CN202631624U - 霍尔电流互感器检测电流装置 - Google Patents

Abstract

一种霍尔电流互感器检测电流装置，主要包括高压侧数据采集部分、光纤信号传输部分、高压侧激光二极管LD(LaserDiode)供能部分和低压侧信号处理部分。高压侧模拟电路将霍尔电流互感器输出信号处理成与原级电流成比例同相位的电压信号，经A/D转换后由电/光转换器通过光纤发送给低压端，低压端的光/电转换器接收来自高压端的光信号并转换为电信号，在低压侧的单片机内进行数据计算并经DSP完成信号去噪处理，最后由LCD显示。其中高压端的电子线路及芯片所需能量由LD供能系统提供。本实用新型的霍尔电流互感器检测电流装置，兼具霍尔传感技术和光纤技术的优势。

Description

霍尔电流互感器检测电流装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测电流装置，尤其是涉及一种霍尔电流互感器检测电流装置。

背景技术

在电力系统运行中，传统的电磁感应式电流互感器在高压电网的电流测量工作中一直扮演重要角色，这种互感器的绝大数技术性能指标到目前为止还是不可取代的。但随着社会对电力需求量和输电距离的增大，用大幅度提高电压等级的方式来提高输电效率受到发电行业和高压工程行业的青睐，同时电压等级的大幅度提高，传统的电磁感应式电流互感器的弊端也逐渐显露出来。首先是绝缘问题，电压的升高给绝缘问题带来更大的技术挑战，绝缘尺寸的加大使得互感器的结构更加复杂，体积和重量也随之增大，引发了运输、安装、调试、维修上一系列问题；其次是成本问题，随着电压等级的提高电磁感应式电流互感器的成本呈几何倍数提升；再次就是安全问题，传统的充油电流互感器易产生爆炸，如果二次仪表端输出开路，将会产生非常高的感应电动势，严重威胁着周边的人员和设备的安全。因此，为了迎合电力系统快速发展的需求，研制开发一种新型电流互感器来替代传统的电流互感器已成为迫在眉睫的问题。

光学技术的应用是已成为研究和开发新型电流互感器一个重要发展方向，因光纤具有优越的抗电磁干扰和电绝缘性能，以往一些技术难题随着光纤的应用而得到有效解决，如在电压、电流传感、高电位区域电磁场测量以及信号有效传输等方面，光纤都发挥了作用。随着光电子、光纤通信和数字信号处理技术的发展，高电压大电流的测量方面在电力系统中在进行一场大的变革，研制新型的电流互感器-光纤电流互感器已成为必然。

实用新型内容

本实用新型提供了一种霍尔电流互感器检测电流装置，包括高压侧数据采集部分、光纤信号传输部分、高压侧激光二极管供能部分和低压侧信号处理部分，其中光纤信号传输部分包括数据传输光纤和供能光纤，高压侧激光二极管供能部分包括DC-DC转换电路和第二光电转换器。其特征在于，在高压侧数据采集部分，零磁通霍尔电流互感器与A/D转换器连接，A/D转换器另一端则经过电/光转换器连接至数据传输光纤；在低压侧信号处理部分，数据传输光纤则经过第一光/电转换器连接至D/A转换器，D/A转换器与MSP430单片机相接，MSP430单片机的D/A输出端分别连接至自动温度控制电路和激光二极管驱动与过流保护电路，自动温度控制电路和激光二极管驱动与过流保护电路均与激光二极管连接，激光二极管经过光纤耦合器与供能光纤连接；供能光纤则经过第二光电转换器与DC-DC转换电路连接，DC-DC转换电路则分别连接至零磁通霍尔电流互感器、A/D转换器、电/光转换器；LD经过光纤耦合器还连接至PIN接收器，PIN接收器经过放大器连接至MSP430单片机的A/D输入端；DSP和LCD均连接至MSP430单片机；时序控制芯片CPLD则分别连接至A/D转换器、D/A转换器。

A/D转换器、D/A转换器分别采用AD7894和AD7840。电/光转换器、光/电转换器分别采用HFBRl414集成电/光转换器和HFBR2412集成光/电转换器。数据传输光纤和供能光纤均采用62.5/125μm渐变多模光纤。

本实用新型的霍尔电流互感器检测电流装置，兼具霍尔传感技术和光纤技术的优势。

附图说明

图1是霍尔电流互感器检测电流装置原理框图。

具体实施方式

本实用新型的霍尔电流互感器检测电流装置主要包括以下几大部分：高压侧数据采集部分、光纤信号传输部分、高压侧激光二极管LD(Laser Diode激光二极管)供能部分和低压侧信号处理部分，装置原理框图如图1所示。其中光纤信号传输部分包括数据传输光纤1和供能光纤1，高压侧激光二极管供能部分包括DC-DC转换电路15和光电转换器14。

在高压侧数据采集部分，零磁通霍尔电流互感器11与A/D转换器12连接；A/D转换器12另一端则经过电/光转换器13连接至数据传输光纤1。

低压侧信号处理部分，数据传输光纤1经过光/电转换器21连接至D/A转换器22；D/A转换器22与MSP430单片机23相接；MSP430单片机23的D/A输出端分别连接至自动温度控制电路24和LD驱动与过流保护电路25；自动温度控制电路24和LD驱动与过流保护电路25均与LD26连接。

