專利名稱：高精度高隔離電壓的電流檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種主要應用于高電壓電氣系統中精密地檢測電流值的檢測方法，屬于高隔離電壓電流檢測領域，具體指一種高精度高隔離電壓的電流檢測方法。
在高電壓電氣系統中，通常需要對高電壓回路的電流值進行精確的測量，為了安全和方便應用，檢測結果須與高電壓回路隔離開。為能隔離高電壓，在現有的檢測裝置中，基本都是先變換到一個中間的，能隔離開電壓的物理量(如磁通)后，再變換出電流量，高、低壓側之間有一個中間的模擬量變換過程?，F有的檢測裝置絕大部分都是采用電磁式電流互感器，也有少部分是采用光纖法測量。
電磁式電流互感器主要是由一次線圈、二次線圈和鐵心構成，一次線圈串聯入被測的高電壓交流電流回路中，其產生的磁通經鐵心傳送到二次線圈，而由二次線圈中感應出成比例的交流電流，因此而將高電壓隔離開。高電壓等級的電流互感器中大部分還用油來絕緣。采用該測量方法，雖也能達到檢測的目的，但存在著精度不高、難以檢測小電流，難以檢測直流電流、畸變大、有附加的瞬態過程、大電流時鐵心會飽和、充油式電流互感器會有爆炸的危險、次級回路開路時產生高電壓，會危及設備和工作人員的危險等不足；而在光纖法測量中，高電壓電流先成比例變換為光纖中的光強度或光相位，經光纖傳送到低壓側再恢復為電流值。這種方法較好地解決了上述電磁式電流互感器的大部分缺點，但仍然存在著精度不高，難以檢測小電流和難以檢測瞬態過程中的高頻分量的不足。
本發明的目的就在于提供一種高精度高隔離電壓的電流檢測方法，以通過其在高壓側直接數字化的檢測方式和采用收發側在電氣上是隔離的通信方法傳送檢測結果，以及在高壓側的檢測電路采用電池(包括光伏電池或化學電池或可充電電池等)進行供電等，使其既實現了高精度的電流檢測，又能將測量結果與高電壓隔離開。
本發明的目的是通過以下方式來實現的一種高精度高隔離電壓的電流檢測方法，主要包含有高壓側的采樣、控制、和數字信號收發部分和低壓側的數字信號收發部分和處理部分，其特征在于A被測電流值直接在高壓側用模數轉換芯片數字化；B用收發側在電氣上是隔離的通信方法，將高壓側的數字信號送到低壓側，由此而實現了測量結果與高電壓的隔離；C高電壓回路上的測量、通信和控制電路采用電池進行供電，包括光伏電池(即太陽能電池)、化學電池、可充電電池或不同類型電池的組合，因此在這方面上高、低壓側也是電氣隔離的。在上述方法中，低壓側送出的是數字化的測量結果。
采用本發明可以實現高精度和高隔離電壓的電流檢測裝置，特別是為高電壓電力系統中的控制、測量、保護裝置提供高精度和低成本的電流檢測裝置。該裝置的主要優點為1、高精度分辨率可用12位到16位以上、采樣率可用每秒10千次到100百萬次以上的模數轉換芯片，因此，測量的頻率為從直流到大于1MHz，與現有的高電壓電流傳感器相比，精度大為提高；2、低成本；3、數字化的輸出，易與數字化裝置接口。
由于本發明的技術是將高壓側直接數字化后，傳送數字信號到低壓側，高、低壓側之間無中間的模擬量變換過程，因此精確度大為提高。因而1、與電磁式電流互感器相比精度大為提高，能測小電流，無附加的瞬態過程、無大電流的飽和情況。低成本，無充油式電流互感器的爆炸的危險。無次級回路開路而產生高電壓的危險。
2、與光纖電流傳感器相比精度大為提高，能測小電流，不會損失瞬態過程中的高頻分量，低成本。
圖1是采用本發明的實施例1的電流檢測裝置總框圖；圖2是實施例1高壓側采樣、控制、發送部分電路框圖；圖3是實施例1高壓側電源部分電路框圖；圖4是實施例1低壓側電路框圖；圖5是實施例1高壓側采樣、控制、發送部分電路圖；圖6是實施例1高壓側電源部分電路圖；圖7是實施例1高壓側電源部分控制電路圖；
圖8是實施例1低壓側電路圖；圖9是實施例1高壓側安裝結構示意圖。
