断电极的示意图一；
图7是开断电极的示意图二。
图中：1、变截面导体；2、变截面段；3、熔断器；4、开断电极；5、易断块；6、沟槽；7、电子测控单元；8、执行单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本发明的基本了解，但并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
在本发明的描述中,需要说明的是,本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。
进一步需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”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。
请参考图1和2，本发明的实施例提供一种交直流电流检测方法，用于变截面导体1通过的电流检测，所述变截面导体1沿着电流方向设有变截面段2。需要说明是，所述变截面导体1的截面形状可以是矩形、圆形、椭圆形或其它形状。所述变截面段2可以是变截面导体中部截面积缩小或增大的一段。若所述变截面导体1包括截面积不同的多段时，所述变截面段2截面面积相对所述变截面导体1靠近所述变截面段2两端的部分截面面积减小。如本实施例中，所述变截面导体1的表面向内凹陷形成所述变截面段2。
上述交直流电流检测方法主要包括以下步骤S1～S4，具体如下：
S1、在所述变截面导体1上沿着电流流动方向依次选择第一检测点A、第二检测点B和第三检测点C，其中至少一个检测点位于所述变截面段2内，所述第二检测点B连接参考地，所述变截面导体1上所述第一检测点A与所述第二检测点B之间形成第一导体采样段，所述变截面导体1上所述第二检测点B与所述第三检测点C之间形成第二导体采样段，所述第一导体采样段电阻值R1与所述第二导体采样段电阻值R2不相等，所述第一导体采样段自感的电感值L1与所述第二导体采样段自感的电感值L2相等。
其中所述第一检测点A和所述第二检测点B之间的第一导体采样段作为的一个电压降取样，所述第二检测点B和所述第三检测点C之间的第二导体采样段作为另一个电压降取样。
一般将所述第一检测点A和所述第二检测点B分别设置于所述变截面段2的两端，由于所述变截面段2的截面积减小，这样可以使第一导体采样段的电阻值R1较大，进而可以使所述第一导体采样段电阻值R1远远大于所述第二导体采样段的电阻值R2。
可以通过仿真模拟所述变截面导体1通过的电流发生变化时因自感产生的电感值变化，对所述三个检测点中的一个或多个进行调整，最终使所述第一导体采样段自感的电感值L1与所述第二导体采样段自感的电感值L2相等。
S2、测量所述第一导体采样段的电压u1，测量所述第二导体采样段的电压u2。在所述变截面导体1上的电流发生突变时，实际测量的电压u1包括电流流过所述第一导体采样段产生的电压和所述第一导体采样段因自感产生的电压（感应电动势），实际测量的电压u2包括电流流过所述第二导体采样段产生的电压和第二导体采样段因自感产生的电压（感应电动势），具体的，
（1）
（2）。
S3、获取所述变截面导体1位于所述第一导体采样段的电阻值R1、所述第二导体采样段的电阻值R2。所述电阻值R1和R2的可以通过电阻定律计算、仿真计算或电阻测量仪器测量获取。
考虑到所述变截面导体1在通过大电流时会产生大量热量，使所述变截面导体1温度升高，影响其电阻率，故所述步骤S3还可以包括，通过在所述导体周围设置温度传感器，获取所述变截面导体1的温度，由电阻定律根据所述温度对所述电阻值R1和R2进行补偿。
S4、计算所述变截面导体1通过的电流，具体的，由上述式（1）、（2）相加，得到：
（3）
由于所述第一导体采样段自感的电感值L1与所述第二导体采样段自感的电感值L2相等，可以消除所述变截面导体1自身电感对电流测量的影响，则
（4）
进而可以计算出：
。（5）
下面对本申请中通过设置两个电压降取样消除所述变截面导体1自身电感对电流测量的影响的必要性进行说明。
由于在所述变截面导体1上电流发生突变，如流过短路电流时，此时所述变截面导体1自感产生的感应电动势会很大，如果忽略这部分感应电动势，直接采用u1和R1利用欧姆定律计算所述变截面导体1通过电流，就会出现非常大的误差。
举例说明，如仅采用u1和R1利用欧姆定律计算所述变截面导体1通过电流，电阻值R1=10uΩ，所述变截面导体1在第一导体采样段产生的电感L1=10nH（实际电感值会更大）。短路电流峰值90kA，峰值时间5ms，即短路电流初期上升率（）约为30A/us，那么在短路电流上升到10kA时，电阻值R1形成的电压为UR1=10kA×10uΩ=100mV，而电感L1形成的电压为UL1=L1×di/dt=10nH×30A/us=300mV。这时测量的实际电压u1为UR+UL=400mV，用这个电压去计算电流，则为400mV/10uΩ=40kA，误差达到了+300%。
由于短路电流的突发性，无法提前知道实际发生的短路电流参数，即实际的短路电流初期上升率是一个范围值，因此不能通过提前测量标定导体的电感来消除电感形成的电压值，因此本申请中设置两个电压降取样消除所述变截面导体自身电感对电流测量的影响。
