用于屏蔽电流变送器的系统和方法

用于屏蔽电流变送器的系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种用于保护电流变送器使其免受噪声影响的屏蔽体，所述屏蔽体可包括可设置在电流传感器第一侧附近的第一环形圈。所述屏蔽体还可包括可设置在所述电流传感器的与所述第一侧相对的第二侧附近的第二环形圈，以使得所述第一环形圈和所述第二环形圈各自包括可透磁材料。
【专利说明】用于屏蔽电流变送器的系统和方法

【技术领域】
[0001] 在本说明书中公开的主题涉及用于校准电流变送器的系统和方法。更确切地说， 本说明书中公开的主题涉及校准电流变送器输出的相位和灵敏度特性。

【背景技术】
[0002] 电流变送器通常包括磁芯周围的绕组。当将电流变送器放置在电缆或其他类型的 导体周围时，传导通过所述电缆的时变（例如，交变电流）电流可在磁芯中产生时变磁场。 随后所述磁场可在电流变送器的绕组中感应出电流。绕组中的电流可与传导通过电缆的电 流成比例。这样，绕组中的电流可以用于测量电缆中传导的电流的大小和方向。
[0003] 然而，常规电流变送器由于电流变送器内部材料的磁性质和形成电流变送器所使 用的制造过程而在其电（即，电阻）特性和磁（即，电感）特性方面具有相对较高的容差。 艮P，每个电流变送器可具有其自身的基于其固有特性的灵敏度或容差水平。这些灵敏度水 平产生每个电流变送器所输出的电信号的更高程度的不确定性。另外，这些固有特性还可 能引入电流变送器所输出的信号与所测得电流之间的相移。因此，在指定或已知容差水平 和相移下对电流变送器进行校准是有益的。
[0004] 此外，常规电流变送器使用钢带来屏蔽诸如电流传感器等内部部件免受各种类型 的噪声（例如，电噪声或磁噪声）的影响。即，可将所述钢带缠绕在金属块周围，以形成可 置于所述电流传感器周围的屏蔽体。在使用四个钢带缠绕屏蔽体的情况下，电流传感器的 每一侧都可得到屏蔽而免受磁干扰和噪声的影响。然而，形成每个钢带缠绕屏蔽体是一个 复杂过程，该过程可能容易误操作，从而损害电流传感器周围的总体屏蔽的完整性。因此， 提供一种更容易制造的用于屏蔽电流变送器内部部件的装置是有益的。


【发明内容】

[0005] 下文概述了与原始权利要求书的范围相称的某些实施方案。这些实施例并非意在 限制权利要求书的范围，而是这些实施例仅意在提供当前公开的系统和技术的可能形式的 简要概述。实际上，权利要求书可以包括可能与下文提出的实施例类似或不同的各种形式。
[0006] 在一个实施例中，一种用于保护电流变送器使其免受噪声影响的屏蔽体可包括可 设置在电流传感器第一侧附近的第一环形圈。所述屏蔽体还可包括可设置在所述电流传感 器的与所述第一侧相对的第二侧附近的第二环形圈，以使得所述第一和第二环形圈各自包 括可透磁材料。
[0007] 在另一个实施例中，一种系统可包括具有第一空腔和第二空腔的外壳、设置于所 述第一空腔中的电流传感器、设置于所述第二空腔中的校准电路，以及设置于所述外壳内 围绕所述电流传感器的屏蔽体组。所述屏蔽体组可包括设置于所述电流传感器的轴向相对 侧的第一和第二屏蔽体，以及设置于所述电流传感器的径向相对侧的第三和第四屏蔽体。
[0008] 在又一个实施例中，一种用于固体侧屏蔽体的操作方法可包括用屏蔽体组吸收电 干扰和/或磁干扰，所述屏蔽体组设置于电流传感器周围，以使得所述屏蔽体组可包括设 置于所述电流传感器的轴向相对侧的第一和第二屏蔽体。所述第一和第二屏蔽体可由可透 磁材料组成。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面 和优点，在附图中，类似的符号在所有附图中代表类似的部分，其中：
[0010] 图1是根据本公开的方面示出电流变送器校准系统的一个实施例的原理图； [0011] 图2根据本公开的方面示出图1的电流变送器校准系统中的校准电路的一个实施 例；
[0012] 图3是根据本公开的方面示出用于使用图1的电流变送器校准系统来校准电流变 送器的方法的一个实施例的流程图；
