CN114325048A - 一种自取能的柔性电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自取能的柔性电流测量装置，包括：测量模块，包括交流电流传感器，测量模块能够测量待测导体内的交流电流；供电模块，包括感应电路，供电模块能够通过感应待测导体内的交变磁场产生感应电流；处理模块，包括相背设置的第一连接端和第二连接端以及相背设置的第三连接端和第四连接端，测量模块相对的两端分别与第一连接端和第二连接端连接时形成可供待测导体穿过的第一环形通道，供电模块相对的两端分别与第三连接端和第四连接端连接时形成可供待测导体穿过的第二环形通道，供电模块能够为处理模块供电，处理模块获取供电模块的电流后能够测量测量模块上产生的感应电流。本发明中装置具有结构简单、频率宽以及能够实现自供能的优点。

Description

一种自取能的柔性电流测量装置

技术领域

本发明涉及电力测量技术领域，特别是涉及一种自取能的柔性电流测量装置。

背景技术

电流测量在电力工业中起着极为重要的作用，它为电力***提供用于计量、控制和继电保护所必需的信息。目前，电力***的电流测量仍然主要依靠传统的电磁式电流互感器，这种传感器缺点在于体积笨重，价格昂贵，必须防止铁芯饱和，只能测量交流信号，且频率很低，无法测量高频电流，另外还需要采用外接电源的方式。随着电网向智能化、数字化方向的不断发展，研发微型化、易安装应用、低成本电流传感器的需求越来越迫切。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出一种质量轻、测量频率范围广且不需要设置电源的电流测量。

一种自取能的柔性电流测量装置，所述自取能的柔性电流测量装置包括：

测量模块，包括交流电流传感器，所述测量模块能够测量待测导体内的交流电流；

供电模块，包括感应电路，所述供电模块能够通过感应所述待测导体内的交变磁场产生感应电流；

处理模块，包括相背设置的第一连接端和第二连接端以及相背设置的第三连接端和第四连接端，所述测量模块相对的两端分别与所述第一连接端和所述第二连接端连接时形成可供所述待测导体穿过的第一环形通道，所述供电模块相对的两端分别与所述第三连接端和所述第四连接端连接时形成可供所述待测导体穿过的第二环形通道，所述供电模块能够为所述处理模块供电，所述处理模块获取所述供电模块的电流后能够测量所述测量模块上产生的感应电流。

上述自取能的柔性电流测量装置，在组成上包括测量模块、供电模块和处理模块，结构简单，便于携带。由于测量模块采用了交流电流传感器，因此使得测量模块具有较宽的测量频率；而供电模块能够通过感应电路感应交表待测导体内的交变磁场产生感应电流为处理模块供能。当测量待测导体内的交变电流时，测量模块与处理模块相对的两端分别与第一连接端和第二连接端连接并形成第一环形通道，此时待测导***于第一环形通道内；由于待测导体内流过有交流电流，为此测量模块中的交流电流传感器能够将感应待测导体时产生的感应电流传递到处理模块；供电模块与处理模块相对的第三连接端和第四连接端连接并形成第二环形通道，此时待测导***于第二环形通道内，供电模块内的感应电路收到待测导体内交变磁场的变化从而产生感应电流，供电模块产生的感应电流能够为处理模块供电，而处理模块获取供电模块的电流后能够分析通过测量模块产生的感应电流，从而获取电力***内的相关电流数据。

在其中一个实施例中，所述交流电流传感器为罗氏线圈。

在其中一个实施例中，所述感应电路包括高导磁铁芯及设置在所述高导磁铁芯上的线圈。

在其中一个实施例中，所述高导磁铁芯包括坡莫合金。

在其中一个实施例中，所述电流检测装置还包括壳体，所述壳体具有收容腔，所述处理模块被收容在所述收容腔内。

在其中一个实施例中，所述壳体包括相背的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别与所述收容腔连通，所述第二侧面设置有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔和所述第四通孔分别与所述收容腔连通，所述测量模块的一端穿过所述第一通孔与所述第一连接端连接，另一端穿过所述第三通孔与所述第三连接端连接，所述供电模块一端穿过所述第二通孔与所述第二连接端连通，另一端穿过所述第四通孔与所述第四连接端连接。