本发明的实施例还对上述交直流电流检测方法进行验证。如图3所示，对所述变截面导体1通入标准电流，标准电流按照图中的标准电流曲线变化，标准电流在0时刻发生突变。然后可以测出的第一导体采样段的电压u1变化曲线和第一导体采样段的电压u2变化曲线，然后根据上述公式（5）计算出各个时刻的电流，获得检测电流变化曲线，通过比对发现检测电流变化曲线与实际输入的标准电流曲线近似重合，说明上述交直流电流检测方法准确可行。
另外在所述变截面导体1通过电流很大时，为了保证降低电阻，一般将所述变截面导体1设置的较宽。此时可将所述变截面导体1沿着宽度方向设置设有多个间隔设置的空槽，相邻两所述空槽之间形成一分流段，所述变截面导体1上通过的电流由各个分流段流过，每一所述分流段上设有一所述变截面段2，通过其中一所述变截面段2即可检测流过所述分流段的电流，进而可以计算出通过所述变截面导体1的电流。
并且，如图4和5所示，本发明的实施例还提供了上述交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，所述变截面导体1为熔断器3的开断电极4，所述变截面段2为所述熔断器3被触发时所述开断电极4被切断或切除部分。上述交直流电流检测方法通过所述熔断器3的电子测控单元7实现，在检测出熔断器3的开断电极4所通过的电流超过所限定的开断电流时，熔断器3的执行单元8被触发，执行单元8一般为高速开断器，受控于所述电子测控单元7，可将所述变截面段2切断或切除部分，从而实现所述开断电极4分断。
一般的，为了便于所述开断电极4被切断，所述开断电极4上表面或下表面设有沿着宽度方向延伸的沟槽6，所述变截面段2为所述开断电极设置的沟槽6，所述沟槽6直接与执行单元8接触从而被轻松切断。所述沟槽6的截面形状可以是矩形槽、V形槽、弧形槽或者其他形状。
如图6所示，在一些其他实施例中，所述变截面段2还可以为所述开断电极4上可被切除的易断块5。如所述易断块5位于所述开断电极4的中部，所述开断电极4上下表面位于所述易断块5左右两端的位置均内凹形成薄弱处，这样所述熔断器3的执行单元8被触发后可将所述易断块5切除，从而实现所述开断电极4分断。
如图7所示，在一些其他实施例中，为了提升所述熔断器3的通流能力，所述开断电极4设置的较宽，所述开断电极4沿着宽度方向设有多个间隔设置的易断块5，相邻两所述易断块5之间中空设置，每一所述易断块5形成一所述变截面段2。通过检测其中一所述易断块5上流过的电流，可以计算出通过所述开断电极4的电流，进而判断所述开断电极4上通过的电流。通过其中一所述变截面段2即可检测流过所述易断块5的电流，进而判断所述开断电极4通过的电流是否超过所限定的开断电流，在超过所限定的开断电流时同时将所有易断块5同时切除，从而实现所述开断电极4分断。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交直流电流检测方法，用于变截面导体通过的电流检测，所述变截面导体沿着电流方向设有变截面段，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：
S1、在所述变截面导体上沿着电流流动方向依次选择第一检测点、第二检测点和第三检测点，所述第一检测点和所述第二检测点分别设置于所述变截面段的两端，所述第三检测点位于所述变截面段外，所述第二检测点连接参考地，所述变截面导体上所述第一检测点与所述第二检测点之间形成第一导体采样段，所述变截面导体上所述第二检测点与所述第三检测点之间形成第二导体采样段，所述第一导体采样段电阻值R1与所述第二导体采样段电阻值R2不相等，所述第一导体采样段自感的电感值与所述第二导体采样段自感的电感值相等，所述变截面段截面面积相较于所述变截面导体靠近所述变截面段两端的部分的截面面积减小；
S2、测量所述第一导体采样段的电压u1、所述第二导体采样段的电压u2；
S3、获取所述第一导体采样段的电阻值R1、所述第二导体采样段的电阻值R2；
S4、计算所述变截面导体通过的电流。
2.如权利要求1所述的一种交直流电流检测方法，其特征在于：所述电阻值R1大于所述电阻值R2。
3.如权利要求1所述的一种交直流电流检测方法，其特征在于：所述变截面导体沿着宽度方向设有多个间隔设置的空槽，相邻两所述空槽之间形成一分流段，每一所述分流段上设有一所述变截面段。
4.如权利要求1所述的一种交直流电流检测方法，其特征在于：所述步骤S3还包括获取所述变截面导体的温度，根据所述温度对所述电阻值R1和R2进行补偿。
5.如权利要求1～4任意一项所述的一种交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，其特征在于：所述变截面导体为熔断器的开断电极，所述变截面段为所述熔断器被触发时所述开断电极被切断或切除部分。
6.如权利要求5所述的一种交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，其特征在于：所述变截面段为所述开断电极设置的沟槽。
7.如权利要求5所述的一种交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，其特征在于：所述变截面段为所述开断电极上可被切除的易断块。
8.如权利要求7所述的一种交直流电流检测方法在熔断器中电流检测的应用，其特征在于：所述开断电极沿着宽度方向设有多个间隔设置的易断块，每一所述易断块为一所述变截面段。
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