LD26经过光纤耦合器27与供能光纤2连接；供能光纤2则经过光电转换器14与DC-DC转换电路15连接；DC-DC转换电路15则分别连接至零磁通霍尔电流互感器11、A/D转换器12、电/光转换器13。

另外，LD26经过光纤耦合器27还连接至PIN接收器28，PIN接收器28经过放大器29连接至MSP430单片机23的A/D输入端。其中PIN接收器28可以是型号为INGAAS PIN-TIA插拔式光接收器。

DSP4和LCD5均连接至MSP430单片机23；时序控制芯片CPLD3则分别连接至A/D转换器12、D/A转换器22。

本装置中零磁通式霍尔电流传感器11采用旭化成公司制作的HW-300b型号作为霍尔元件，它是以InSb为半导体材料的一种单轴线性元件，各项性能满足要求，磁场检测方式采用的是点式单方向。

采用AD公司产品AD7894和AD7840分别作为A/D转换器12及D/A转换器22。

电/光转换器13、光/电转换器21分别采用Agilent公司生产的HFBRl414集成电/光转换器和HFBR2412集成光/电转换器。

本实用新型的霍尔电流互感器测量装置中，光纤传输主要实现了两个功能：一是作为高低电压侧之间的供能光纤；二是实现高低压侧之间的采样信号和控制信号的传送。光纤按传输总模数可分为两类：单模光纤与多模光纤。在光纤中单模光纤只有一种传播方法。多模光纤按横截面上的折射率分布分为：均匀光纤(也称阶跃型)和非均匀光纤(又叫渐变型)。多模阶跃光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯型突变；渐变型光纤纤芯折射率n₁随着半径的增加按一定规律逐渐减少，直到纤芯与包层交界处为止。

多模阶跃型光纤因其纤径比较大，传播模式较多，这种光纤的传输性能较差，频带比较窄，传输容量小。而多模渐变型光纤因其纤芯折射率随着半径的增加而减小，可获得比较小的模式色散，而且这种光纤频带宽，容量较大。基于以上光纤的优缺点，本装置中选用62.5/125μm渐变多模光纤作为高低电位侧的传输媒介。

工作原理

高压侧模拟电路将霍尔电流互感器11输出信号处理成与原级电流成比例同相位的电压信号，经A/D转换后由电/光转换器通过光纤发送给低压端，低压侧的光/电转换器接收来自高压端的光信号并转换为电信号，在低压侧的MSP430单片机23内进行数据计算并经DSP4完成信号去噪处理，最后由LCD5显示。其中高压侧的电子线路及芯片所需能量由LD供能部分提供。

Claims (4)

1.一种霍尔电流互感器检测电流装置，包括高压侧数据采集部分、光纤信号传输部分、高压侧激光二极管供能部分和低压侧信号处理部分，其中光纤信号传输部分包括数据传输光纤（1）和供能光纤（2），高压侧激光二极管供能部分包括DC-DC转换电路（15）和第二光电转换器（14），其特征在于，在高压侧数据采集部分，零磁通霍尔电流互感器（11）与A/D转换器（12）的一端连接，A/D转换器（12）另一端经过电/光转换器（13）连接至数据传输光纤（1）；在低压侧信号处理部分，数据传输光纤（1）经过第一光/电转换器（21）连接至D/A转换器（22）的一端，D/A转换器（22）的另一端与MSP430单片机（23）相接，MSP430单片机（23）的D/A输出端分别连接至自动温度控制电路（24）和激光二极管驱动与过流保护电路（25），自动温度控制电路（24）和激光二极管驱动与过流保护电路（25）都与激光二极管（26）连接，激光二极管（26）经过光纤耦合器（27）与供能光纤（2）的一端连接；供能光纤（2）的另一端经过第二光电转换器（14）与DC-DC转换电路（15）的一端连接，DC-DC转换电路（15）的另一端分别连接至零磁通霍尔电流互感器（11）、A/D转换器（12）和电/光转换器（13）；激光二极管（26）经过光纤耦合器（27）还连接至PIN接收器（28）的一端，PIN接收器（28）的另一端经过放大器（29）连接至MSP430单片机（23）的A/D输入端；DSP（4）和LCD（5）均连接至MSP430单片机（23）；时序控制芯片CPLD（3）则分别连接至A/D转换器（12）和D/A转换器（22）。

2.如权利要求1所述的霍尔电流互感器检测电流装置，其特征在于，A/D转换器（12）和D/A转换器（22）分别采用AD7894和AD7840。

3.如权利要求1所述的霍尔电流互感器检测电流装置，其特征在于，电/光转换器（13）、第一光/电转换器（21）分别采用HFBRl414集成电/光转换器和HFBR2412集成光/电转换器。

4.如权利要求1所述的霍尔电流互感器检测电流装置，其特征在于，数据传输光纤（1）和供能光纤（2）均采用62.5/125μm渐变多模光纤。

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