[0013] 图4根据本公开的方面示出用于屏蔽图1的电流变送器校准系统中的电流变送器 的屏蔽体的外壳的一个实施例的顶部透视图；
[0014] 图5根据本公开的方面不出图4的外壳的一个实施例的内视图；
[0015] 图6根据本公开的方面示出图4的屏蔽体的一个实施例的分解视图；
[0016] 图7根据本公开的方面示出图4的屏蔽体的一个正方形实施例的顶视图；
[0017] 图8根据本公开的方面示出图4的屏蔽体的一个八边形实施例的顶视图；以及
[0018] 图9根据本公开的方面示出图4的屏蔽体的一个六边形实施例的顶视图。

【具体实施方式】
[0019] 下文将对一个或多个特定实施例进行描述。为了提供这些实施例的简明描述，不 是实际实现方式的所有特征都在说明书中进行了描述。应了解，在任何工程或设计项目中 开发任何此类实际实现方式时，均应做出实现方式特定的各种决定，以实现开发人员的特 定目标，例如，符合系统相关及业务相关的限制，这些目标可能会因实现方式的不同而有所 不同。此外，应了解，此类开发工作可能复杂并且耗时，但尽管如此，对受益于本公开的普通 技术人员而言，此类开发仍是一项设计、加工和制造的常规任务。
[0020] 在介绍本发明的各个实施例的多个元件时，冠词"一个"、"该"和"所述"意在表示 存在这些元件中的一个或多个。术语"包括"、"包含"和"具有"意在是包含性的，并且意味 着除了所列元件外，可能还有另外的元件。
[0021] 电流变送器可用于不同目的，包括测量装置（例如，发电机、电动机）的实际电流 输入和/或输出、确定该装置内的漏泄电流量等。电流变送器的一种挑战性应用可包括实 时地准确测量电动机或发电机的定子绕组的漏泄电流。漏泄电流是一种复杂的信号，它包 括具有实（即，电阻）分量和虚（即，电容）分量的振幅和相位（即，相对于电动机或发电 机的线电压）。此外，漏泄电流的信号水平与电动机线电流信号相比通常是非常低的。因 此，准确校准的电流变送器对于获得这种测量值将是有益的。
[0022] 应记住，本公开的实施例总体涉及一种校准电路，以及一种用于使用所述校准电 路来校准不同电流变送器以使得每个变送器在其测量值方面可具有相似的灵敏度和相位 特性的方法。在一个实施例中，所述校准电路可包括串联连接的两个可变电阻器。在此，第 一可变电阻器可用于调节所述电流变送器的测量输出的灵敏度，而第二可变电阻器可用于 调节所述测量输出的相移。通过控制每个电流变送器的测量输出的灵敏度和相移，校准电 路可使得能够按照某些规格对每个电流变送器进行校准，从而形成各个制造成的电流变送 器之间的均匀性，并且提高各个校准后的电流变送器所获得的测量值的数据质量。
[0023] 除提供用于校准电流变送器的系统和方法之外，本公开的实施例总体上还涉及一 种可连接在电流变送器内的电流传感器各侧上的固体侧屏蔽体。所述固体侧屏蔽体可保护 电流传感器使其免受可能影响所述电流变送器的测量输出的各种类型噪声的影响。应记 住，在一个实施例中，所述固体侧屏蔽体可经加工以形成可配合在外壳内的四个环形圈，所 述外壳可用于屏蔽所述电流传感器的每一侧。所述环形圈可由可透磁材料组成，并且可组 合用于精确配合在所述电流传感器的每个轴向侧周围。可使用激光或水喷流等将所述环形 圈加工至精确尺寸。由于所述环形圈可经加工以形成所述电流传感器每个轴向侧周围的屏 蔽屏障，因此与使用传统钢带缠绕屏蔽体相比，所述固体侧屏蔽体能够提供改进的屏蔽。
[0024] 通过简介的方式，图1描绘电流变送器校准系统（电流变送器10)的原理图。电 流变送器10可包括电流传感器12和校准电路14。电流传感器12可为采用环形感应器和 铁氧体磁芯来感测来自传导通过导体的电流的耦合磁场的电流互感器。校准电路14可用 于校准电流变送器10的测量输出。
[0025] 在一个实施例中，电流传感器12可连接在可传导电流I的导体16周围。在此，环 形感应器可产生与电流I的振幅成比例的电流或电压输出（即，电流传感器12的测量输 出）。尽管图1将电流传感器12描绘为连接在单个导体16周围，应注意，电流传感器12可 连接在多个导体周围。这样，电流传感器12可测量关于电流传感器12所监控的所有导体 的净电流。