在其中一个实施例中，所述测量模块与所述供电模块并列排布，所述第一通孔与所述第二通孔连通，所述第三通孔与所述第四通孔连通。

在其中一个实施例中，所述测量模块和所述供电模块分别设置有绝缘套。

在其中一个实施例中，所述测量模块和所述供电模块相同的一端设置有卡扣，所述卡扣夹紧所述绝缘套并将所述绝缘套分别固定在所述测量模块和所述供电模块上。

在其中一个实施例中，所述壳体上表面设置有安装孔，所述安装孔与所述收容腔连通，所述安装孔处设置有紧固件，所述紧固件能够将所述测量模块和所述供电模块固定在所述壳体上。

附图说明

图1为本发明一实施例中的自取能的柔性电流测量装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中的自取能的柔性电流测量装置的结构示意图；

图3为本发明又一实施例中的自取能的柔性电流测量装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例中的自取能的柔性电流测量装置的结构示意图。

附图标号说明：

100、测量模块；110、交流电流传感器；120、第一环形通道；

130、绝缘套；140、卡扣；

200、供电模块；210、感应电路；220、第二环形通道；

300、处理模块；310、第一连接端；320、第二连接端；330、第三连接端；

340、第四连接端；

400、壳体；410、收容腔；420、第一侧面；421、第一通孔；

422、第二通孔；430、第二侧面；431、第三通孔；432、第四通孔；

440、安装孔；450、紧固件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

电流测量在电力工业中起着极为重要的作用，它为电力***提供用于计量、控制和继电保护所必需的信息。目前，电力***的电流测量仍然主要依靠传统的电磁式电流互感器，这种传感器缺点在于体积笨重，价格昂贵，必须防止铁芯饱和，只能测量交流信号，且频率很低，无法测量高频电流，另外还需要采用外接电源的方式。随着电网向智能化、数字化方向的不断发展，研发微型化、易安装应用、低成本电流传感器的需求越来越迫切。针对现有的自取能的柔性电流测量装置存在的问题，研究人员提出一种组成简单、质量轻且能够实现自供能的自取能的柔性电流测量装置。

参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的自取能的柔性电流测量装置的结构示意图，本发明一实施例提供了的自取能的柔性电流测量装置包括：测量模块100、供电模块200和处理模块300，其中测量模块100和供电模块200能够分别形成可供待测导体穿过的通道，测量模块100用于测量导体内的交流电流，供电模块200能够感应待测导体内的交变磁场产生感应电流并为处理模块300供能，处理模块300获取供电模块200提供的感应电流后能够处理测量模块100产生的感应电流，从而获取待测导体内电流。

具体地，还可参阅图2所示，测量模块100包括交流电流传感器110，其中测量模块100能够测量待测导体内的交流电流；供电模块200包括感应电路210，其中供电模块200能够通过感应待测导体内的交变磁场产生感应电流；处理模块300包括相背设置的第一连接端310和第二连接端320以及相背设置的第三连接端330和第四连接端340，其中测量模块100相对的两端分别与第一连接端310和第二连接端320连接时形成可供待测导体穿过的第一环形通道120，供电模块200相对的两端分别与第三连接端330和第四连接端340连接时形成可供待测导体穿过的第二环形通道220，供电模块200能够为处理模块300供电，处理模块300获取供电模块200的电流后能够测量测量模块100上产生的感应电流。

在本实施例中，自取能的柔性电流测量装置在组成上包括测量模块100、供电模块200和处理模块300，结构简单，便于携带。由于测量模块100采用了交流电流传感器110，因此使得测量模块100具有较宽的测量频率；而供电模块200能够通过感应电路210感应交表待测导体内的交变磁场产生感应电流为处理模块300供能。当测量待测导体内的交变电流时，测量模块100与处理模块300相对的两端分别与第一连接端310和第二连接端320连接并形成第一环形通道120，此时待测导***于第一环形通道120内；由于待测导体内流过有交流电流，为此测量模块100中的交流电流传感器110能够将感应待测导体时产生的感应电流传递到处理模块300；供电模块200与处理模块300相对的第三连接端330和第四连接端340连接并形成第二环形通道220，此时待测导***于第二环形通道220内，供电模块200内的感应电路210收到待测导体内交变磁场的变化从而产生感应电流，供电模块200产生的感应电流能够为处理模块300供电，而处理模块300获取供电模块200的电流后能够分析通过测量模块100产生的感应电流，从而获取电力***内的相关电流数据。本发明中提出的自取能的柔性电流测量装置具有结构简单、测量交流电流频率宽以及能够实现自供能的优点。

