CN205450101U - 一种高压柜高精度多路交流电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，至少包括：8路交流电流信号采样单元，8路模拟开关、真有效值转换单元、模/数信号转换单元、中央处理器单元、数据转换单元、滤波单元、数据显示单元、数据通讯单元、485数据接口；8路交流电流信号采样单元的8路输出端分别与8路模拟开关的8路输入端电连接；8路模拟开关的输出端通过真有效值转换单元与模/数信号转换单元的输入端电连接；模/数信号转换单元的输出端与中央处理器单元的I/O口电连接；中央处理器单元的控制口与8路模拟开关、真有效值转换单元、模/数信号转换单元的控制端电连接；数据通讯单元与485数据接口单元电连接。该装置为网络云端大数据处理提供底层基本数据。

Description

一种高压柜高精度多路交流电流检测装置

技术领域

本实用新型涉及电子信号检测领域，特别是涉及用于高压柜高精度多路交流电流的检测装置。

背景技术

目前，电力高压柜的交流电流信号的测量主要有两种方法；第一种是通过检测电阻加运算放大器模式。第二种是采用模块型霍尔电流传感器作为电流检测元件模式。

以上两种传统的交流电流信号检测方法，都存在问题；第一种方法问题在于温漂较大，精密电阻的选择较难，低端检测电路易对地线造成干扰；高端检测，电阻与运放的选择要求高，无隔离效果，安全可靠性低，风险大，易造成安全事故。第二种方法采用模块型霍尔电流传感器作为电流检测元件，模块型霍尔电流传感器分开环模式与闭环模式，开环模式又称为直接测量式霍尔电流传感器，输入为电流，输出为电压。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。可测量各种波形的电流。但它的测量范围小、带宽低。在这种应用中，霍尔器件是磁场检测器，它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后，磁芯可能达到饱和；随着频率升高，磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。闭环模式又称为零磁通模式或磁平衡模式，其输入与输出端均为电流信号将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，最终达到磁平衡。这个平衡过程是自动建立的，是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时，霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低，不会使磁芯饱和，也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。但模块霍尔电流传感器，一般体积较大，双电源供电，价格较高。另外两种检测方法均为模拟量测量方法，所得结果均为模拟量，无法进行通讯网络化处理，更不能为网络云端大数据处理提供底层数据。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，以便解决高压柜模拟数据测量的数字化、网络化、为网络云端大数据处理提供底层基本数据。

本实用新型的目的是这样实现的，一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：至少包括：8路交流电流信号采样单元，8路模拟开关、真有效值转换单元、模/数信号转换单元、中央处理器单元、数据转换单元、滤波单元、数据显示单元、数据通讯单元、485数据接口；8路交流电流信号采样单元的8路输出端分别与8路模拟开关的8路输入端电连接；8路模拟开关的输出端通过真有效值转换单元与模/数信号转换单元的输入端电连接；模/数信号转换单元的输出端与中央处理器单元的I/O口电连接；中央处理器单元的控制口与8路模拟开关、真有效值转换单元、模/数信号转换单元的控制端电连接；中央处理器单元的分别通过I/O口与数据显示单元、数据通讯单元电连接；数据通讯单元与485数据接口单元电连接。

所述8路交流电流信号采样单元，由8路0~100A的电流互感器和分压电阻组成，在电流互感器两个引脚之间接入一个阻值为80欧姆的电阻网R，将电阻网R的一端接地，另一端接电压信号检测系统，通过电压信号检测系统测量出电阻网R的端电压V,然后用测量出的端电压V除以电阻网R的阻值就可以得出电流互感器测量出的电流信号大小。

所述有电阻网R由3个240欧姆的电阻并联组成。

所述8路模拟开关，其型号为CD4051，采用双电源供电，其中正向电源电压为+9V，负向电源电压为-5V。

所述真有效值转换单元，其型号为DON14。

所述模/数信号转换单元，采用AD公司的24位A/D转换芯片ADS1110。

所述中央处理器单元是STC公司生产的单片机STC15W408AS。

所述的数据显示单元由4个8位数码管以及驱动芯片组成，驱动芯片型号为MAX7219。

所述数据通讯单元采用RS485通讯协议进行通讯。

本实用新型的优点是：通过对多路交流电流信号的高精度检测，即对一个高压柜中的多路输电线路电流信号进行检测，并将检测到的模拟电流信号进行数字化处理，然后将处理后的电流信号数据通过数据网络传输到云端进行大数据优化处理。解决高压柜模拟数据测量的数字化，网络化。

