CN109655654B - 一种基于旁路分流技术的大电流测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于旁路分流技术的大电流测量方法及装置，所述装置包括主导体、分流导体、电流互感器、温度传感器和处理器，所述装置将主导体与分流导体并联后串入电流回路，然后利用互感器采样分流导体回路电流，实现由大电流测量转换为小电流测量；所述方法包括将大电流测量装置接入电路回路，还包括：进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库；根据大电流测量装置检测到的电流值和实验工程数据库，计算回路电流值。本发明综合考虑外界温度、导体温升对导体电阻率的影响，减小了温升对分流导体的影响，可靠性更高，误差更小，而且很大程度上减小了互感器尺寸，提高测量动态范围，降低了互感器易饱和性，达到更优的测量目的。
Description
技术领域
本发明涉及大电流测量技术领域，具体涉及一种基于旁路分流技术的大电流测量方法及装置。
背景技术
随着电流检测技术的发展，越来越多的大电流测量方法应运而生。目前常用的大电流检测方法为阻性分流法和互感器采样法。阻性分流法是将阻性分流器件，如精密合金电阻器、锰镍铜合金电阻棒、铜带等，应用欧姆定律采用串联方式对电流进行测量，优点是精度高、低偏差，缺点是无法提供供电绝缘和低温漂，测量大电流时电阻器上的功耗较大，温升高，可能会因短暂的峰值电流波动烧伤器件。互感器采样法属于基于磁场的检测方法，这种检测方法具有良好的隔离和较低的功率损耗等优点，因此在驱动技术和大电流领域被广泛应用，但缺点是体积较大，动态范围窄，易饱和，补偿特性、线性以及温度特性不理想。
申请号为200920010019.9的实用新型专利公开了一种用小电流互感器检测大电流的电子控制装置，其利用现有的零序电流互感器，剩余电流互感器等小电流互感器检测大电流，用一条相对于负载导线很细、很短的阻抗线并联的负载导线上，起到按比例分流作用，配以高灵敏度的电子控制电路，可以输出保护信号，具有结构简单、节省材料的优点。但是，因为大电流会造成负载温度的上升，本实用新型的装置没有考虑温度对负载电阻值的影响，其大电流测量精度不高。
申请号为201620763677.5的实用新型专利公开了一种高温环境下具有温度补偿的大电流测量电路，包括热电偶温度测量模块、跨步电压测量模块、MCU通讯及ADC采样模块、RS485传输转换模块、电源模块以及上位机，所述MCU通讯及ADC采样模块通过ADC采样端口本别与电偶温度测量模块和跨步电压测量模块相连，同时MCU通讯及ADC采样模块的串口发送端与RS485传输转换模块的串口接收端相连，RS485传输转换模块通过串口发送端与上位机连接，电源模块将电压变换及高精度低温漂文雅后供给MCU通讯及ADC采样模块。该电路实现了高温环境下具有温度补偿功能的大电流测量技术，提高了大电流的测量精度和测量实时性，具有数据传输可靠、成本低廉、易于实现的优点。但是，其在考虑电阻与温度的关系时，默认为温度与电阻之间是线性关系，而实际上温度与电阻之间并非为严格的线性关系，而且影响电阻的因素不仅包括电阻温度，还与流过电阻的电流、环境温度、导体材料有关，因此，该实用新型的精度需要进一步提高。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于旁路分流技术的大电流测量方法及装置，其综合考虑影响导体阻值的各种因素，对大电流的测量精度更高。
一种基于旁路分流技术的大电流测量方法，包括：将大电流测量装置接入电路回路，还包括：
进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库；
根据大电流测量装置检测到的电流值和实验工程数据库，计算回路电流值。
优选的是，所述大电流测量装置包括主导体、分流导体、电流互感器、温度传感器和处理器。
上述任一方案优选的是，所述主导体与所述分流导体采用并联形式固定连接，所述主导体串联接入电路回路。
