专利名称：一种差模式空芯线圈电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流传感器，特别是涉及一种高压电力电缆的差模式空芯线圈电流传
感器。
背景技术：
目前，高压电力系统用于测量电流的设备主要是电磁式电流传感器，这种电流传 感器主要包括环型硅钢片铁芯、包在环型硅钢片铁芯外的绝缘层、绕在绝缘层外的二次漆 包线圈和二次漆包线圈接线柱等。电磁式电流传感器的硅钢片铁芯在大电流下易饱和；且 随着电压等级的增高，其体积和重量越大、绝缘结构越复杂、可靠性也越低。电磁式电流传 感器的输出和功率都比较大，不能直接与二次设备连接，不能和计算机联网，不能实现智能 化控制，不能适应数字化变电站发展的要求。 与电磁式电流传感器不同，空芯线圈电流传感器不包括硅钢片铁芯，不易产生饱
和；且空芯线圈电流传感器的输出和功率都比较小，能直接与数字化二次设备连接。 空芯线圈电流传感器中空心线圈的输出电压(e )是被测电流(i)对时间(t)的
微分，e--M^，其中M是空芯线圈的互感系数。因此，空芯线圈电流传感器中需要对空心
欲
线圈的输出信号进行积分，才能还原被测电流。目前，空芯线圈电流传感器一般采用硬件积 分技术对空闲线圈的输出信号进行积分；一般硬件积分电路由放大电路、电阻和电容等器 件组成，由于放大电路、电阻和电容易受温度影响，其参数随温度的变化而变化，导致硬件 积分电路工作不稳定，使空芯线圈电流传感器的稳定性和精度下降。另外，现有的空芯线圈 电流传感器一般为圆环结构，在某些现场条件下无法安装，这些都限制了空芯线圈电流传 感器在电力系统中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种新型的差模式空芯线圈电 流传感器。利用发明的差模式用以消除外界电磁干扰，对测量信号进行过滤、放大和积分， 从而保证测量信号的稳定性和测量精度。 为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下 —种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，该电流传感器的主要结构包括两 个空芯线圈，其以差模方式连接，且对称安装于被测高压电力电缆的两侧以感应电流值，两 个空芯线圈输出的电流值先通过双绞线将电流信号输出至数据采集单元；再由数据采集单 元将数据输出至PC机。 所述的数据采集单元包括调理电路、A/D模数转换器，调理电路用于对空芯线圈的
输出电流放大、滤波及信号处理；A/D模数转换器连接所述的调理电路并将其输出的模拟
信号转换为数字信号；所述的PC机用于接收A/D模数转换器输出的数字信号。 所述的空芯线圈包括主体和缠于主体上的线缆，两个空芯线圈上的线缆一端相连通，另一端分别接至所述的调理电路。 更进一步的优化设计，所述的主体为长方体结构，该长方体四周边缘设有线槽，线 槽内缠有所述的线缆，主体内还设有通孔，该通孔的轴线垂直于所述线槽形成的平面。
作为更进一步的优化设计方案，所述的主体上还设有小孔，该小孔内安装接线柱。
数据采集单元输出口包括有PCI总线、或RS232串口、或Ethernet接口，可用于与 PC机进行数据传输。与现有技术相比，本发明的差模式空芯线圈电流传感器具有如下技术 优点 1.本发明中采用两个空芯线圈，其以差模方式连接，且对称安装于电力电缆的两 侧以感应电流值，在这种固定方式下，电缆产生的磁场在两个空芯线圈中产生相反的磁场， 而外部干扰磁场在两个空芯线圈中方向相同，采用差模方式连接这两个空芯线圈，可以消 除外部磁场的干扰。 2.本发明采用了数据采集单元，其中的调理电路对空芯线圈的输出信号进行放 大、滤波及信号处理；然后再采用A/D模数转换器将信号调理电路输出的模拟信号转换为 数字信号；最后将数字信号传输至PC机从而提高了测量的稳定性，并大大提高测量数据的 精度。
图1是本发明差模式空芯线圈电流传感器中的线路连接示意图。 图2是本发明差模式空芯线圈电流传感器中的数据采集单元中部件的连接示意图。 图3是本发明差模式空芯线圈电流传感器中空芯线圈的结构示意图。
1-被测高压电力电缆2-空芯线圈 3-调理积分单元4-PC机 5-双绞线 6-调理电路7-A/D模数转换器8-数字积分电路9-输出接口 IO-PCI总线 11-RS232 串口 12-Ethe潔t接口