附图说明

下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型实施例电路原理图；

图2是电阻网电路原理图。

图中：1、8路交流电流信号采样单元；2、8路模拟开关；3、真有效值转换单元；4、模/数信号转换单元；5、中央处理器单元；6、数据转换单元；7、滤波单元；8、数据显示单元；9、数据通讯单元；10、485数据接口单元；11、电流互感器；12、电阻网R；13、电阻R1；14、电阻R2；15、电阻R3。

具体实施方式

实施例1

一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：至少包括：8路交流电流信号采样单元1，8路模拟开关2、真有效值转换单元3、模/数信号转换单元4、中央处理器单元5、数据转换单元6、滤波单元7、数据显示单元8、数据通讯单元9、485数据接口10；8路交流电流信号采样单元1的8路输出端分别与8路模拟开关2的8路输入端电连接；8路模拟开关2的输出端通过真有效值转换单元3与模/数信号转换单元4的输入端电连接；模/数信号转换单元4的输出端与中央处理器单元5的I/O口电连接；中央处理器单元5的控制口与8路模拟开关2、真有效值转换单元3、模/数信号转换单元4的控制端电连接；中央处理器单元5的分别通过I/O口与数据显示单元8、数据通讯单元9电连接；数据通讯单元9与485数据接口单元10电连接。

实施例2

如图1所示，一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，至少包括：8路交流电流信号采样单元1，8路模拟开关2、真有效值转换单元3、模/数信号转换单元4、中央处理器单元5、数据转换单元6、滤波单元7、数据显示单元8、数据通讯单元9，485接口10；8路交流电流信号采样单元1的8路输出端分别与8路模拟开关2的8路输入端电连接；8路模拟开关2的输出端通过真有效值转换单元3与模/数信号转换单元4的输入端电连接；模/数信号转换单元4的输出端与中央处理器单元5的I/O口电连接；中央处理器单元5的控制口与8路模拟开关2、真有效值转换单元3、模/数信号转换单元4的控制端电连接；滤波单元7分别与中央处理器单元5和数据显示单元8的电源端口连接；中央处理器单元5的分别通过I/O口与数据转换单元6、数据显示单元8电连接；数据转换单元6输出端与数据通讯单元9输入端电连接；数据通讯单元9输出端与485接口10电连接。

所述8路交流电流信号采样单元，由8路0~100A的电流互感器和分压电阻组成，交流电流信号采样模块的目的是将每路信号为0~100A的交流电流信号转换成0~200mV的交流电压信号，通过测量电压信号的大小，然后通过一定的算法处理，从而测算出电流信号的大小。其实现方法是：在电流互感器两个引脚之间接入一个阻值为80欧姆的电阻网R，将电阻网R的一端接地，另一端接电压信号检测系统，通过电压信号检测系统测量出电阻网R的端电压V,然后用测量出的端电压V除以电阻网R的阻值就可以得出电流互感器测量出的电流信号大小。

如图2所示，所述电阻网R由3个240欧姆的R1电阻13、R2电阻14、R3电阻15并联组成，电流互感器11的输出脚分别与R1电阻13、R2电阻14、R3电阻15的两个端口电连接；每一个电阻为贴片封装的高精度电阻，其特点是精度可达千分之一，但其缺点是温度漂移性差，随着温度的升高，电阻精度降低，本实用新型采用3个电阻并联进行分流，使一个电阻上的功耗由3个电阻分担，有效降低电阻的工作温度，从而保证了分压电阻的精度。

所述8路模拟开关，其型号为CD4051，采用双电源供电，其中正向电源电压为+9V，负向电源电压为-5V，模拟开关8个引脚分别与8路交流电流信号采样单元的输出脚相连接，三个控制引脚，分别与中央处理器单元5的三个I/O接口相连接，8路模拟开关工作时，由中央处理器单元5的三个I/O接口发出开关量，通过模拟开关内部的3-8译码器决定模拟开关输出端口的通/断。

所述真有效值转换单元，其型号为DON14，真有效值转换单元的作用是将0~2V的交流电压信号转换为0~2V的直流电压信号，转换过程中电压信号的绝对值保持不变。由于电流采样单元8采集的电流信号为交流信号，经转换为电压信号后，所得电压信号仍为交流信号，为了将此交流信号转换成为模数转换单元能够识别的直流电压信号，且测量值保持不变，本实用新型采用真有效值转换单元有效的解决这一问题。

