CN207571187U - 一种基于温度检测的电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于温度检测的电流检测装置，属于电气工程技术领域。本实用新型电流检测装置包括导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述主控单元包括DSP芯片，采集导体温度、环境温度及工况信号，通过计算得到电流值。本实用新型采用非电量的检测方式，实现电流检测，检测装置重量轻、体积小、成本低、量程宽，尤其适合于大电流检测，使成套电器设备小型化、智能化。

Description

一种基于温度检测的电流检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种电流检测装置，尤其是一种基于温度检测的电流检测装置，属于电气工程技术领域。

背景技术

目前电流检测均采用电流互感器、电流传感器等，将一次侧的大电流转换为小电流信号。其共同特点是电量检测。

其缺点是：1)因为每个电流互感器、电流传感器均有其量程，因而产品规格多，根据不同量程，用户需要库存多种规格的电流互感器或电流传感器以作备用；2)笨重、体积大、成本高，尤其在高电压、大电流场合采用上述方法的电流检测装置笨重、体积庞大、价格高昂，使得高电压、大电流的成套电器设备成本高、占地面积大。

导体通入电流以后将会发热，其温度必然升高。也就是说，温度或温升和电流之间有必然的函数关系，那么只要通过检测温度即可检测到电流大小。但目前电器设备均采用自然冷却或风扇强迫冷却等多种冷却方式，散热条件不同，有可能导致温度相同而电路中流过的实际电流不同，这使得求解温度与电流之间的关系变得异常复杂。

发明内容

本实用新型的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，根据导体通电后温度发生变化的特点，突破传统的电流检测方式，提出一种基于非电量(温度)的电流检测装置及方法，从而解决传统的电流检测装置体积大、成本高的问题，尤其适合于大电流场合的电流检测。

为了达到以上目的，本实用新型基于温度检测的电流检测装置，包括：导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述导体温度检测模块包括温度传感器，所述温度传感器可以是数字温度传感器、热电偶，也可以是红外温度传感器，用于检测被测电流回路的导体温度；所述主控单元包括 DSP芯片，采集导体温度、环境温度以及工况信号，通过计算得到电流值；所述工况信号是指被测电流回路的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号。

本实用新型的有益效果是：无需电流互感器、电流传感器，完全采用非电量(温度)的检测方法实现电流测量，且量程无限，也就是说，本实用新型的电流检测装置只需一种规格，即可实现任意大小电流的测量，适于大规模生产，大幅减少用户库存；此外，检测装置重量轻、体积小、成本低，尤其有益于降低大电流检测装置的成本，使其体积大大减小，从而使得大电流成套电器设备进一步小型化、智能化。

附图说明

图1为本实用新型电流检测装置构成图；

图2为本实用新型实施例采用数字温度传感器的接触式测温示意图；

其中，1-导体温度检测模块；11-数字温度传感器；2-环境温度检测模块；3-主控单元； 6-被测回路导体

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型一种基于温度检测的电流检测装置，包括：导体温度检测模块 1、环境温度检测模块2、主控单元3；导体温度检测模块1、环境温度检测模块2分别将采集到的导体温度和环境温度数据送至主控单元3；导体温度检测模块1中的温度传感器可采用红外温度传感器对导体进行非接触式测温，也可以采用数字温度传感器、热电偶对被测电流回路的导体进行接触式测温。主控单元3包括DSP芯片，采集工况信号以及导体温度、环境温度，通过判断、计算得到被测电流回路的电流值；为了得到更高的精度和动态响应速度，需采用具有高速运算处理能力的DSP。

工况信号包括控制被测电流回路通断的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号：前者反映断路器是处于合闸位置还是分闸位置，用来判断回路是否有电流流过；后者反映冷却情况，因为不同的冷却方式，导体的散热系数不同，就会出现导体的温度相同，但通过的电流不同，所以必须知晓冷却装置是否启动。冷却装置一般为风扇，冷却装置未启动，为自然冷却方式；冷却装置启动，则为强迫冷却方式，以此确定选取相应的综合散热系数K_T。

实施例：

接触式测温：如图2所示，导体温度检测采用数字温度传感器11，如DS18B20，将数字温度传感器DS18B20紧贴于被测回路导体6的表面，其数据线DQ与主控单元3的DSP输入口相连，即可实时检测到导体温度；同时环境温度也采用数字温度传感器DS18B20，其数据线DQ也与主控单元3的DSP的另一输入口相连，即可实时检测到环境温度；两者相减，即可得到所测回路的导体温升τ。