上述任一方案优选的是，所述电流互感器与所述分流导体连接，用于采集分流导体内的电流值。
上述任一方案优选的是，所述温度传感器包括主导体温度传感器、分流导体温度传感器和环境温度传感器。
上述任一方案优选的是，所述主导体温度传感器与所述主导体接触固定，用于检测所述主导体温度。
上述任一方案优选的是，所述分流导体温度传感器与所述分流导体接触固定，用于检测所述分流导体温度。
上述任一方案优选的是，所述环境温度传感器用于检测环境温度，其远离主导体及分流导体设置，充分与外部环境空气接触，减小导体温升对其产生的影响。
上述任一方案优选的是，所述温度传感器、所述电流互感器均与所述处理器连接。
上述任一方案优选的是，所述主导体为材质均匀的金属导体，所述分流导体与所述主导体材质相同或不同。
上述任一方案优选的是，通过调整所述分流导体的形状、长度、截面积、材质中的至少一种，改变所述分流导体与所述主导体的分流比值。
上述任一方案优选的是，进行密集离散分流实验的装置包括：大电流发生器、温度仪表、电流互感器、回路电阻测试仪和记录工具。
上述任一方案优选的是，进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库，包括步骤：
S11、选定主导体及分流导体；
S12、将主导体与分流导体并联后，与大电流发生器连接形成电路回路；
S13、设置大电流发生器产生固定电流值；
S14、检测所述主导体温度达到稳态温度后，采样分流导体电流值；
S15、测量主导体的电阻抗值；
S16、记录数据，包括主导体及分流导体的材质、导体外形尺寸、导体稳态温度、环境温度、大电流发生器产生的电流、主导体与分流导体的电流值及分流比、主导体与分流导体的电阻抗值以及由上述数据确定的补偿系数；
S17、改变大电流发生器产生的固定电流值，重复步骤S14～S16；
S18、改变主导体和/或分流导体，重复步骤S11～S17；
S19、将记录的数据形成实验工程数据库。
上述任一方案优选的是，针对同一种主导体和分流导体组合，大电流发生器产生的电流值应在3000A范围内，且在该范围内多次采样。
上述任一方案优选的是，步骤S14中，将电流互感器与分流导体连接，采样分流导体电流值。
上述任一方案优选的是，步骤S14中，在所述主导体上设置所述温度仪表，检测所述主导体温度变化。
上述任一方案优选的是，步骤S15中，采用回路电阻测试仪测量主导体电阻抗值。
上述任一方案优选的是，步骤S16中，使用温度仪表测量环境温度。
上述任一方案优选的是，步骤S16中，所述导体外形尺寸包括导体长度及截面积。
上述任一方案优选的是，使用所述记录工具记录密集离散分流实验中的各项数据。
上述任一方案优选的是，根据大电流检测装置检测到的电流值和实验工程数据库，计算回路电流值，包括步骤：
S31：电流互感器检测分流导体电流值；
S32：根据主导体、分流导体的材料、导体的外形尺寸、导体温升、环境温度，在所述实验工程数据库中查找补偿系数；
S33：将查找到的补偿系数以及导体尺寸、温升带入分流公式，计算分流比，得到回路电流值。
上述任一方案预选的是，步骤S23中，所述分流公式为：
其中I表示电路回路总电流，I1表示分流导体所分电流，ρ1、ρ0、T1、L1、S1、α1分别为分流导体电阻率、0℃电阻率、稳态温度、长度、截面积和补偿系数；ρ2、ρ0′、T2、L2、S2、α2分别为主导体电阻率、0℃电阻率、稳态温度、长度、截面积和补偿系数。
本发明的另一方面提供一种基于旁路分流技术的大电流测量装置，包括主导体、分流导体和电流互感器，还包括温度传感器和处理器。
上述任一方案优选的是，所述主导体与所述分流导体采用并联形式固定连接，所述主导体串联接入电路回路。
上述任一方案优选的是，所述电流互感器与所述分流导体连接，用于采集分流导体内的电流值。
上述任一方案优选的是，所述温度传感器包括主导体温度传感器、分流导体温度传感器和环境温度传感器。
上述任一方案优选的是，所述主导体温度传感器与所述主导体接触固定，用于检测所述主导体温度。
上述任一方案优选的是，所述分流导体温度传感器与所述分流导体接触固定，用于检测所述分流导体温度。
