CN208888303U - 一种导线电流测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导线电流测量系统，控制器可以根据三个单轴磁传感器产生的各磁感应强度和任意两个单轴磁传感器之间的相对距离计算待测载流直导线的电流值，并且在电流测量时，可以通过防护罩防止外部磁场的干扰。对于三个单轴磁传感器只需要保证三个单轴磁传感器位于同一直线，三个单轴磁传感器的磁敏感方向同方向且垂直于三个单轴磁传感器所在的直线，待测载流直导线位于三个单轴磁传感器的磁敏感方向的法平面即可。在安装时，无需固定一次回路导线与三个单轴磁传感器的相对位置，所以应用本测量系统，可以减小安装难度，提高电流测量准确性，此外，通过防护罩可以防止外部磁场对测量结果的影响，进一步提高电流测量准确性。

Description

一种导线电流测量系统

技术领域

本实用新型涉及线路检测领域，特别涉及一种导线电流测量系统。

背景技术

在电力系统中，线路电流是电力系统中必须要测量的重要参数之一，反映了电力系统运行状态，是电力系统优化运行、控制、保护等功能必不可少的输入变量。因此，必须采用一定的技术手段测量到线路电流，并且测量的精度和响应速度应满足电力系统不同功能的要求。

传统电力系统线路的交流电流主要采用电流互感器进行测量，但电流互感器体积大、重量重，串联在一次回路中，安装要求高，并且基于互感原理的电流互感器不能准确测量线路电流中的直流电流；采用霍尔效应原理的电流传感器能够测量直流电流，但是也需要将霍尔电流传感器串联在一次回路中，安装不方便，同时，霍尔电流互感器也需要磁芯，因此重量较重。近年来，随着磁传感器技术的发展，各向异性磁电阻，巨磁电阻及隧道磁电阻等磁传感器被引入电力系统中，用于测量线路电流，虽然利用这些类型的单个磁传感器制作的电流传感器不需要与一次回路直接接触，不需要铁芯或者磁芯；但是必须固定一次回路导线与磁传感器的相对位置，也就是说对单个磁传感器的安装要求极高，安装稍有偏差就会对测量结果产生影响。

由此可见，如何克服传统的利用单个磁传感器对电力系统中的线路电流进行测量时，由于安装难度大导致的测量准确性低的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种导线电流测量系统，以解决现有技术中传统的利用单个磁传感器对电力系统中的线路电流进行测量时，由于安装难度大导致的测量准确性低的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种导线电流测量系统，包括

用于采集待测载流直导线在自身的磁敏感方向上产生的第一磁感应强度的第一单轴磁传感器；

用于采集所述待测载流直导线在自身的磁敏感方向上产生的第二磁感应强度的第二单轴磁传感器；

用于采集所述待测载流直导线在自身的磁敏感方向上产生的第三磁感应强度的第三单轴磁传感器；

分别与所述第一单轴磁传感器、第二单轴磁传感器和第三单轴磁传感器连接，用于根据所述第一磁感应强度、所述第二磁感应强度、所述第三磁感应强度和所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器、所述第三单轴磁传感器之间的相对距离计算所述待测载流直导线的电流值的控制器；

安装于所述待测载流直导线、所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器所在区域外部，用于屏蔽外部磁场的防护罩；

其中，所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器位于同一直线，所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器的磁敏感方向同方向且垂直于所述直线，所述待测载流直导线位于所述磁敏感方向的法平面。

优选地，所述相对距离具体通过与所述控制器连接的距离传感器测的。

优选地，还包括：

分别与所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器连接，用于分别为所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器提供直流电压的直流电源，所述直流电源包括用于调整所述直流电压处于稳定状态的稳压器。

优选地，还包括：

与所述直流电源连接、用于在所述直流电源提供的直流电压超出阈值时，切断所述直流电源与所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器的供电电路的过流保护装置。

