CN108738351B

CN108738351B - 用于测量架空电气网络的ac电流的一相的电气量的设备

Info

Publication number: CN108738351B
Application number: CN201780010958.0A
Authority: CN
Inventors: M.克莱门斯; P.霍布勒; E.康蒂尼
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2037-02-10
Also published as: US10690706B2; CN108738351A; FR3047805B1; ES2773077T3; EP3414578A1; FR3047805A1; EP3414578B1; WO2017137534A1; US20190049491A1

Abstract

本发明涉及一种用于测量架空电气网络(2)中的AC电流的一相的电气量(U)的设备(1')，包括：传感器(3，5)，其被设计为附接到所述架空电气网络的电线(21)，所述传感器(3，5)包括：导电板(31，51)；电导体(32，52)，被设计为将所述板电连接到所述电线，以使来自所述电线的第一电流(I₁)通过所述电导体流通；处理单元，其被设计为根据所述第一电流的值(h)和所述板与地面(10)之间的电容的值确定所述电气量。所述设备还包括发生器(7)，其电连接到所述电导体并被设计成通过所述电导体注入第二电流，所述第二电流具有与所述第一电流的频率不同的频率，所述处理单元还被设计成根据所述第二电流(I₂)的值计算所述板与所述地面之间的电容的值。

Description

用于测量架空电气网络的AC电流的一相的电气量的设备

技术领域

本发明涉及一种用于测量架空电气网络的AC电流的一相的电气量的设备。本发明涉及一种测量这种电气量的方法。

背景技术

以已知的方式，存在用于测量架空电气网络中的电气量(诸如在该网络中流通的AC电流的相电压)的传感器。“架空电气网络”是指包括至少一条架空电线(即，在地面上方延伸并与周围空气接触的电导体)的电气传输网络。

这种传感器的一个示例包括布置在电气网络的架空电线和地面之间的金属板。该传感器使得可以测量在线中流通的电流的电气量。

然而，由该传感器进行的电气量的测量并不总是可靠的。

从现有技术中还已知以下文献：US2015-/0077088-A1和US-2014/035595-A1。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于测量架空电气网络中的AC电流的相的电气特性的设备和方法，使得可以提供更可靠的电气量的测量。

为此，本发明涉及一种用于测量架空电气网络的AC电流的一相的电气量的设备，该设备包括：

-传感器，被配置为附接到架空电气网络的电线，该传感器包括：

·导电板，

·电导体，被配置为将板电连接到电线，用于使来自电线的第一电流通过电导体流通，

-计算单元，被配置为根据第一电流的值以及板与地面之间的电容的值确定电气量。

根据本发明，设备还包括发生器，所述发生器电连接到电导体并且被配置为通过电导体注入第二电流，该第二电流具有与第一电流的频率不同的频率，计算单元还被配置为根据第二电流的值计算板与地面之间的电容的值。

由于本发明，可以在每次测量电气特性之前通过测量板与地面之间的电容的值，校准测量设备。实际上，板与地面之间的电容的值不是恒定的，并且可以基于环境条件(诸如，架空线周围的空气中的温度或湿度水平)显著变化。因此电容的值随时间波动，使得用于确定电压的该电容的预定值不再总是与该电容的实际值相对应。

通过注入第二电流进行该测量，该第二电流的值是已知的。由于该电流具有与第一电流的频率不同的频率，因此能够与第一电流分别测量。

根据本发明的有利但可选的方面，这种测量设备包括以下技术可能组合中考虑的一个或多个特征：

-第二导电板，以及

-第二电导体，其被配置为将第二板电连接到电线，用于来自所述电线的第一电流的至少一部分通过第二电导体到第二板的流通，第二电导体电连接到发生器的输出端，用于通过第二导体注入的第二电流的至少部分的流通；

-第一测量装置，其被配置为测量通过电导体流通的第一电流和第二电流；

-第一电导体具有第一电阻，第一测量装置包括第一电压传感器，以测量跨越第一电阻的端子的电压；

-第二测量装置，其被配置为测量通过第二电导体流通的第一电流和第二电流；

-第二电导体具有第二电阻，第二测量装置包括第二电压传感器，以测量跨越第二电阻的端子的电压；

电容C_pt由计算单元根据下式计算：

其中，U_m1和U_m2分别是由第一测量装置和第二测量装置测量到的电压，ω是在架空电气网络中流通的AC电流的脉冲，U_p是跨越注入第二电流的发生器的端子的电压，R_m等于第一电阻的值，K'是取决于距离d'和距离d之间的比率的数值，d是第一板和电线之间的距离，d'是第二板和电线之间的距离；

