CN2588378Y - 一种交直流无源漏电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种交直流高压漏电流传感器，它是由大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器及传感器模块组成，它们都是并联连接的，所述的传感器模块是由集成电路MAX472及工作电压获取电路组成，通过利用被测漏电流本身潜在的能量，用工作电压采集电阻获得交流电压，再经整流滤波后得到稳定的有源器件工作电压，使有源器件用于无源检测得于实现，从而打破通过电流互感器进行检测的传统检测模式。

Description

一种交直流无源漏电流传感器

所属技术领域

本实用新型属于电子技术领域，它特别涉及电流传感器。

背景技术：

传统的电流检测(如高压设备漏电流检测)通常采用电流互感器，在高导磁率、损耗小的磁环上绕初、次级线圈，初级线圈通常只有一匝或数匝，次级线圈可以根据不同的电流比率确定需要的匝数，根据电磁耦合原理，初、次级电流的比值与匝数比成反比。

很多文章在探索如何提高互感器的精度问题，如贺景亮等在“高压技术”97年第1期介绍的“复合型小电流传感器的研究”，清华大学黄琦等人在“高电压技术年会论文集(99年)”刊登的“介质损耗电流传感器研究”；赵秀山等“在线监测用电流互感器研究”(刊登于清华大学学报1995年35期)。其基本原理是在磁环上绕初级线圈，初级线圈可以是一匝(被测电流直接从磁环中心穿过)，次级线圈匝数可自由选择，当被测电流I₁通过磁环时，根据电磁耦合原理在次级线圈便产生感应电流I₂，接上负载便可得到信号电压U₂，其优点是简单、价低。他们的研究都在致力于提高和改进互感器的工艺和精度，但无论怎样改进电流互感器总离不开磁芯和线圈，就必然存在铁损和铜损，因而产生相角偏移是不可避免的。而且随机因素很大，很难计算和给予补偿。电流互感器只能检测音频电流，对直流和高频电流不适用。

现有技术(平台)是：

1).采用电流互感器检测漏电流，这是现在普遍采用的方法。

2).国外电流传感器，如MAX471、MAX472和LINEAR TECHNOLOGY公司的LT1786/LT1787H，它是有八脚的集成电路，主要用于有源大电流检测，未检索到用于无源检测。

集成电路电流传感器，国外已有类似的产品，如美国MAX1M公司的MAX471和MAX472电流传感器。但它是有源电流传感器，其工作电源是直流3V～36V，MAX472的原理框图如图3所示。

发明内容

本实用新型的任务是提供一种交直流无源漏电流传感器，它可以用来检测高压电气设备的阻性电流，检测各种避雷器的漏电流。

本实用新型交直流高压漏电流传感器是由大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器及传感器模块组成(如图1所示)，它们都是并联连接的，这四个单元电路，两端都有引出脚①和②、③和④、⑤和⑥、⑦和⑧；把①③⑤⑦连在一起通过导线接在外壳的接线端子A上；将②④⑥⑧接在一起并通过导线与外壳上的接线端子B相连，A、B两端组成本实用新型的输入端。

上面所述的大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器均采用现有产品。所述的传感器模块是由集成电路MAX472及工作电压获取电路组成，其工作原理如图2所示。传感器模块的组成和内部连接关系是：取两个增益电阻R_G1和R_G2的一端分别接集成块MAX472的3脚和6脚，R_G1和R_G2的另一端分别接传感电阻R_sense的两端，R_sense的两端节点分别标著为A和F。F点再串接二极管的正端，二极管的负端E点接取样电阻R_L，R_L的另一端接B点。E点再接MAX472的7脚和滤波电容C₁的正端，C₁的负端接B、D点，也就是地端。MAX472的8脚是信号输出端，8脚接输出电阻R_out，R_out与电位器W串联后再接地B，A点和B点是输入端，C点和D点是信号输出端。