[0026] 通常，电流传感器12的测量输出（S卩，电流变送器10的测量输出）可包括测量输 出与电流I之间的相移（例如，角度）。相移量可取决于电流变送器10的（即，电流传感器 12和校准电路14的）固有电感、电容和/或电阻，以及连接至电流变送器10的任何负载电 路的阻抗。此外，由于每个单独电流变送器10可能具有不同的固有电感、电容、和/或电阻 性质，因此每个电流变送器10可能具有不同的灵敏度或容差。即，对于相同的输入电流，每 个电流变送器10可能由于每个电流变送器10的不同灵敏度而输出稍微不同的测量值。例 如，当100安培电流传导通过导体16时，一个电流变送器10可能输出1伏特，而当相同的 100安培电流传导通过导体16时，另一个电流变送器10可能输出1. 1伏特。每个电流变送 器10的灵敏度可能由于多种因素而有所不同，这些因素包括环形感应器上的绕组匝数、所 述环形感应器的固有电阻、负载电路的电阻等。
[0027] 记住前述内容，校准电路14可控制电流变送器10的相移和/或灵敏度性质。艮P， 校准电路14可调节电流变送器10的输出的相移和/或灵敏度性质以匹配某一所需要的相 移和/或灵敏度性质。在一个实施例中，校准电路14可用于校准不同电流变送器10,以使 得每个电流变送器10的测量输出可大致相似或相等（例如，小于1% )。例如，校准电路14 可调节多个电流变送器10的测量输出的相移和灵敏度性质，以使得每个电流变送器10针 对各个输入电流（例如，电流I)输出大致相似或相等的值。
[0028] 校准电路14可通过调节校准电路14中的两个可变电阻器的电阻来控制电流变送 器10的相移和/或灵敏度性质。例如，图2示出电流变送器10的电路图20,其描绘连接至 校准电路14的电流传感器12。如图2所示，校准电路14包括与灵敏度电阻器24串联连接 的相移电阻器22,相移电阻器22和灵敏度电阻器24可分别用于控制电流变送器10的测量 输出的相移和灵敏度性质。相移电阻器22和灵敏度电阻器24可为可变电阻器，它们可经 调节来校准电流变送器10的测量输出的相移和灵敏度性质。在某些实施例中，可调节相移 电阻器22和灵敏度电阻器24,直到电流变送器10的测量输出大致匹配所需或所指定的测 量输出值。以这种方式，可校准各具有不同电流传感器12和不同校准电路14的多个电流 变送器10,以使得每个校准后的电流变送器10可显示相同的测量性质，即使每个电流变送 器10可能具有不同的固有电感、电容、电阻等。此外，如果运行中的电流变送器10在磁场 中发生故障，那么可使用校准电路14来校准替换电流变送器10,以使得可以用具有与被替 换的电流变送器10相同的相移和灵敏度性质的电流变送器10来替换发生故障的电流变送 器10。这样，替换电流变送器10可继续为使用者或系统提供与先前采用的电流变送器10 相似或相等的测量数据，从而维持任何随后收集的测量数据的完整性。
[0029] 在一个实施例中，校准电路14可连接在电流传感器12的二次绕组上。校准电路 14还可以连接至保护电路26,所述保护电路26可包括多个电阻器、二极管、稳压二极管等。 保护电路26可保护相移电阻器22、灵敏度电阻器24和电流变送器10使其免受电压峰值、 短路等的影响。此外，保护电路26可保护连接至电流变送器10或校准电路14的额外装备 使其免受过量能量的影响。额外装备的实例可包括信号调节装备、各种类型的监控设备、工 厂控制装备等。
[0030] 校准电路14可包括可测量灵敏度电阻器24两端的电压的输出端子28。输出端子 28可对应于电流变送器10的测量输出，并且还可用于校准电流变送器10。即，经由输出端 子28获得的电压波形可用于确定是否应将电流变送器10的相移或灵敏度性质调节至使用 者、模型、表格等所提供的目标水平。此外，在某些实施例中，可各自调节相移电阻器22和 灵敏度电阻器24的电阻，直到经由输出端子28获得的电压波形大致匹配具有指定相移和 灵敏度性质的所需电压波形。