-当第一传感器和第二传感器附接到电线时，该设备包括第一杂散电容和第二杂散电容，其分别将第一板和第二板连接到电线并允许来自电线的第一漏电流和第二漏电流的流通；

-值K'等于第二漏电流和第一漏电流之间的比率；

-第二注入电流的频率被包括在1kHz和1MHz之间，优选地在10kHz和100kHz之间；

-电气量是AC电流的相的电压。

根据另一方面，本发明涉及一种用于测量架空电气网络的AC电流的一相的电气量的方法，该方法包括：

a)将传感器附接到电气网络的架空电线，该传感器包括：

-导电板，

-电导体，其被配置为将板电连接到电线，使得第一电流从电线通过电导体流通，

b)使用测量装置测量通过电导体流通的第一电流，

c)使用计算单元根据所测量的第一电流和板与地面之间的电容的值，计算电气量，

其特征在于，该方法在包括附接之前的校准序列以确定电容的值，该校准序列包括：

i)使用发生器通过电导体注入第二电流，该第二电流具有与第一电流的频率不同的频率；

ii)使用测量装置测量在电导体内流通的第二电流；

iii)经由计算单元并且基于所测量的第二电流确定电容的值。

附图说明

根据仅作为非限制性示例提供的测量设备的一个实施例的以下描述并参考附图，将更好地理解本发明并且其它优点将更清楚地显现，其中：

图1示意性地示出架空电气网络的一部分，该架空电气网络设置有根据本发明第一实施例的、用于测量该网络的AC电流的相的电气量的设备；

图2示意性地示出图1的测量设备的计算单元；

图3是使用图1的测量设备测量交流电流的相的电气量的方法的流程图；

图4示意性地示出架空电气网络的一部分，该架空电气网络设置有根据本发明的另一实施例的、测量该网络的AC电流的相的电气量的设备。

具体实施方式

图1示出了用于测量架空电气网络2的AC电流的一相的电气量的设备1。

网络2被配置为传输AC电流。例如，网络2是中压电气分配网络。在该示例中，该AC电流是三相电流并且具有50Hz的频率。或者，该电流具有60Hz的频率。

例如，网络2包括三条架空电线21、22、23，以分别传送先前描述的三相AC电流的三个相。假设这三条线21、22、23是相同的。因此，在下文中仅详细地描述线21。

线21将网络2的电源24电连接到待被供电的电荷(electric charge)25。源24生成AC电流，而电荷25消耗该电流。这里的源24包括高压-中压变压器。以已知的方式，使用在源24和电荷25之间串联放置的线阻抗R_L以及将线21电连接到地面10的线电容C_L来建模线21的电气特性。

线21在空气中并在地面10上方延伸。它在相对于地面10的高度H处延伸。在设备1所在的位置处沿着垂直轴(未示出)在线21和地面10之间测量高度H。高度H例如大于或等于3m，更优选地大于或等于5m。这里高度H等于10m。

在该示例中，希望使用设备1确定的电气量是相对于地面10的、与线21相关联的电气相的电压U。这里，地面10电连接到电接地GND。

设备1包括传感器3、发生器(generator)7以及计算单元8。

传感器3包括导电板31和电导体32。传感器3还被配置为附接到线21，并且交替地从线21上卸下。为此，它包括到线21的附接设备，诸如夹子或钩子。

导体32将板31电连接到电线21。当传感器3附接到线21时，它允许电流I₁从线21流通到第一板31。这里电流I₁的频率基本上等于在网络2中流通的三相电流的频率。该频率例如等于50Hz。

附图标记“d”表示当传感器3附接到线21时板31和线21之间的距离。在线21和第一板31的几何中心之间测量该距离d。有利地，距离d小于高度H的5％或2％。优选地，距离d被包括在1cm和1m之间，例如等于10cm。

附图标记“D”表示当传感器3附接到线21时板31和地面10之间的距离。沿着垂直轴在板31的几何中心和地面10之间测量该距离D。例如，距离D至少大于高度H的50％。