需要说明的是，本实用新型传感器模块中选用的是MAX472，它是美国MAXIM公司产品，MAX472可以用以下性能相近的产品代替：

  MAX471、QVMAX4172、MAX4173T/F/H、QVMAX4373T/F/H、

  QVMAX4373、MAX4373、MAX4374、MAX4375及美国来特公司产品

  LT1787。

传感器模块工作过程是：A点接在高压设备的末屏，B与D点接地(先把原来末屏的接地线断开)。集成电路MAX472所需要的工作电压V_CC由被测漏电流I通过传感电阻R_sense经二极管D1和采样电阻R_L流入地，交流电压通过二极管D1整流成脉动直流，再经电容C₁滤波后变成直流作为有源器件MAX472的工作电压。正半周时电容C₁充电、贮能，负半周时由电容C₁的贮能作为集成电路的工作电压。由于采用了低压微功耗集成电路MAX472，只要直流3伏的电压就能正常工作。大电流敏感器(能承受6KA的雷击电流，能抑制强脉冲干扰，能抑制数百安培的脉冲电流)及限压电路，使传感器在任何大电流强干扰的情况下，传感器两端电压在安全电压36V以下，避免传感器损坏造成开路，引起设备损坏和人身伤害。

本实用新型用来检测交直流电流，所能跟踪的电流变化频率可达130KHz。可将被检测电流的变化线性放大，也可以通过外接输出电阻转换成输出端对地电压的变化，满量程输出电压视检测端高电位端的电压而定，一般不小于1.5V。

基本工作原理是被检测电流I_sense流过微小的传感电阻R_sense，其阻值有内置35mΩ的(MAX471)也可以外接。检测电流通过传感电阻的电流为I_sense，设某一时刻检测电流由A流向F，在R_sense上产生压降V_sense，运算放大器输出控制只能使晶体管Q₁或Q₂的一个导通，另一个截止，此时Q₁导通，Q₂截止，检测电流方向改变时，则Q₂导通，Q₁截止，如图3所示。又因为运放开环增益非常大，输入端电位差趋近于零。因此检测电流I_sense流过R_sense产生的压降就等于输出电流I_out流过R_G1的压降。即

I_out×R_G1＝I_sense×R_sense $I_{\mathrm{out}}=\frac{I_{\mathrm{sense}}\×R_{\mathrm{sense}}}{R_{G1}}$ $\frac{I_{\mathrm{out}}}{I_{\mathrm{sense}}}=\frac{R_{\mathrm{sense}}}{R_{G1}}$

如果R_sense＝35mΩ，增益电阻R_G1＝R_G2为70Ω，则 $\frac{I_{\mathrm{out}}}{I_{\mathrm{sense}}}=\frac{35\×{10}^{-3}\mathrm{\Ω}}{70\mathrm{\Ω}}$ $=\frac{1}{2000}=500\×{10}^{-6},$ 即输出电流比检测的传感电流缩小了2000倍。如果R_G1、R_G2、R_sense外接，那么检测电流的范围及灵敏度，就可以自由选取了。

需要说明的是，根据检测电流的大小、模块的结构是不同的，以适应50μA～±500mA大范围的检测。

本实用新型是利用漏电流这种潜在的能源，取其能量稍加变换和贮存，便可使有源器件正常工作，从而实现用微电子技术对交直流电流的无源检测。它具有以下特点：

1).将有源器件用于无源检测，因为有源器件用于无源检测，必须提供有源器件的工作电压，本实用新型通过利用被测漏电流本身潜在的能量，用工作电压采集电阻获得交流电压，再经整流滤波后得到稳定的有源器件工作电压，使有源器件用于无源检测得于实现，从而打破通过电流互感器进行检测的传统检测模式。如本实用新型用于高压设备漏电流检测时，我们利用了漏电流潜在的能量，转换成集成传感器的工作电压。其工作原理是在测高压设备漏电流时，把接地线断开，串接一个传感电阻R_sense和为取得工作电压的采样电阻R_L，通常R_L＞＞R_sense。高压通过高压设备(如耦合电容C)有漏电流I_sense。此漏电流通过电阻产生的压降I_senseR_sense作为检测信号源，I_senseR_L再通过二极管D整流和电容滤波，不论正负半周都可得到稳定的电压作为MAX472的V_CC电压。R_L视检测电流范围而定，使V_CC在3V～36V之间。