交流电流传感器110主要包括电磁式电流互感器、霍尔互感器以及罗氏线圈。其中，电磁式电流互感器是一种特殊的变压器，在正常使用条件下其二次电流与一次电流实质上成正比，而其相位差在联结方法正确时接近于零。二次绕组供测量仪器、仪表、继电器和其它类似电器用。霍尔互感器基于霍尔效应原理，包括开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器，闭环式霍尔电流传感器也称零磁通电流传感器或磁平衡式电流传感器。罗氏线圈是一个空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。在对比现有的交流电流传感器110时，可以选择罗氏线圈，罗氏线圈具有较宽频率范围，且对待测导体以及尺寸无要求，非常适用于高配和大电流测量。罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律,当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时,在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，强度为H,由安培环路定律得：

∮H·dl＝I(t)

由B＝μH，e(t)＝dΦ/dt，Ф＝N∫B·dS，e(t)＝M·di/dt，得：

其截面为矩形时，互感系数M和自感系数L分别为：

M＝μ0Nhln(b/a)/2π

L＝μ0N^2hln(b/a)/2π

上式中，H为线圈内部的磁场强度，B为线圈内部的磁感应强度，μ0为真空磁导率，N为线圈匝数，e(t)为线圈两端的感应电压，a，b分别为线圈横截面的内外径,h为截面高度。由此可见，线圈一定时，M为定值，线圈的输出电压与di/dt成正比。也就是说，罗氏线圈的输出电压与被测电流的微分成正比，只要将其输出经过的积分器，即可得到与一次电流成正比的输出电压。为此可以在处理模块300内设置积分器。

研究人员在设置供电模块200中的感应电路210时需要考虑具有较好磁通量性能的电路，以满足处理模块300的电量需求。为此研究人员设计的感应电路210包括高导磁铁芯及设置在高导磁铁芯上的线圈。其中高导磁铁芯包括坡莫合金，高导磁铁芯可以通过多层坡莫合金叠加缠绕制成。需要说明的是坡莫合金是一种柔性的铁镍合金，坡莫合金具有很高的弱磁场导磁率。坡莫合金的优势在于,一方面便于根据待测导线的大小绕成不同大小；另一方面，即使待测导体内电流较小，坡莫合金依然可以利用其高磁导率特性，从待测导体周围的交变磁场中取得能量，

为了较好地保护处理模块300，一实施例中，参阅图3所示，电流检测装置还包括壳体400，其中壳体400具有收容腔410，处理模块300被收容在收容腔410内。当处理模块300被收容与壳体400的收容腔410中时能够较好地保护处理模块300，以减少外界环境因素对其干扰。

进一步地，壳体400包括相背的第一侧面420和第二侧面430，其中壳体400的第一侧面420设置有第一通孔421和第二通孔422，第一通孔421和第二通孔422分别与收容腔410连通，壳体400的第二侧面430设置有第三通孔431和第四通孔432，第三通孔431和第四通孔432分别与收容腔410连通，测量模块100的一端穿过第一通孔421与处理模块300的第一连接端310连接，测量模块100的另一端穿过第三通孔431与处理模块300的第二连接端320连接，供电模块200一端穿过第二通孔422与处理模块300的第三连接端330连通，供电模块200的另一端穿过第四通孔432与处理模块300的第四连接端340连接。

在本实施例中，通过在壳体400的第一侧面420设置第一通孔421和第二通孔422，在壳体400的第二侧面430设置第三通孔431和第四通孔432，能够使得测量模块100与处理模块300的第一连接端310和第二连接端320连接以及供电模块200与处理模块300的第三连接端330和第四连接端340连通。

为了便于对测量模块100与供电模块200的整理以及对待测导体测量，一实施例中，参阅图4所示，测量模块100与供电模块200并列排布，其中壳体400的第一侧面420的第一通孔421与第二通孔422连通，壳体400的第二侧面430的第三通孔431与第四通孔432连通。当将测量模块100和供电模块200并排设置时，只需一次将测量模块100和供电模块200设置在待测导体上，不需要每次分别将测量模块100和供电模块200分别缠绕在待测导体上，而将第一侧面420的第一通孔421和第二通孔422连通以及第二侧面430的第三通孔431和第四通孔432连通是方便并排设置的测量模块100和供电模块200能够与处理模块300连接。同时测量模块100和供电模块200并排设置也方便对测量模块100和供电模块200整理，防止接线出错。另外测量模块100的形状可以为圆柱形，供电模块200的形块可以为扁平形。