优选地，所述过流保护装置具体为熔断器和/或继电器。

优选地，还包括：

与所述控制器连接，用于显示所述电流值的显示装置。

优选地，还包括：

与所述控制器连接、用于在所述显示装置显示所述电流值时报警提示的报警装置。

优选地，所述报警装置具体为蜂鸣器和/或指示灯和/或语音播放器。

优选地，所述显示装置具体为LED触摸显示屏。

优选地，所述防护罩具体为锰锌铁氧体防护罩。

相比于现有技术，本实用新型所提供的一种导线电流测量系统，控制器可以根据三个单轴磁传感器产生的各磁感应强度和任意两个单轴磁传感器之间的相对距离计算待测载流直导线的电流值，并且在电流测量时，可以通过防护罩防止外部磁场的干扰。对于三个单轴磁传感器只需要保证三个单轴磁传感器位于同一直线，三个单轴磁传感器的磁敏感方向同方向且垂直于三个单轴磁传感器所在的直线，待测载流直导线位于三个单轴磁传感器的磁敏感方向的法平面即可。在安装时，无需固定一次回路导线与三个单轴磁传感器的相对位置，即三个单轴磁传感器所在的位置并不会影响待测载流直导线的电流测量。所以应用本测量系统，可以在避免固定一次回路导线与三个单轴磁传感器的相对位置的情况下实现对待测导线的电流测量，进而减小了安装难度，提高了对待测载流直导线的电流测量准确性，此外，通过防护罩可以防止外部磁场对测量结果的影响，进一步提高了待测载流直导线的电流测量准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的一种导线电流测量系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种导线电流测量示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种导线电流测量系统，可以解决现有技术中传统的利用单个磁传感器对电力系统中的线路电流进行测量时，由于安装难度大导致的测量准确性低的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型实施例所提供的一种导线电流测量系统结构示意图，如图1所示，该测量系统包括：

用于采集待测载流直导线10在自身的磁敏感方向上产生的第一磁感应强度的第一单轴磁传感器11；

用于采集待测载流直导线10在自身的磁敏感方向上产生的第二磁感应强度的第二单轴磁传感器12；

用于采集待测载流直导线10在自身的磁敏感方向上产生的第三磁感应强度的第三单轴磁传感器13；

分别与第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13连接，用于根据第一磁感应强度、第二磁感应强度、第三磁感应强度和第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12、第三单轴磁传感器13之间的相对距离计算待测载流直导线10的电流值的控制器14；

安装于待测载流直导线10、第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13所在区域外部，用于屏蔽外部磁场的防护罩；

其中，第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13位于同一直线，第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的磁敏感方向同方向且垂直于直线，待测载流直导线10位于磁敏感方向的法平面。在图1中并没有画出防护罩，但是并不代表没有，在实际测量时，除了图1中所示的模块之外，还包括供电电源等相关器件。

具体的，在本申请实施例中，有三个单轴磁传感器，分别为第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12、第三单轴磁传感器13，如图1所示，在测量时，需保证三个单轴磁传感器在空间中沿一条直线排列，三个单轴磁传感器所在的直线需与第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的磁敏感方向垂直，三个单轴磁传感器的磁敏感方向同方向，待测载流直导线10位于三个单轴磁传感器的磁敏感方向的法平面。当放置好第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13之后，可以分别由第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13采集待测载流直导线10在通电流时在第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的磁敏感方向上产生的第一磁感应强度、第二磁感应强度和第三磁感应强度，三个单轴磁传感器采集对应的磁感应强度的步骤如下：

首先将第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13放置于通有电流的待测载流直导线10所产生的磁场中，然后对第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13通以直流电压，同时，第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13会输出对应的电压信号，第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13输出的电压信号可以等价于第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13在待测载流直导线10上所产生的磁感应强度。

但是，在实际应用中，为了避免外界环境因素对第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13输出的电压信号的干扰，进而使第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13输出的电压信号不能准确的代表第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的磁感应强度，因此，为了更加准确的得出第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的磁感应强度，可以预先测定第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的比例系数，然后由测得的比例系数与第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13输出的电压信号得到三单轴磁传感器的磁感应强度，具体就是将测得的比例系数和电压信号的乘积作为对应单轴磁传感器的磁感应强度，此时由三个单轴磁传感器测得的磁感应强度更为精确。比例系数的测定可以通过实验测得，比例系数具体为多少合适，可以根据实验情况进行确定，本实用新型并不作限定。

另外，需要注意的是，为了得到更准确的测量结果，应保证对第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13施加的直流电压具有一定的稳定性。防护罩可以选用现有技术中的防护罩，防止外部磁场对整个测量系统的影响，进而提高待测载流直导线10的电流测量准确性，作为优选地实施方式，防护罩可以选用锰锌铁氧体防护罩。