板31形成相对于地面10具有电容C_pt1的电容器，称为板-地电容。因此，当传感器3附接到线21时，一方面线电容C_L和另一方面由导体32、板31以及因此的板-地电容C_pt1形成的组件是在线21和地面10之间并联连接。电流I₁从线21流通到板31中，然后通过板-地电容C_pt1流通到地GND，然后通过线电容C_L流通到线21。当只有电流I₁在设备1中流通时，其值由下式给出：

其中ω是在网络2中流通的AC电流的脉冲。

例如，板-地电容C_pt1的值取决于板31的尺寸、距离D以及将板31与地面10隔开的介质(这里为空气)的介电特性。这些介电特性取决于环境条件，诸如板31周围空气的温度或湿度水平。在这个示例中，板-地电容C_pt1的值小于或等于10picoFarad，优选小于或等于1picoFarad，并且大于或等于10femtoFarad，优选大于或等于100femtoFarad。

这里的板31具有平面形状。或者，板31具有不同的形状，例如弯曲的。这里板31的表面积小于100cm²，或者甚至50cm²，例如等于12cm²。

板31由导电材料形成，诸如金属。这里，金属层沉积在非金属基底(诸如，环氧树脂板)上。

由于板-地电容C_pt1的值对环境条件的这种依赖性，仅电流I₁的测量不足以获得其值的精确确定。

为此，通过导体32注入电流I₂，然后与电流I₁分别测量。电流I₂的频率与电流I₁的频率不同。例如，电流I₂具有包括在1kHz和1MHz之间的频率，优选地在10kHz和100kHz之间。在该示例中，电流I₁具有等于50kHz的频率。

为此，发生器7电连接到导体32和线21。更具体地，其将线21与导体32的一端串联连接。因此，这里，导体32不直接地连接到线21。

该发生器7例如包括可控脉冲发生器，由专用电源电路(图1中未示出)供电。附图标记“U_p”表示跨越注入电流I₂的发生器的端子的电压。

设备1还包括测量装置4，其被配置为测量通过导体32流通的电流。在该示例中，导体32包括具有已知值R_m的电阻41。装置4包括电压传感器42，用于测量跨越电阻41的端子的电压。当电流通过导体32流通时，跨越该电阻41的端子建立电压U₁。优选地，电阻R_m不取决于频率。

装置4还包括用于在导体32中测量的电流的频率滤波电路。该滤波电路能够从导体32中测量的电流中选择性地消除具有一个或多个预定频率的该电流的分量。这使得可以分别测量具有不同频率的电流I₁和I₂。这里，该滤波电路集成在电压传感器42中。

在该示例中，装置4具有测量增益G。这里，增益G等于装置4给出的、作为测量结果的电压U_m1与跨越电阻41的端子的电压U₁之间的比率。该增益G具有在设备1的制造期间可调节的已知值。

图2示出了设备1的电子计算单元8。该单元8包括电子计算机81、信息记录介质82以及经由单元8的数据交换总线彼此通信的数据交换接口83。计算机81被配置为执行包含在介质82中的指令。例如，其包括微处理器。介质82记录指令以当其由计算机81执行时执行图3的方法。例如，介质82包括非易失性存储器模块，诸如闪存或EEPROM模块。接口83允许单元8、装置4以及发生器7之间的数据交换，通过未示出的数据链路进行连接。

单元8被配置为计算板-地电容C_pt的值。单元8还被配置为根据由装置4测量的电流I₁的值以及所计算的板-地电容C_pt1，计算在线21中流通的电流的相的电压U。这里，根据下式计算板-地电容C_pt1的值：

以已知振幅注入电流I₂使得可以在测量电压U之前测量板-地电容C_pt1的值，以在电压U的确定期间考虑板-地电容C_pt1的更新值。通过这种方式，可以容易且简单地校准设备1，以获得电压U的更可靠的测量。相反，在现有技术中，电压U的确定是通过预定义的板-地电容C_pt1的值完成的。

电流I₂的频率不同于电流I₁的频率的选择使得可以使用相同的装置4分别测量这些电流I₁和I₂。

现在将参考图3的流程图并且使用图1和图2来描述用于测量与线21相关联的电气相的电压U的设备1的示例操作。

最初，在步骤1000期间，将设备1连接到线21。例如，使用附接设备将传感器3附接到线21。一旦附接了该传感器3，电流I₁就从线21流通到板31。

接下来，在步骤1002期间，由发生器7通过导体32注入电流I₂。例如，单元8命令发生器7，使得其跨越具有电压U_p的其端子生成一个或多个电脉冲。接下来，电流I₂经由板31、电接地GND、板-地电容C_pt1以及线电容C_L向线21流通。