所述模/数信号转换单元4，采用AD公司的24位A/D转换芯片ADS1110，其特点是转换精度高，可达24位，工作能耗低，电路设计简单。模/数信号转换单元4的输入脚与真有效值转换单元3的输出脚相连，待测电压信号经真有效值转换单元转换后进入模/数信号转换单元4，并经入模/数信号转换单元4将待测电压由模拟信号转换为数字信号，供中央处理器单元5处理。模/数信号转换单元的控制信号由央处理器单元5发出。

所述中央处理器单元5是单片机及其最小系统，单片机系统采用STC公司生产的STC15W408AS,该单片机系统的特点是宽工作电压，工作电压宽度可达2.6V-5.5V,，可靠性高，加密性能强。单片机系统与8路模拟开关单元，模/数信号转换单元，数据显示单元，数据通讯单元相连接，分别控制各个单元模块的工作状态。

所述数据转换单元是将单片机系统发出的数据型号转换为数据通讯系统所需要的数据型号，由于单片机系统发出的数据信号为TTL电平，而数据通讯系统所需要的数据信号为232电平，故在此需要增设数据转换系统，将TTL电平的数据信号转换为232电平类型的数据信号。

所述滤波单元，其作用是为单片机系统，数据通讯系统的供电系统进行滤波处理，由于单片机系统和数据通讯系统进行工作时，其工作频率高，对供电系统的要求也就比较高，一旦电源系统杂波增多，容易造成对这两个系统的干扰，影响其正常工作。因此本实用新型设计有专门的滤波系统，以此解决供电系统杂波干扰大的问题。

所述数据显示单元，由4个8位数码管以及驱动芯片组成，驱动芯片型号为MAX7219。

所述数据通讯单元采用RS485通讯协议进行通讯，单片机发出通讯数据经数据转换单元进行电平后经485驱动芯片传送至数据通讯链路。

该装置的工作过程是：通过8路电流互感器将高压柜8处电流采样，在单片机控制下，由8路模拟开关分时逐个输入，经高精度真有效值器件转换成0-200mV的直流电压信号，由24位高精度AD转换器变换后送入单片机系统，经单片机计算得到高压柜8路被测电流的有效值（其测量范围为0-1000A，精度可达千分之一），并可通过485接口传送到云端进行大数据汇总与处理。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：至少包括：8路交流电流信号采样单元（1），8路模拟开关（2）、真有效值转换单元（3）、模/数信号转换单元（4）、中央处理器单元（5）、数据转换单元（6）、滤波单元（7）、数据显示单元（8）、数据通讯单元（9）、485数据接口（10）；8路交流电流信号采样单元（1）的8路输出端分别与8路模拟开关（2）的8路输入端电连接；8路模拟开关（2）的输出端通过真有效值转换单元（3）与模/数信号转换单元（4）的输入端电连接；模/数信号转换单元（4）的输出端与中央处理器单元（5）的I/O口电连接；中央处理器单元（5）的控制口与8路模拟开关（2）、真有效值转换单元（3）、模/数信号转换单元（4）的控制端电连接；中央处理器单元（5）的分别通过I/O口与数据显示单元（8）、数据通讯单元（9）电连接；数据通讯单元（9）与485数据接口单元（10）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述8路交流电流信号采样单元（1），由8路0~100A的电流互感器和分压电阻组成，在电流互感器两个引脚之间接入一个阻值为80欧姆的电阻网R，将电阻网R的一端接地，另一端接电压信号检测系统，通过电压信号检测系统测量出电阻网R的端电压V,然后用测量出的端电压V除以电阻网R的阻值就可以得出电流互感器测量出的电流信号大小。

3.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述有电阻网R由3个240欧姆的电阻并联组成。

4.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述8路模拟开关(2)，其型号为CD4051，采用双电源供电，其中正向电源电压为+9V，负向电源电压为-5V。

5.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述真有效值转换单元(3)，其型号为DON14。

6.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述模/数信号转换单元(4)，采用AD公司的24位A/D转换芯片ADS1110。

7.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述中央处理器单元(5)是STC公司生产的单片机STC15W408AS。

8.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述的数据显示单元(8)由4个8位数码管以及驱动芯片组成，驱动芯片型号为MAX7219。

9.根据权利要求1所述的一种高压柜高精度多路交流电流检测装置，其特征是：所述数据通讯单元（9）采用RS485通讯协议进行通讯。