上述任一方案优选的是，所述环境温度传感器用于检测环境温度，其远离主导体及分流导体设置，充分与外部环境空气接触，减小导体温升对其产生的影响。
上述任一方案优选的是，所述温度传感器、所述电流互感器均与所述处理器连接。
上述任一方案优选的是，所述主导体为材质均匀的金属导体，所述分流导体与所述主导体材质相同或不同。
上述任一方案优选的是，通过调整所述分流导体的形状、长度、截面积、材质中的至少一种，改变所述分流导体与所述主导体的分流比值。
上述任一方案优选的是，所述处理器中设置有所述实验工程数据库，根据主导体、分流导体的材料、导体的外形尺寸、导体温升、环境温度，在所述实验工程数据库中查找补偿系数，计算分流比，然后根据所述电流互感器采集到的分流导体内的电流值得到回路电流值。
采用本发明的基于旁路分流技术的大电流测量方法综合考虑外界温度、导体温升对导体电阻率的影响，所述装置将主导体与分流导体并联后串入电流回路，然后利用互感器采样分流导体回路电流，实现由大电流测量转换为小电流测量。本发明不仅减小了温升对分流导体的影响，可靠性更高，误差更小，而且很大程度上减小了互感器尺寸，提高测量动态范围，降低了互感器易饱和性，达到更优的测量目的。
附图说明
图1为按照本发明的基于旁路分流技术的大电流测量方法的一优选实施例的流程示意图。
图2为按照本发明的基于旁路分流技术的大电流测量方法的如图1所示实施例的进行密集离散分流实验形成实验工程数据库的一优选实施例的流程示意图。
图3为按照本发明的基于旁路分流技术的大电流测量方法的如图1所示实施例的密集离散分流实验装置的一优选实施例的结构示意图。
图4为按照本发明的基于旁路分流技术的大电流测量装置的一优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1
如图1所示，一种基于旁路分流技术的大电流测量方法，包括步骤：
S1、进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库；
S2、将大电流测量装置接入电路回路；
S3、根据大电量测量装置检测到的电流值和实验工程数据库，计算回路电流值。
一般情况下，在温度变化不大的范围内，导体的电阻率随温度作线性变化，即ρ＝ρ0(1+at)，式中t是摄氏温度，ρ0是0℃时的电阻率，a是电阻率温度系数，但是对于有大电流流过的导体，导体上的功耗大，温升高，导体电阻率与温度之间的关系由简单的线性关系变为非线性关系，而且导体的温升情况与导体材质、流过导体的电流的大小、环境温度的波动有密切的关系，因此对于有大电流流过的导体，导体电阻率与导体温度之间的非线性关系更为复杂。为尽可能精确地确定导体电阻率与导体材料、环境温度、流过的电流值以及导体温升情况之间的关系，进行密集离散分流实验。
如图2和图3所示，步骤S1中，进行密集离散分流实验的装置包括大电流发生器、温度仪表、电流互感器、回路电阻测试仪和记录工具，所述温度仪表包括主导体温度仪表和环境温度仪表，进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库，具体流程为：
S11、选定主导体及分流导体；
S12、将主导体与分流导体并联后，与大电流发生器连接形成电路回路；在所述主导体上固定连接有所述主导体温度仪表，用于采集实验过程中主导体的温升情况，将所述电流互感器与所述分流导体连接，用于检测通过分流导体的电流值；环境温度仪表远离所述主导体，用于监测实验环境温度；
S13、设置大电流发生器产生固定电流值；
S14、通过所述主导体温度仪表检测所述主导体温度达到稳态温度后，使用所述电流互感器采样分流导体电流值；
S15、采用回路电阻测试仪测量主导体的电阻抗值；
S16、使用所述记录工具记录数据，包括导体材质、导体外形尺寸(包括导体的长度及截面积)、导体稳态温度、环境温度、大电流发生器产生的电流值、主导体与分流导体的电流值及分流比、主导体与分流导体的电阻抗值以及由上述数据确定的补偿系数；