在步骤1004期间，经由测量装置4在导体32中测量注入的电流I₂。例如，电压传感器42测量与在导体中流通的电流I₁、I₂的叠加相对应的电压U₁。然后对测量到的电压U₁进行频率滤波，以消除其中与电流I₁相对应的低频分量，例如利用等于1kHz的截止频率以消除与低于1kHz的频率相对应的分量。接下来，电压传感器42发出值U_m1作为测量结果。

在随后的步骤1006期间，单元8基于在步骤1004期间由装置4测量的电流确定板-地电容C_pt1的值。例如，由单元8获取电压U_m1。单元8接下来根据上述等式(2)计算板-地电容C_pt1的值。

因此，这些步骤1002、1004以及1006形成设备1的校准序列，以更新板-地电容C_pt1的值。以这种方式，利用更新的电容值执行方法的后续步骤。

在后来的步骤1008期间，使用装置4测量在导体32中流通的电流I₁的值。在这个阶段，不再需要注入电流I₂。例如，发生器7停止。例如，电压传感器42测量跨越导体32的端子的电压U₁。对测量的信号进行频率滤波以消除高频分量，从而仅保留与电流I₁相对应的分量，例如利用等于1kHz的截止频率。然后，电压传感器42发出值U_m1作为测量结果。

最后，在步骤1010期间，根据在步骤1008中由装置4测量的电流I₁以及在步骤1006期间所计算的板-地电容C_pt1的值由单元8确定电压U。例如，由单元8获取在步骤1008期间测量的电压U_m1。然后使用先前定义的等式(1)进行电压U的计算。

尽管由于设备1改善了板-地电容C_pt1的确定，但是仍然可以进一步改进。实际上，当传感器3附接到线21时，在板31和线21之间形成第一杂散(stray)电容C_cp1。该第一杂散电容C_cp1生成从线21经由导体32和板31、朝向线21流通的第一漏电流I_F1的流通。第一漏电流I_F1的强度取决于第一杂散电容C_cp1的值。该第一杂散电容C_cp1的值具体地取决于第一板31和线21之间的距离d。第一漏电流I_F1的频率高于电流I₁的频率。第一杂散电容C_cp1与几个杂散电容的总和相对应。

图4示出用于测量架空电气网络2中的电气量的设备1'，其有利地替换了设备1，同时还进一步改善了第一板-地电容C_pt1的确定。为了简化图4，未示出线22和线23。设备1'包括传感器3，下文称为第一传感器3，以及第二传感器5、发生器7以及计算单元8。

在下文中，类似地，板31和导体32分别称为“第一板31”和“第一导体32”，板-地电容C_pt1称为“第一电容C_pt1”，装置4称为“第一装置4”。

第二传感器5包括第二导电板51以及第二电导体52。第二传感器5还被配置为附接到线21。

在该示例中，传感器3和传感器5彼此机械连接。例如，它们被容纳在设备1的相同壳体(未示出)内。因此，传感器3和传感器5同时附接到线21，例如使用第一传感器3的附接设备。或者，该附接设备属于第二传感器5或位于传感器3和传感器5的外部。或者，传感器3和传感器5中的每一个包括其自身的附接设备。

这里，传感器3和传感器5是相同的，并且仅区别于它们相对于线21的相应位置。

第二传感器5以不同于距离d的距离“d'”附接到线21。附图标记D'表示第二传感器5相对于地面10的高度。

附图标记K表示距离d'与距离d之间的比率。该比率K严格地大于1。例如，其被包括在2和50之间，并且优选地在2和10之间。在该示例中，比率K等于2。

有利地，传感器3和传感器5被放置成在设备1'内相对于彼此静止，使得一旦传感器3和传感器5都附接到线21，则距离d和d'以及比率K不变化。

第二板51和第二导体52分别起到与板31和第二导体32相同的作用。关于第一板31和第一导体32描述的所有内容分别应用于第二板51和第二导体52。

因此，第二导体52将第二板51电连接到线21，用于使电流I₁的至少一部分从线21朝向第二板51流通。同样，第二板51定义相对于地面10的电容C_pt2，称为第二板-地电容。因此，当第二传感器5附接到线21时，一方面线电容C_L和另一方面由第二导体52、第二板51以及因此的板-地电容C_pt2形成的组件是在线21和地面10之间并联连接。因此，当只有电流I₁在第二导体52中流通时，其值由下式给出：