具体实施例方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的差模式空芯线圈电流传感器做进一 步的详细阐述，但不能以此来限制本发明的保护范围。 图l是本发明提供的差模式空芯线圈电流传感器的线路连接示意图。由图可知， 本发明的差模式空芯线圈电流传感器的主要结构包括两个空芯线圈2，其以差模方式连 接，且对称安装于电力电缆的两侧以感应电流值，两个空芯线圈输出的电流值2先通过双 绞线5将电流信号输出至数据采集单元3 ;再由数据采集单元3将数据输出至PC机4。
图2是本发明差模式空芯线圈电流传感器中的数据采集单元中部件的连接示意 图。由图可知，数据采集单元3包括调理电路6、A/D模数转换器7，电流传感器采用差模方 式可以消除外界电磁干扰，所述的调理电路6用于对空芯线圈的输出电流放大、滤波及信 号处理；A/D模数转换器7连接所述的调理电路6并将其输出的模拟信号转换为数字信号。 PC机4接收A/D模数转换器7输出的数字信号，并作进一步数据处理，获得电力电缆的电流 值；从而提高了测量的稳定性，并大大提高测量数据的精度。 本发明的空芯线圈结构如图3所示，图3是本发明差模式空芯线圈电流传感器中空芯线圈的结构示意图。由图可知，空芯线圈2包括主体21和缠于主体21上的线缆22，两 个空芯线圈2上的线缆一端相连通，另一端分别接至所述的调理电路6。
所述的主体21为长方体结构，该长方体四周边缘设有线槽，线槽内缠有所述的线 缆22，主体21内还设有通孔，该通孔的轴线垂直于所述线槽形成的平面。线缆缠绕在所述 的线槽内形成一个环形线圈，该环形线圈中部则为通孔。具体设计中采用的是四个大孔。
更进一步优化设计，在所述的主体21上还设有多个小孔，该小孔内安装接线柱。 根据具体的需要， 一般每个面设计有三个小孔，安装有三个接线柱。具体实践中，空芯线圈 2的主体骨架采用工程塑料(ABS)加工制成；在骨架上均匀的缠绕上200 300匝漆包线， 其直径为0. 2 0. 3毫米。
实施例1 本实施例中提供了一种差模式空芯线圈电流传感器，其主要结构包括两个空芯 线圈2，它们以差模方式连接，且对称安装于电力电缆被测高压电力电缆1的两侧以感应电 流值，两个空芯线圈2输出的电流值先通过双绞线5将电流信号输出至数据采集单元3;再 由数据采集单元3将数据输出至PC机4。其中，电流传感器采用差模方式是消除外界电磁 干扰；数据采集单元3主要实现向模拟信号转换为数字信号，其接线图如图2所示，它包括 调理电路6、 A/D模数转换器7和数字积分电路8，所述的调理电路6用于对空芯线圈的输 出电流放大、滤波及信号处理；A/D模数转换器7连接所述的调理电路6并将其输出的模拟 信号转换为数字信号；数字积分电路8连接所述的A/D模数转换器7并将其信号进行数字 积分，PC机4可以通过PCI总线10、或RS232串口 11、或Ethernet12接口与所述的数字积 分电路8进行数据通信，接收来自数字积分电路8并作进一步处理，还原被测高压电力电缆 1的电流值。
实施例2 本实施例提供另一种差模式空芯线圈电流传感器，其主要结构包括两个空芯线 圈2，它们以差模方式连接，且对称安装于被测高压电力电缆1的两侧以感应电流值，两个 空芯线圈2输出的电流值先通过双绞线5将电流信号输出至数据采集单元3 ;再由数据采 集单元3将数据输出至PC机4。其中，电流传感器采用差模方式是消除外界电磁干扰；数 据采集单元3包括调理电路6、 A/D模数转换器7，电流传感器采用差模方式可以消除外界 电磁干扰，所述的调理电路6用于对空芯线圈的输出电流放大、滤波及信号处理；A/D模数 转换器7连接所述的调理电路6并将其输出的模拟信号转换为数字信号；PC机4接收A/D 模数转换器7输出的数字信号，并作进一步数据处理，获得电力电缆的电流值；从而提高了 测量的稳定性，并大大提高测量数据的精度。 在本实施例中PC机起到软件积分，数据处理等作用，其数据处理流程如下
通过高压电力电缆的电流I在线圈中产生磁场B，空芯线圈能够感应这个磁场B， 并在两个线圈两端产生电动势+ e和-e ;空芯线圈同时也能感应外界其它磁场B'，并产 生两个近似相等的电动势e ';通过差模连线方式连接两个空芯线圈，消除外界干扰产生