S17、改变大电流发生器产生的固定电流值，重复步骤S14～S16；
S18、改变主导体和/或分流导体，重复步骤S11～S17；
S19、将记录的数据整合形成实验工程数据库。
针对同一种主导体和分流导体组合，大电流发生器产生的电流值应在3000A范围内，且在该范围内多次采样，如以1A和/或3A和/或5A和/或10A等为采样间隔，进行实验。记录不同导体材料在不同电流值下的温升情况、主导体与分流导体的电流值及分流比、主导体与分流导体的电阻抗值等参数。对大量实验数据进行分析发现随着离散电流值的增大以及环境温度的波动，导体温升、阻抗会发生明显变化，分流比误差也会随之增大，从而导致分流导体与主导体之间的分流关系由小电流时的线性变为大电流时的非线性，因此根据实验记录的数据确定不同导体材料在不同稳态温度下的电阻，进一步确定不同导体在不同稳态温度下补偿系数，将包括补偿系数在内的所有的记录数据形成实验工程数据库。
将本发明的大电流测量装置接入电路回路，对电路回路的电流进行测量。如图4所示，所述装置包括主导体、分流导体、电流互感器、主导体温度传感器、分流导体温度传感器、环境温度传感器和处理器，所述主导体与所述分流导体采用并联形式固定连接，所述主导体串联接入电路回路，所述主导体为材质均匀的金属导体，所述分流导体与所述主导体材质相同或不同；所述电流互感器与所述分流导体连接，用于采集分流导体内的电流值；所述主导体温度传感器与所述主导体接触固定，用于检测所述主导体温度，所述分流导体温度传感器与所述分流导体接触固定，用于检测所述分流导体温度，所述环境温度传感器用于检测环境温度，其远离主导体及分流导体设置，充分与外部环境空气接触，减小导体温升对其产生的影响；所述主导体温度传感器、所述分流导体温度传感器、所述环境温度传感器、所述电流互感器均与所述处理器连接。所述处理器中设置有所述实验工程数据库。
所述电流互感器将采集到的分流导体内的电流值发送给所述处理器，所述主导体温度传感器、分流导体温度传感器和环境温度传感器将采集到的温度信息发送给所述处理器，所述处理器根据接收到的分流导体电流值及温度信息，结合主导体、分流导体的材料、导体的外形尺寸，在所述实验工程数据库中查找补偿系数，对主导体及分流导体的电阻率进行补偿，进而计算分流比，根据所述电流互感器采集到的分流导体内的电流值得到回路电流值。所述处理器依据公式 计算分流比及回路电流值，式中I表示电路回路总电流，I1表示分流导体所分电流，ρ1、ρ0、T1、L1、S1、α1分别为分流导体电阻率、0℃电阻率、稳态温度、长度、截面积和补偿系数；ρ2、ρ0′、T2、L2、S2、α2分别为主导体电阻率、0℃电阻率、稳态温度、长度、截面积和补偿系数。
在对电路回路大电流测量过程中，可以通过调整所述分流导体的形状、长度、截面积、材质中的至少一种，改变所述分流导体与所述主导体的分流比值，将大电流测量转换为小电流测量，并使流过所述分流导体的电流在所述电流互感器的量程范围内。
实施例2
本发明的基于旁路分流技术的大电流测量方法及装置可以应用于中低压配电网中大电流的检测，本发明的基于旁路分流技术的大电流测量装置，其主导体为材质均匀的金属导体，需提前确定其在不同电流值情况下导体的阻抗、温升变化情况，确定其的不同情况下的电阻率补偿系数。进行大电流测量时，将主导体串联接入电网回路。由于无需在主导体上传入电流互感器，因此对所述主导体的形状没有严格的限制，一定程度上可以减小所述测量装置的体积，实现测量装置小型化，提高空间利用率。分流导体为与主导体同等材质或者不同材质，与主导体并联，通过对分流导体的形状、长度、截面积、材质中的至少一种进行调整，改变所述分流导体与所述主导体的分流比值，只要通过调节，使分流导体的电阻值大于主导体的电阻值，即可时间将大电流测量转换为小电流测量，通过穿入所述分流导体的电流互感器直接测量分流导体中的小电流，可以得到整个电网回路的电流值，因为直接测量分流导体中的小电流值且分流导体与主导体的分流比可以动态调节，所以电流互感器的尺寸也随之变小了，且不易发生磁饱和现象，提高了测量动态范围。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种基于旁路分流技术的大电流测量方法，包括：将大电流测量装置接入电路回路，其特征在于：还包括：