其中1-高壓側，2-低壓側，3-采樣電阻，4-濾波及保護電路，5-模數轉換回路，6-控制器(I)，7-收發器，8-控制器(II)，9-光伏電池，10-充電回路，11-可充電電池，12-控制器，13-低壓側收發器，14-供電光源，15-時鐘電路，16-均壓網，17-電腦，18-化學電池。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。
實施例1是采用本發明實現的一個高精度高隔離電壓的電流傳感器，可應用于長期連續運行的場合，如在高電壓電力系統中為控制、測量、保護裝置提供電流檢測值等。主要包含有高壓側1的采樣、控制、收發部分和低壓側2的收發部分和處理部分，其中在被測高電壓電流回路中串聯一采樣電阻3，模數轉換回路5經過濾波、保護電路4與采樣電阻3相連，該模數轉換回路5采用高速的16位模數轉換芯片，模數轉換結果送控制器(I)6，由控制器(I)6進行整理和編碼后送到收發器7，用光纖發送到低壓側2，上述控制器(I)6采用A54SX16芯片，收發器7采用SN75FC1000和V23826芯片，在控制器(I)6上還聯接有由OSC-SG-8002DB組成的時鐘電路15，高壓側1的電源部分由光伏電池9、可充電電池11以及相關的充電回路10組成，并由控制器(II)8進行控制，該控制器(II)8采用AT90S8535芯片，低壓側2處理部分由控制器12和低壓側收發器13組成，其中控制器12采用A54SX16芯片，低壓側收發器13采用SN75FC1000和V23826芯片，在上述電路中，將取樣電阻3上的電壓直接高速數字化后，用光纖發送回低壓側2進行處理后，分別送給繼電保護回路和測量、控制回路，在高壓側1，除可充電電池11和光伏電池9外的其他電路部分密封在一起，固定在取樣用的金屬棒上，裝置的外部設置有一均壓網16。
高壓側1的采樣、控制、收發部分，如圖2的電路框圖和圖5的電路圖，被測電流由Im1/Im2兩個端口進出。被測電流回路上串入一金屬棒Rm作為采樣電阻3，采樣電阻3阻值視被測電流大小而定。電流流過采樣電阻而產生電壓。此電壓經由Rm01和Cm01濾波及Dm01/Dm02保護電路組成的濾波及保護電路4后進入模數轉換回路5，模數轉換回路5采用16位模數轉換芯片，模數轉換回路直接與由A54SX16芯片構成的控制器(I)(6)聯結，模數轉換結果由控制器(I)進行整理和編碼后送到SN75FC1000和V23826芯片組成的收發器7，然后通過光纖發送到低壓側2。收發器7也可采用紅外收發器或無線(擴頻)收發器。控制器(I)還負責將控制器(II)收集到的信息轉送低壓側。
高壓側的電源部分，如圖3的電路框圖和圖6的電路圖，該部分由光伏電池9、可充電電池11、相關的充電回路10及控制器(II)組成，其中光電池9通過充電回路10與可充電電池11相連，以便可充電電池11充電，該充電回路直接與控制器(II)相聯，上述控制器(II)采用AT90S8535芯片，在低壓側設置有由控制器12控制的供電光源14。在工作時，上述光電池9在有陽光時，由陽光照射產生電壓，在沒有陽光時，可由低壓側2的供電光源14照射產生電壓。當光伏電池9上有足夠的光強度時，光伏電池9開始供電，一方面作為主電源供電，一方面同時給可充電電池11充電。當光電池9上的光強度下降到一定程度時，由可充電電池11作為主電源供電。
主電源經變換和穩壓濾波后，得出+5V/-5V/+3.3V的電壓，再給其它部分電路供電。
控制器(H)監測光電池9和可充電電池11的電壓，控制對可充電電池11的充電過程，并監測充電電流。如可充電電池低電量又無足夠的光強度時，控制器(II)通知低壓側將供電光源14打開，照射光伏電池9產生電壓，以免停電。
在控制器(II)的電路上還設有Dt感溫頭，以測量本裝置的溫度。