例如，第二板-地电容C_pt2的值取决于距离D'和将第二板51与地面10分开的介质的介电特性。

同样，附图标记C_cp2表示在第二板51和线21之间的第二杂散电容。该第二杂散电容C_cp2允许沿第二导体52和第二板51朝向线21流通的第二漏电流I_F2的流通。第二漏电流I_F2的强度取决于第二杂散电容C_cp2的值。第二杂散电容C_cp2的值具体地取决于板51和线21之间的距离d'。

根据比率K的值以及距离d相对于线21的高度H的值，这里，距离D'与距离D具有相同的数量级，即等于10％以内，或者甚至在5％以内，或者甚至在2％以内。此外，因为传感器3和传感器5彼此位置靠近，例如在小于1m的距离处，将板31和板51与地面分开的介质的介电特性基本相同。此外，这里的板31和板51是相同的。结果，当空气的介电特性变化时，第一板-地电容C_pt1和第二板-地电容C_pt2的值彼此非常接近并且彼此一致地变化。然后认为这些第一板-地电容C_pt1和第二板-地电容C_pt2等于相同的板-地电容值C_pt。在下文中并且除非另有说明，设备1试图确定该板-地电容值C_pt。

这里，第一杂散电容C_cp1和第二杂散电容C_cp2具有不同的值，其比率优选地随时间保持恒定。第一杂散电容C_cp1和第二杂散电容C_cp2的值之间的比率取决于比率K。理论上，如果板31和板51严格相同并且具有朝向线21的相同方向，则该第一杂散电容C_cp1和第二杂散电容C_cp2的值之间的比率与比率K成比例。然而，在实践中，板31和板51并不总是相同的或者以相同的方向朝向线21。然后，该比率不严格地与比率K成比例。在该示例中，该比率与比率K在10％以内、或在20％以内、或在30％以内成比例。

附图标记K'表示第二漏电流I_F2和第一漏电流I_F1之间的比率。因此，比率K'具有取决于比率K的值。

在实践中，比率K'的值是预定义的，例如，在设备1'的最终制造阶段期间。为此，使用设备1'测量已知电压，并且使用下面描述的等式(5)确定比率K'的值。如此确定的比率K'的值被记录在例如单元8内，并且相应地调整增益G和G'的值。由于在设备1'的操作期间不应该改变比率K，因此随后可以使用由此确定的比率K'的值。

在该示例中，发生器7电连接到导体32和导体52以及线21。更具体地，其将线21与导体32和导体52的相应端部之间的连接点串联连接。因此，这里，导体32和导体52不直接连接到线21。这里，使用变压器71进行发生器7到线21与传感器3和传感器5的连接。发生器7的输出端子连接到变压器71的第一绕组。该第一绕组与变压器71的第二绕组耦合，该第二绕组将线21连接到导体32和导体52的相应端部之间的连接点。这里，该连接点连接到浮动电接地M。或者，不存在变压器71。然后，发生器7直接串联在线21和连接点之间。

有利地，一方面，发生器7和第一板31之间的距离与另一方面发生器7和第二板51之间的距离之间的比率(在5％以内、或者甚至在2％以内)等于比率K'。以这种方式，发生器7和第二板51之间的电耦合与发生器7和第一板31之间的电耦合成比例，比例系数等于比率K'。

设备1'还包括第二测量装置6。这里，第一装置4和第二装置6位于设备1'的壳体内。或者，第一装置4和第二装置6布置在设备1'的壳体外部。

第二装置6被配置为测量通过第二导体52流通的电流。这里，第二装置6包括第二电压传感器62。第二装置6相对于第二导体52与第一装置4相对于第一导体32起相同的作用。例如，第二装置6与第一装置4相同，唯一的区别在于第二装置6具有表示为G'的测量增益。

在该示例中，第二导体52包括具有已知值R_m的电阻61。附图标记U₂表示当电流在第二导体52中流通时跨越该电阻61的端子的电压，并且“U_m2”表示该电压U₂的测量结果。因此，增益G'等于U_m2和U₂之间的比率。