考虑到自取能的柔性电流测量装置工作环境中存在粉尘和水汽等，这些因素会导致供电模块200的表面带电。当操作人员使用自取能的柔性电流测量装置时会存在一定的安全隐患，为了解决这一问题需要对测量模块100和供电模块200进行保护。具体地，参阅图4所示，一实施例中，测量模块100和供电模块200分别设置有绝缘套130。绝缘套130能够分别保护测量模块100和供电模块200免受外界环境因素的干扰，同时提高了自取能的柔性电流测量装置在使用时的安全性。

进一步地，为了保证绝缘套130分别套设在测量模块100和供电模块200上的紧密性，防止绝缘套130相对测量模块100或供电模块200移动，为此可以设置卡扣140将绝缘套130夹紧在测量模块100和供电模块200上。具体地，一实施例中，参阅图4所示，测量模块100和供电模块200相同的一端设置有卡扣140，卡扣140夹紧绝缘套130并将绝缘套130分别固定在测量模块100和供电模块200上。另外设置卡扣140可以选择绝缘材质，以隔离测量模块100与处理模块300以及供电模块200和处理模块300。

研究人员在使用自取能的柔性电流测量装置时，由于待测导体的尺寸不同，因此对测量模块100以及供电模块200的长度要求不同。为了解决这一问题，可以将测量模块100和供电模块200尺寸设置一定长度，测量模块100和供电模块200能够部分地被收容在壳体400的收容腔410内，当需要更长的测量模块100和供电模块200时可以从收容腔410内再拉出部分测量模块100和供电模块200。具体地，一实施例中，参阅图4所示，壳体400上表面设置有安装孔440，其中安装孔440处设置有紧固件450，紧固件450能够将测量模块100和供电模块200固定在壳体400上。当测量模块100和供电模块200分别套设在待测导体上后，过长的测量模块100和供电模块200被抵压至壳体400的收容腔410内，然后紧固件450穿过安装孔440将测量模块100和供电模块200抵压至收容腔410的底壁。其中紧固件450可为螺钉，安装孔440的侧壁设置有螺纹孔，紧固件450可以与安装孔440的螺纹孔配合，从而实现紧固测量模块100和供电模块200的效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述自取能的柔性电流测量装置包括：

测量模块，包括交流电流传感器，所述测量模块能够测量待测导体内的交流电流；

供电模块，包括感应电路，所述供电模块能够通过感应所述待测导体内的交变磁场产生感应电流；

处理模块，包括相背设置的第一连接端和第二连接端以及相背设置的第三连接端和第四连接端，所述测量模块相对的两端分别与所述第一连接端和所述第二连接端连接时形成可供所述待测导体穿过的第一环形通道，所述供电模块相对的两端分别与所述第三连接端和所述第四连接端连接时形成可供所述待测导体穿过的第二环形通道，所述供电模块能够为所述处理模块供电，所述处理模块获取所述供电模块的电流后能够测量所述测量模块上产生的感应电流。

2.根据权利要求1所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述交流电流传感器为罗氏线圈。

3.根据权利要求1所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述感应电路包括高导磁铁芯及设置在所述高导磁铁芯上的线圈。

4.根据权利要求3所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述高导磁铁芯包括坡莫合金。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述电流检测装置还包括壳体，所述壳体具有收容腔，所述处理模块被收容在所述收容腔内。

6.根据权利要求5所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述壳体包括相背的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别与所述收容腔连通，所述第二侧面设置有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔和所述第四通孔分别与所述收容腔连通，所述测量模块的一端穿过所述第一通孔与所述第一连接端连接，另一端穿过所述第三通孔与所述第三连接端连接，所述供电模块一端穿过所述第二通孔与所述第二连接端连通，另一端穿过所述第四通孔与所述第四连接端连接。

7.根据权利要求6所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述测量模块与所述供电模块并列排布，所述第一通孔与所述第二通孔连通，所述第三通孔与所述第四通孔连通。

8.根据权利要求7所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述测量模块和所述供电模块分别设置有绝缘套。

9.根据权利要求8所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述测量模块和所述供电模块相同的一端设置有卡扣，所述卡扣夹紧所述绝缘套并将所述绝缘套分别固定在所述测量模块和所述供电模块上。

10.根据权利要求9所述的自取能的柔性电流测量装置，其特征在于，所述壳体上表面设置有安装孔，所述安装孔与所述收容腔连通，所述安装孔处设置有紧固件，所述紧固件能够将所述测量模块和所述供电模块固定在所述壳体上。

Images