为了使本领域的技术人员更好地理解本方案，下面结合附图对待测载流直导线10的电流计算公式进行推导。

图2为本实用新型实施例所提供的一种导线电流测量示意图。如图2所示，图2中所示的小黑原点就是待测载流直导线10所在的位置，x₁、x₂、x₃分别为第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13到待测载流直导线10的距离；θ₁为经过第一单轴磁传感器11的磁敏感方向的法平面与第一单轴磁传感器11到待测载流直导线10的垂线的夹角；θ₂为经过第二单轴磁传感器12的磁敏感方向的法平面与第二单轴磁传感器12到待测载流直导线10的垂线的夹角；θ₃为经过第三单轴磁传感器13的磁敏感方向的法平面与第三单轴磁传感器13到待测载流直导线10的垂线的夹角；α为平面(3个单轴磁传感器构成的直线与磁敏感方向构成的平面)的法线与待测载流直导线10的夹角，在图2中未画出；m为第一单轴传感器11与第二单轴传感器12之间的距离；n为第一单轴传感器11与第三单轴传感器13之间的距离。

首先根据比奥-萨法尔定律及空间几何关系可得：

x₁sinθ₁＝x₂sinθ₂ (4)

x₂sinθ₂＝x₃sinθ₃ (5)

式(1)～式(7)中，I_x为待求解的被测待测载流直导线10的电流，是未知量；B₁、B₂、B₃分别为3个单轴磁传感器测量到的磁感应强度，是已知量；x₁、x₂、x₃分别为第一、第二、第三单轴磁传感器到待测载流直导线10的距离，是未知量；θ₁、θ₂、θ₃为未知量；α是未知量；m为已知量；n为已知量；μ₀为真空磁导率，为已知常量；π为圆周率，为已知常量。

联立式(1)～式(7)可求得被测电流I_x。

在推导公式时假定

具体求解步骤如下：

令则根据式(1)～式(3)可得：

根据式(6)和式(7)可得：

根据式(4)和式(5)可得：

联立式(9)和式(10)，可得：

将式(8)代入式(11)，可得：

由式(12)可得：

将式(8)代入式(6)、式(7)可得：

将式(13)代入式(14)可得：

消去式(15)中的x₁ ²，可得：

整理式(16)可得：

[m(B₁-B₃)-n(B₁-B₂)]I²+[2mnB₁B₃+m²B₂(B₁-B₃)-2mnB₁B₂-n²B₃(B₁-B₂)]I+(2m²nB₁B₂B₃-2mn²B₁B₂B₃)＝0 (17)

令：

则式(17)变为：

k₁I²+k₂I+k₃＝0 (19)

则根据一元二次方程求根公式求解式(19)可得：

再根据下式得到待测电流I_x：

在本申请实施例中，是根据第一单轴磁传感器11与第二磁单轴传感器12之间的距离和第一磁单轴传感器11与第三单轴磁传感器12之间的距离计算出的待测载流直导线10的电流值。在实际应用中，还可以通过第一单轴磁传感器11与第二单轴磁传感器12之间的距离和第二单轴磁传感器12与第三单轴磁传感器13之间的距离，或第一单轴磁传感器11与第三单轴磁传感器13之间的距离和第二单轴磁传感器12与第三单轴磁传感器13之间的距离计算待测载流直导线10的电流值，具体选用哪两个单轴磁传感器之间的距离计算待测载流直导线10的电流值，可根据实际情况确定，本实用新型并不作限定。

本实用新型所提供的一种导线电流测量系统，控制器可以根据三个单轴磁传感器产生的各磁感应强度和任意两个单轴磁传感器之间的相对距离计算待测载流直导线的电流值，并且在电流测量时，可以通过防护罩防止外部磁场的干扰。对于三个单轴磁传感器只需要保证三个单轴磁传感器位于同一直线，三个单轴磁传感器的磁敏感方向同方向且垂直于三个单轴磁传感器所在的直线，待测载流直导线位于三个单轴磁传感器的磁敏感方向的法平面即可。在安装时，无需固定一次回路导线与三个单轴磁传感器的相对位置，即三个单轴磁传感器所在的位置并不会影响待测载流直导线的电流测量。所以应用本测量系统，可以在避免固定一次回路导线与三个单轴磁传感器的相对位置的情况下实现对待测导线的电流测量，进而减小了安装难度，提高了对待测载流直导线的电流测量准确性，此外，通过防护罩可以防止外部磁场对测量结果的影响，进一步提高了待测载流直导线的电流测量准确性。

为了提高第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13之间的距离准确性，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，相对距离具体通过与控制器14连接的距离传感器测的。当然，选用距离传感器测量第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13之间的相对距离只是一种优选地方式，并不代表只有这一种方式，在实际应用中，也可以通过刻度尺等测量工具测量第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13之间的相对距离，具体选用何种器件测量第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13之间的相对距离，本实用新型并不作限定。