有利地，选择电阻41和电阻61的值R_m和值R’_m以及增益G和增益G'，使得：

在5％以内，或者甚至在2％以内。

在该示例中，增益G和增益G'的值相等。在这种情况下，值R’_m和值R_m的比率(在5％以内、或者甚至2％以内)等于比率K'。

或者，电阻R_m和电阻R’_m的值相等。增益G'和增益G之间的比率(在5％以内、或者甚至2％以内)等于比率K'。增益值G和增益值G'例如在设备1'的制造期间被调节到期望值并且随后不再被修改。或者，增益G和增益G'不包含在装置4和装置6中，而是在由单元8处理由这些装置4和装置6测量到的数据期间被添加。

装置4和装置6由与发生器7的电源分开的电源电路供电，例如由装置4和装置6共享的电路，并且连接到电接地M。

有利地，设备1'包括其介电常数系数不随时间变化并且围绕板31和板51的材料。例如，设备1'的壳体内部填充有合成泡沫。使得如果线21与板31和板51附近的周围空气的介电特性变化，可以防止杂散电容的值以不受控制的方式或彼此独立地变化。

在该示例中，单元8还被配置为计算板-地电容C_pt的值。单元8例如容纳在设备1'的壳体内。或者，单元8偏移在该壳体外部。单元8还被配置为根据由装置4和装置6测量的电流I₁的值以及所计算的板-地电容C_pt来计算在线21中流通的电流的相的电压U。根据下式计算板-地电容C_pt的值：

因此，设备1'可以在不考虑在电流I₂的测量期间叠加在该电流I₂上的杂散漏电流的情况下计算板-地电容C_pt的值。实际上，由于杂散电容C_cp1和C_cp2引起的漏电流I_F1和I_F2具有与电流I₂相同数量级的频率。由于这些漏电流I_F1和I_F2被叠加在注入的电流I₂上，所以它们与电流I₂同时被测量并且不与其区分。这引入了所计算的板-地电容C_pt的值的误差。由于根据比率K'选择增益值G、G'以及电阻R_m和电阻R’_m，所以通过计算测量的电压值U_m2和U_m1之间的差异，简单地消除了在连接到这些杂散电流的导体32和导体52中测量的并叠加在电流I₂上的电流的分量，而不必使用复杂的和更先进复杂的测量电路。这导致电容C_pt的值的计算更简单，同时也是精确的。

设备1'测量与线21相关联的电气相的电压U的操作类似于参考图3的流程图所描述的设备1的操作，具体地与传感器3和传感器5协同工作的不同之处在于：

在步骤1000期间，使用附接设备将传感器3和传感器5同时附接到线21。一旦附接了这些传感器3和传感器5，电流I₁就从线21流通到每个板31和板51。

在步骤1002期间，电流I₂由发生器7通过导体32和导体52注入，然后经由板31和板51、电接地GND、第一板-地电容C_pt1和第二板-地电容C_pt2以及线电容C_L朝向线21流通。

在步骤1004期间，经由测量装置4和测量装置6分别在导体32和导体52中测量注入的电流I₂。相对于第二导体52和漏电流I_F2，第二电压传感器62的操作类似于第一电压传感器42的操作。第二电压传感器62发出值U_m2作为测量结果。

在步骤1006期间，单元8基于在步骤1004期间由装置4和装置6中的每一个测量的电流，确定板-地电容C_pt的值。例如，由单元8获取电压U_m1和U_m2。单元8接下来根据上面定义的公式(5)计算板-地电容C_pt的值。

在步骤1010期间，根据在步骤1008中由装置4和装置6测量的电流I₁以及在步骤1006期间所计算的板-地电容C_pt的值由单元8确定电压U。例如，由单元8获取在步骤1008期间测量的电压U_m1。然后使用下式进行电压U的计算：