的电动式e'，得到与电缆中电流的微分成正比的电动势^ = "^其中a是与空芯线圈的 结构及其安放位置相关的参数。 上述的数据采集单元3可以集成到一片数据采集卡中，该数据采集卡具有150kHz的采样频率，将采集模拟信号e，输出数字信号Sd，并将数值信号^d传输到计算机中。在
计算机中，做如下的计算得到电动势的有效值^ <formula>formula see original document page 6</formula>而电缆中电流I的等效值与V成
正比，因此，I 二bV，其中b是比例系数。 毫无疑问，以上只是本发明差模式空芯线圈电流传感器一种结构形式的实施例， 还可以有其他结构替代和数据变换。总而言之，本发明的保护范围还包括其他对于本领域 技术人员来说显而易见的变换和替代。
权利要求
一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，该电流传感器的主要结构包括两个空芯线圈(2)，其以差模方式连接，且对称安装于被测高压电力电缆(1)的两侧以感应电流值，两个空芯线圈输出的电流先通过双绞线(5)将电流信号输出至数据采集单元(3)；再由数据采集单元(3)将数据输出至PC机(4)。
2. 根据权利要求1所述的一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，所述的数据 采集单元(3)包括调理电路(6)和A/D模数转换器(7)，所述的调理电路(6)用于对空芯线 圈的输出电流放大、滤波及信号处理；A/D模数转换器(7)连接所述的调理电路(6)并将其 输出的模拟信号转换为数字信号，所述的PC机(4)用于接收A/D模数转换器(7)输出的信 号，并对信号进行积分处理，将信号还原为电缆的电流信号。
3. 根据权利要求2所述的一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，所述的数据 采集单元(3)还包括数字积分电路(8)，所述数字积分电路(8)将接收来自A/D模数转换器 (7)的信号并将其信号进行数字积分处理，所述的PC机(4)接收数字积分电路(8)输出的 信号，获得电缆的电流值。
4. 根据权利要求1或2所述的一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，所述的空 芯线圈(2)包括主体(21)和缠于主体(21)上的线缆(22)，两个空芯线圈(2)上的线缆一 端相连通，另一端分别接至所述的调理电路(6)。
5. 根据权利要求4所述的一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，所述的主体 (21)为长方体结构，该长方体四周边缘设有线槽，线槽内缠有所述的线缆(22)，主体(21) 内还设有通孔，该通孔的轴线垂直于所述线槽形成的平面。
6. 根据权利要求5所述的一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，所述的主体 (21)上还设有小孔，该小孔内安装接线柱。
7. 根据权利要求2所述的一种差模式空芯线圈电流传感器，其特征在于，数据采集单 元(3)输出口包括有用于与PC机(4)进行数据传输的PCI总线(10)、或RS232串口 (11)、 或Ethernet (12)接口。
全文摘要
本发明涉及一种差模式空芯线圈电流传感器，所述的电流传感器的主要结构包括两个空芯线圈，所述的空芯线圈间差模方式连接，且对称地安装于电力电缆的两侧以感应电流值；电流传感器将感应到的电流值先传输到数据采集单元，然后由数据采集单元将数据传输至PC机；本发明中两个分别安装于待测电缆的两侧的空芯线圈组成差模电路，可以消除外部磁场的干扰，大大提高测量数据的精度。
文档编号H01F38/20GK101710152SQ200910225369
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者周明, 周雄明, 徐俊, 杨峰, 殷刚, 苏文群, 陆文娟 申请人:上海市电力公司;上海波汇通信科技有限公司;上海市电力公司市南电缆管理处