2).本实用新型适于高压设备漏电流检测。

新型电流检测传感器突破了传统的检测模式，采用集成微电子技术，在漏电流检测中既不要电源，又有放大功能、灵敏度、线性度、精度都有很大的提高。为漏电流无源检测开辟了新的途径。

附图及图面说明：图1是本实用新型工作原理框图其中，I_out为输出电流， $I_{\mathrm{out}}=\frac{I_{\mathrm{sense}}\×R_{\mathrm{sense}}}{R_{G1}},$ A和B端为输入端，C和D端为输出端，R为电阻。图2是传感器模块结构图其中，D1为二极管，其正极为F点，负极为E点，

  RG1、RG2、R_sense，R_L、R_out为电阻，R_out的阻值为1.5K，

  C1为电容。

  MAX472的引脚分别为：

  1脚：SHDN，2脚：N.C，3脚：RGl，4脚：GND，

  5脚：SIGN，6脚：RG2，7脚：VCC，8脚：OUT图3MAX472结构框图其中，A₁，A₂为运算放大器，Q₁，Q₂为三极管，1、3、4、5、6、7、8均为MAX472的管脚。图4是本实用新型实施例示意图其中，避雷器接于高压110KV～500KV上，原来末端是直接接地的，现把接地线断开，把传感器输入线接在末端与地之间，A和B是输入信号端，C和D是输出信号端。

具体实施方式

本实用新型在避雷器绝缘参数检测的应用。

在实施例中，大电流敏感器采用MYLl-18/3(陕西华星压敏器厂出品)，

干扰抑制器TVS采用1.5KE6.8CA或15KP系列，

过电压保护器采用IN4751，

传感器模块采用集成电路MAX472。

如图3所示：避雷器一端接高压(110KV～500KV)，另一端接地。将避雷器的接地线断开，把传感器接入。传感器检测出流过避雷器的电流信号，并从传感器的C和D端输出。

避雷器接于高压110KV～500KV上，原来末端是直接接地的，现把接地线断开，把传感器输入线接在末端与地之间，则传感器的输出端得到比例于漏电流I_sense的检测信号 $I_{\mathrm{out}}=\frac{I_{\mathrm{sense}}\×R_{\mathrm{sense}}}{R_{G1}},$ 再经后面的绝缘参数在线传感器放大、计算机数据处理后，可以在显示屏上直接读出检测结果。

本实用新型在高压实验室作了模拟实验，直流高压加到150KV，最大电流到1mA，平均灵敏度达3.315V/mA。交流电压加至50KV，电流为1mA，平均灵敏度为1.7867V/mA，由于本传感器采用有源器件用于无源检测技术，信号得到放大，因此本传感器具有比较高的灵敏度和线性度。

Claims (2)

1、一种交直流无源漏电流传感器，其特征是由大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器及传感器模块组成，它们都是并联连接的，大电流敏感器两端有引出脚①和②、瞬态脉冲干扰抑制器TVS两端有引出脚③和④、过电压保护器两端有引出脚⑤和⑥及传感器模块两端有引出脚⑦和⑧；把①③⑤⑦连在一起通过导线接在外壳的接线端子A上；将②④⑥⑧接在一起并通过导线与外壳上的接线端子B相连，A、B两端组成输入端：

所述的传感器模块的组成和连接关系是：取两个增益电阻R_G1和R_G2的一端分别接MAX472的3脚和6脚，R_G1和R_G2的另一端分别接传感电阻R_sense的两端，R_sense的两端节点分别标著为A和F，F点再串接二极管的正端，二极管的负端E点接取样电阻R_L，R_L的另一端接B点；E点再接集成块MAX472的7脚和滤波电容C1的正端，C₁的负端接B、D点，也就是地端；MAX472的8脚是信号输出端，8脚接输出电阻R_out，R_out与电位器W串联后再接地B，A点和B点是输入端，C点和D点是信号输出端。

2、根据权利要求1所述的一种交直流无源漏电流传感器，其特征是所述的传感器模块中的集成块MAX472可以用以下性能相近的集成块

  MAX471、QVMAX4172、MAX4173T/F/H、QVMAX4373T/F/H、

  QVMAX4373、MAX4373、MAX4374、MAX4375及美国来特公司产品

  LT1787产品代替。

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