采用本实用新型基于温度检测的电流检测装置进行电流检测时，按以下步骤进行：

步骤1，通过实验分别获取冷却装置未启动和启动工况下被测电流回路导体的综合散热系数K_T，其方法是：

1)在冷却装置未启动情况下，即自然冷却情况下，给导体从冷态开始通电；

2)当导体达到发热稳定时，通过测量得到稳定温升值τ_s；

3)切除电源，使导体冷却至环境温度θ₀；

4)在与步骤1)同样的条件下给导体通同样大小的电流，并计时、测导体温升τ，形成若干组(t，τ)；

5)将测量得到的若干组(t，τ)和步骤2)得到的τ_s代入式(1)：

τ＝τ_s(1-e^-t/T) (1)

即可得到若干个相应的热时间常数T，T＝cm/(K_TA)，据此求得热时间常数T的平均值其中，A为导体有效散热面积，c为导体比热容，m为导体质量，τ为导体温升，τ＝θ-θ₀，θ为导体温度，θ₀为环境温度。

6)由T＝cm/(K_TA)可得：

将热时间常数平均值导体比热容c、导体质量m、导体有效散热面积A等常数代入式 (2)，即可求得冷却装置未启动情况下被测电流回路导体的综合散热系数K_T；

7)在冷却装置启动情况下，即强迫冷却情况下，给导体从冷态开始通电；

8)按步骤2)-6)，即可求得冷却装置启动情况下被测电流回路导体的综合散热系数K_T。

步骤2，采集环境温度θ₀、被测电流回路导体的温度θ及工况信号；

步骤3，分析工况信号中的断路器工作位置信号，如果断路器处于分闸位置，则判定电流为0，输出电流值为0，返回步骤2；否则转至步骤4；

步骤4，分析工况信号中的冷却装置启动信号，根据冷却装置是否工作，选取相应的综合散热系数K_T；

步骤5，将被测电流回路的导体温度θ减去环境温度θ₀得到被测电流回路的导体温升值τ；

步骤6，计算电流值I，具体过程如下：

1)根据热平衡原理，导体内产生的热量等于导体的散热量与提高导体本身温度而吸收的热量之和，即热量守恒方程：

Pdt＝K_TAτdt+cmdτ (3)

式中，Pdt为在dt时间内导体的总发热量，K_TAτdt为在dt时间内导体的总散热量(牛顿公式)， cmdτ为在dt时间内导体温度升高dτ时所吸收的热量，P为电流通过导体所产生的能量损耗称为电阻损耗(或称焦耳损耗)，P＝KI²R，K为附加损耗系数，I为导体中的电流，R为导体电阻，A为导体有效散热面积，K_T为综合散热系数，c为导体比热容，m为导体质量，τ为导体温升，τ＝θ-θ₀，θ为导体温度，θ₀为环境温度。

2)解式(3)，可得：

式中，τ₀为初始温升，T为发热时间常数，即热惯性时间，T＝cm/(K_TA)。

3)将P＝KI²R代入式(4)，整理得：

由式(5)可知电流与温升、时间的关系。将采样时刻t、步骤4选取的综合散热系数K_T、步骤5得到的被测电流回路的导体温升值τ，以及导体有效散热面积A、导体电阻R、附加损耗系数K、导体比热容c、导体质量m等参数代入式(5)，即可求得此时回路中的电流值。

式(1)推导如下：

给导体通电后，当导体发热稳定时，即达到稳定温升，此时dτ＝0，总发热量等于总散热量，则由式(3)有：

P＝K_TAτ_s (6)

式中，τ_s为导体的稳定温升。

将式(6)代入式(3)，有：

设导体从初始温升τ₀开始通电，直至达到稳定温升τ_s，解方程式(7)，得

τ＝τ_s(1-e^-t/T)+τ₀e^-t/T (8)

如果τ₀＝0，即导体从冷态开始通电，则式(8)可变为：

τ＝τ_s(1-e^-t/T) (1)。

Claims (1)

1.一种基于温度检测的电流检测装置，其特征在于，包括：导体温度检测模块、环境温度检测模块、主控单元；所述导体温度检测模块、环境温度检测模块均与主控单元相连；所述导体温度检测模块包括温度传感器，用于检测被测电流回路的导体温度；所述主控单元包括DSP芯片，采集导体温度、环境温度以及工况信号，通过计算得到电流值；所述工况信号是指被测电流回路的断路器工作位置信号、冷却装置启动信号。