为了提高测量的便捷性以及提高测量结果的准确性，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：

分别与第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13连接，用于分别为第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13提供直流电压的直流电源，直流电源包括用于调整直流电压处于稳定状态的稳压器。

具体地，在实际测量之前，可以为第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13配置专用的直流电源，在实际测量时，无需单独再为第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13匹配合适的直流电源，进而可以提升本测量装置的使用便捷性。同时，考虑到测量结果的准确性，还可以为直流电源配置专门的稳压器，以使直流电源能够提供较为稳定的直流电压，可以有效避免因为第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13提供的直流电压不稳定而导致测量结果准确性低的情况。

为了防止出现因电源提供的电流过大，进而损坏单轴磁传感器的情况，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：

与直流电源连接、用于在直流电源提供的直流电压超出阈值时，切断直流电源与第一单轴磁传感器11、第二单轴磁传感器12和第三单轴磁传感器13的供电电路的过流保护装置。阈值的大小可根据实际情况进行设定。作为优选地实施方式，过流保护装置具体为熔断器和/或继电器。

考虑到在测量出电流值时，可以方便相关人员查看，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：

与控制器14连接，用于显示电流值的显示装置。具体就是在得出电流值时，控制显示装置显示该电流值。优选地，显示装置具体为LED触摸显示屏。为了使本申请实施例中的电流测量系统更加智能化，并且在显示装置显示出电流值时，能及时的告知相关人员，作为优选地实施方式，还包括：

与控制器14连接、用于在显示装置显示电流值时报警提示的报警装置。作为优选地实施方式，报警装置具体为蜂鸣器和/或指示灯和/或语音播放器。

当然，显示装置和报警装置并不局限于上述提到的器件，在实际应用时，还可以选用其它符合要求的器件，本实用新型并不作限定。

以上对本实用新型所提供的一种导线电流的测量系统进行了详细介绍。本文中运用几个实例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明，只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，本领域技术人员，在没有创造性劳动的前提下，对本实用新型所做出的修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请中。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作与另一个操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”等类似词，使得包括一系列要素的单元、设备或系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种单元、设备或系统所固有的要素。

Claims (10)

1.一种导线电流测量系统，其特征在于，包括：

用于采集待测载流直导线在自身的磁敏感方向上产生的第一磁感应强度的第一单轴磁传感器；

用于采集所述待测载流直导线在自身的磁敏感方向上产生的第二磁感应强度的第二单轴磁传感器；

用于采集所述待测载流直导线在自身的磁敏感方向上产生的第三磁感应强度的第三单轴磁传感器；

分别与所述第一单轴磁传感器、第二单轴磁传感器和第三单轴磁传感器连接，用于根据所述第一磁感应强度、所述第二磁感应强度、所述第三磁感应强度和所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器、所述第三单轴磁传感器之间的相对距离计算所述待测载流直导线的电流值的控制器；

安装于所述待测载流直导线、所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器所在区域外部，用于屏蔽外部磁场的防护罩；

其中，所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器位于同一直线，所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器的磁敏感方向同方向且垂直于所述直线，所述待测载流直导线位于所述磁敏感方向的法平面。

2.根据权利要求1所述的导线电流测量系统，其特征在于，所述相对距离具体通过与所述控制器连接的距离传感器测的。

3.根据权利要求1所述的导线电流测量系统，其特征在于，还包括：

分别与所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器连接，用于分别为所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器提供直流电压的直流电源，所述直流电源包括用于调整所述直流电压处于稳定状态的稳压器。

4.根据权利要求3所述的导线电流测量系统，其特征在于，还包括：

与所述直流电源连接、用于在所述直流电源提供的直流电压超出阈值时，切断所述直流电源与所述第一单轴磁传感器、所述第二单轴磁传感器和所述第三单轴磁传感器的供电电路的过流保护装置。

5.根据权利要求4所述的导线电流测量系统，其特征在于，所述过流保护装置具体为熔断器和/或继电器。

6.根据权利要求1所述的导线电流测量系统，其特征在于，还包括：

与所述控制器连接，用于显示所述电流值的显示装置。

7.根据权利要求6所述的导线电流测量系统，其特征在于，还包括：

与所述控制器连接、用于在所述显示装置显示所述电流值时报警提示的报警装置。

8.根据权利要求7所述的导线电流测量系统，其特征在于，所述报警装置具体为蜂鸣器和/或指示灯和/或语音播放器。

9.根据权利要求6所述的导线电流测量系统，其特征在于，所述显示装置具体为LED触摸显示屏。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的导线电流测量系统，其特征在于，所述防护罩具体为锰锌铁氧体防护罩。