进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库；
根据大电流测量装置检测到的电流值和实验工程数据库，计算回路电流值；
所述大电流测量装置包括主导体、分流导体、电流互感器、温度传感器和处理器，所述主导体与所述分流导体采用并联形式固定连接，所述主导体串联接入电路回路，所述电流互感器与所述分流导体连接，用于采集分流导体内的电流值；
进行密集离散分流实验的装置包括：大电流发生器、温度仪表、电流互感器、回路电阻测试仪和记录工具；
进行密集离散分流实验，形成实验工程数据库，包括步骤：
S11、选定主导体及分流导体；
S12、将主导体与分流导体并联后，与大电流发生器连接形成电路回路；
S13、设置大电流发生器产生固定电流值；
S14、检测所述主导体温度达到稳态温度后，采样分流导体电流值；
S15、测量主导体的电阻抗值；
S16、记录数据，包括主导体及分流导体的材质、导体外形尺寸、导体稳态温度、环境温度、大电流发生器产生的电流、主导体与分流导体的电流值及分流比、主导体与分流导体的电阻抗值以及由上述数据确定的补偿系数；
S17、改变大电流发生器产生的固定电流值，重复步骤S14~S16；
S18、改变主导体和/或分流导体，重复步骤S11~S17；
S19、将记录的数据形成实验工程数据库；
根据大电流检测装置检测到的电流值和实验工程数据库，计算回路电流值，包括步骤：
S31：电流互感器检测分流导体电流值；
S32：根据主导体、分流导体的材料、导体的外形尺寸、导体温升、环境温度，在所述实验工程数据库中查找补偿系数；
S33：将查找到的补偿系数以及导体尺寸、温升带入分流公式，计算分流比，得到回路电流值；
步骤S33中，所述分流公式为：，其中I表示电路回路总电流，I1表示分流导体所分电流，ρ1、ρ0、T1、L1、S1、α1分别为分流导体电阻率、0℃电阻率、稳态温度、长度、截面积和补偿系数；ρ2、ρ0′、T2、L2、S2、α2分别为主导体电阻率、0℃电阻率、稳态温度、长度、截面积和补偿系数。
2.如权利要求1所述的基于旁路分流技术的大电流测量方法，其特征在于：所述温度传感器包括主导体温度传感器、分流导体温度传感器和环境温度传感器。
3.如权利要求2所述的基于旁路分流技术的大电流测量方法，其特征在于：所述主导体温度传感器与所述主导体接触固定，用于检测所述主导体温度；所述分流导体温度传感器与所述分流导体接触固定，用于检测所述分流导体温度；所述环境温度传感器用于检测环境温度，其远离主导体及分流导体设置，充分与外部环境空气接触，减小导体温升对其产生的影响。
4.如权利要求1所述的基于旁路分流技术的大电流测量方法，其特征在于：所述主导体为材质均匀的金属导体，所述分流导体与所述主导体材质相同或不同。
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Denomination of invention: A high current measurement method and device based on bypass diversion technology Effective date of registration: 20231128 Granted publication date: 20231020 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Jiangning sub branch Pledgor: JIANGSU QIHOU INTELLIGENT ELECTRICAL EQUIPMENT CO.,LTD. Registration number: Y2023980067709 |
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