Claims

1.用于测量架空电气网络(2)的AC电流的一相的电气量(U)的设备(1；1')，所述设备包括：

-第一传感器(3，5)，被配置为附接到所述架空电气网络的电线(21，22，23)，所述第一传感器(3，5)包括：

第一导电板(31，51)；

第一电导体(32，52)，被配置为将所述第一导电板电连接到所述电线，用于来自所述电线的第一电流(I₁)通过所述第一电导体的流通；

-计算单元(8)，被配置为根据所述第一电流(I₁)的值以及所述第一导电板与地面(10)之间的电容(C_pt)的值确定电气量，

其特征在于，所述设备还包括：

-发生器(7)，电连接到所述第一电导体并且被配置成通过所述第一电导体注入第二电流(I₂)，所述第二电流具有与所述第一电流的频率不同的频率，

-测量装置(4)，被配置为测量通过所述第一电导体(32)流通的电流并选择性地消除对应于所述第一电流(I₁)的频率，以便测量所述第二电流(I₂)的值，

所述计算单元(8)还被配置为根据由所述测量装置(4)测量的所述第二电流(I₂)的值计算所述第一导电板与所述地面之间的所述电容(C_pt)的值。

2.根据权利要求1所述的设备(1')，其特征在于，还包括第二传感器(5)，所述第二传感器(5)包括：

-第二导电板(51)；

-第二电导体(52)，被配置为将所述第二导电板电连接到所述电线(21)，用于来自所述电线的所述第一电流(I₁)的至少一部分通过所述第二电导体到所述第二导电板(51)的流通，所述第二电导体电连接到所述发生器(7)的输出端，用于通过所述第二电导体注入的所述第二电流的至少一部分的流通。

3.根据权利要求2所述的设备(1；1')，其特征在于，所述设备还包括第一测量装置(4)，其被配置为测量通过所述第一电导体(32)流通的所述第一电流(I₁)和所述第二电流(I₂)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一电导体(32)具有第一电阻(41)，所述第一测量装置(4)包括第一电压传感器(42)，以测量跨越所述第一电阻(41)的端子的电压。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二测量装置(6)，其被配置为测量通过所述第二电导体(52)流通的所述第一电流(I₁)和所述第二电流(I₂)。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第二电导体(52)具有第二电阻(61)，所述第二测量装置(6)包括第二电压传感器(62)，以测量跨越所述第二电阻(61)的端子的电压。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述电容C_pt由所述计算单元(8)根据下式计算：

其中，U_m1和U_m2分别是由第一和第二测量装置(4，6)测量到的所述电压，ω是在所述架空电气网络(2)中流通的AC电流的脉冲，U_p是跨越注入所述第二电流(I₂)的所述发生器(7)的端子的电压，R_m等于所述第一电阻(41)的值，并且K'是取决于距离d'与距离d之间的比率的数值，d是所述第一导电板(31)与所述电线(21)之间的距离，d'是所述第二导电板(51)与所述电线(21)之间的距离。

8.根据权利要求7所述的设备(1')，其特征在于：

-当所述第一传感器(3)和所述第二传感器(5)附接到所述电线(21)时，所述设备(1')包括分别将所述第一导电板(31)和所述第二导电板(51)连接到所述电线(21)并且允许来自所述电线的第一漏电流(I_F1)和第二漏电流(I_F2)的流通的第一杂散电容(C_ep1)和第二杂散电容(C_ep2)，

-值K'也等于所述第二漏电流(I_F2)和所述第一漏电流(I_F1)之间的比率。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，注入的所述第二电流(I₂)的频率被包括在1kHz和1MHz之间，优选地在10kHz和100kHz之间。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，电气量(U)是AC电流的相的电压。

11.一种用于测量架空电气网络(2)的AC电流的一相的电气量的方法，所述方法包括：

a)将传感器(3)附接(1000)到所述电气网络的架空电线(21)，所述传感器(3)包括：

-导电板(31)，

-电导体(32)，其被配置为将所述导电板电连接到所述电线，使得第一电流(I₁)从所述电线通过所述电导体流通，

b)使用测量装置(4)测量(1008)通过所述电导体流通的所述第一电流；

c)使用计算单元(8)根据所测量的第一电流和所述导电板(31)与地面(51)之间的电容(C_pt)的值计算(1010)电气量(U)，

其特征在于，所述方法包括在附接之前的校准序列以确定所述电容(C_pt)的值，所述校准序列包括：

i)使用发生器通过所述电导体注入(1002)第二电流(I₂)，所述第二电流具有与所述第一电流的频率不同的频率；

ii)使用测量装置(4)测量(1004)在所述电导体内流通的所述第二电流；

iii)经由所述计算单元(8)并且基于所测量的第二电流确定(1006)所述电容(C_pt)的值。