低壓側的處理部分，如圖4的電路框圖和圖8的電路圖，該部分主要是控制器12和低壓側收發器13組成，控制器12直接與系統的繼電保護回路及測量、控制回路相連，并根據低壓側收發器接收的數據進行處理，在控制器12上還連接有時鐘電路和供電光源14，上述控制器12采用A54SX16芯片，低壓側收發器13通過光纖與高壓側的收發器7相聯，在低成本應用中，收發器13可采用與高壓側收發器相應的紅外收發器或無線(擴頻)收發器。在工作時，控制器12將高壓側發送回來的數據進行處理后，分別送給繼電保護回路和測量控制回路，以供進一步的分析處理。并按高壓側的通知，將供電光源14打開或關閉，以給高壓側光伏電池提供必要的光源。
高壓側的安裝結構如圖9所示，其取樣電阻采用金屬棒，高壓側除可充電電池和光伏電池外的其他電路部分密封在一起，并固定在金屬棒上，可充電電池在其側面，光伏電池設置在上面，在整個裝置外部加一均壓網16。在具體實施時，光伏電池板應稍大，并與其他部分有一小距離，以免陽光直接照射到其他部分，造成溫升過高。裝置外部的均壓網，可保護本裝置以免產生電暈放電。
實施例2是采用本發明實現的另一個高精度高隔離電壓的電流傳感器，可應用于短時運行的場合，如在高電壓試驗中測量電流的應用。主要包含有高壓側1的采樣、控制、收發部分和低壓側2的接收部分，在被測高電壓電流回路中串聯一采樣電阻3，模數轉換回路5經過濾波、保護電路4與采樣電阻3相連，該模數轉換回路5采用高速的16位模數轉換芯片，模數轉換結果送控制器6，由控制器6進行整理和編碼后送到收發器7，用紅外線發送到低壓側2，上述控制器6采用A54SX16芯片，收發器7采用TFDS6000芯片，在控制器6上還聯接有由OSC-SG-8002DB組成的時鐘電路15，高壓側1的電源部分由化學電池18組成，低壓側2處理部分由電腦17和低壓側收發器13組成，其中收發器13采用TFDS6000芯片，在上述電路中，將取樣電阻3上的電壓直接高速數字化后，用紅外線發送到低壓側2，由電腦17進一步處理，如顯示、記錄等。
權利要求
1.一種高精度高隔離電壓的電流檢測方法，主要包含有高壓側(1)的測量、控制、和數字信號收發部分和低壓側(2)的數字信號收發和處理部分，其特征在于A被測電流值直接在高壓側用模數轉換芯片數字化；B用收發側在電氣上是隔離的通信方法，將高壓側的數字信號送到低壓側；C高電壓回路上的測量、通信和控制電路采用電池進行供電。
2.根據權利要求1所述的高精度高隔離電壓的電流檢測方法，其表述的電池采用光伏電池。
3.根據權利要求1所述的高精度高隔離電壓的電流檢測方法，其表述的電池采用化學電池。
4.根據權利要求1所述的高精度高隔離電壓的電流檢測方法，其表述的電池采用上述電池的組合。
5.根據權利要求1所述的高精度高隔離電壓的電流檢測方法，其表述的收發側在電氣上是隔離的通信方法有光纖或無線或紅外。
6.根據權利要求1所述的高精度高隔離電壓的電流檢測方法，其特征在于被測電流值是在高壓側直接數字化的，低壓側直接得到數字化的檢測結果。
全文摘要
一種高精度高隔離電壓的電流檢測方法,被測電流值直接在高壓側用模數轉換芯片數字化,用電氣上是隔離的(如光纖、無線、紅外等)通信方法,將高壓側的數字信號(包括測量結果)送到低壓側,低壓側直接送出數字化的測量結果。高電壓回路上的測量、通信和控制電路由電池供電,(電池可用光伏電池、化學電池、可充電電池等,或上述不同電池的組合)。這樣既實現了高精度的電流檢測,又能將測量結果與高電壓隔離開。
文檔編號G01R19/12GK1269510SQ99116118
公開日2000年10月11日 申請日期1999年4月2日 優先權日1999年4月2日
發明者劉誠韜 申請人:劉誠韜
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