[0031] 如上文所提到的，电流变送器10的测量输出可与传导通过导体16的电流I成比 例。应记住，在输出端子28处获得的电压波形也与电流I成比例。在一个实施例中，电流I 可由电流源30供应至导体16。电流源30可为可提供电流I的精密电流源，以使得电流I 可准确反映指定或输入到电流源30中的电流值。以这种方式，可基于提供给导体16的已 知电流值准确校准电流变送器10。
[0032] 通常，相移电阻器22、灵敏度电阻器24和电流源30可由可使用校准电路14校准 电流变送器10的使用者/操作者来单独控制并操作。然而，在某些实施例中，相移电阻器 22、灵敏度电阻器24和电流源30可连接至控制器32。控制器32可使用通信部件34、处理 器36、存储器38、存储装置40、输入/输出（I/O)端口 42等来控制相移电阻器22、灵敏度 电阻器24和电流源30。
[0033] 通信部件34可为可有助于电流变送器10内的各种部件（例如，电流源30)之间 的通信的无线或有线通信部件。处理器36可为能够执行计算机可执行代码的任何类型的 计算机处理器或微处理器。存储器38和存储装置40可为能够用作有形机器可读介质以存 储处理器可执行代码或指令的任何合适制品。这些制品可以表示可存储可由处理器36执 行以实行当前公开的技术的处理器可执行代码的计算机可读介质（例如，任何适当形式的 存储器或存储装置）。
[0034] 控制器32也连接至输出端子28,以使得它可监控电流变送器10的电压波形输出。 在一个实施例中，控制器32可接收来自使用者的相移和灵敏度性质，并且随后可自动校准 电流变送器10。即，控制器32可为电流源30指定提供给导体16的电流值，并且随后可监 控输出端子28处的电压波形。随后控制器32可通过以下操作来校准电流变送器10 :调节 相移电阻器22和灵敏度电阻器24的电阻直到在输出端子28处获得的电压波形具有大致 匹配所接收到的相移和灵敏度性质的相移和灵敏度性质。以下将根据图3更详细描述关于 一种用于使用校准电路14校准电流变送器10的方法的其他详细信息。
[0035] 图3示出一种可用于使用校准电路14来校准电流变送器10的方法50的流程图。 在一个实例中，方法50可由控制器32执行，然而，应注意，方法50还可以由可控制相移电 阻器22和灵敏度电阻器24的电阻以及电流源30并且可监控输出端子28处的电压输出的 一个或多个使用者/操作者来执行。
[0036] 在方框52处，控制器32可接收输入电流波形和预期或所需电流变送器测量输出。 输入电流波形可包括代表电流I的电流波形的振幅和频率，电流I可经由电流源30供应至 导体16。反过来，预期电流变送器测量输出可与预期输出值相对应，所述预期输出值与传导 通过电流变送器10中的导体16的电流I的输入电流波形相关联。此外，电流变送器测量 输出还可以指定一个特定相移，在此相移下电流变送器测量输出的波形可从所提供的电流 I的波形偏移。
[0037] 在接收这些值之后，在方框54处，控制器32可向电流源30发送信号，以便为导体 16提供与方框52处所接收到的输入电流波形相对应的电流I。随后电流源30可用适当电 流I供应导体16。
[0038] 在方框56处，控制器32可经由输出端子28接收电流变送器测量输出。在一个实 施例中，控制器32可接受可与和传导通过导体16的电流I相关联的电流波形成比例的电 压波形。
[0039] 在方框58处，使用在方框52处接收到的预期电流变送器测量输出和在方框56处 接收到的实际电流变送器测量输出，控制器32可确定实际电流变送器测量输出是否大致 匹配预期电流变送器测量输出。例如，控制器32可确定实际电压波形的振幅在相同角度或 容差内（例如，小于1%)是否匹配预期电压波形的振幅。此外，控制器32还可确定实际电 压波形是否与预期电压波形同相。如果实际电压波形的振幅不匹配预期电压波形的振幅抑 或如果实际电压波形不与预期电压波形同相，则控制器32可转到方框60。
[0040] 在方框60处，控制器32可向相移电阻器22、灵敏度电阻器24或二者发送信号以 调节它们各自的电阻，从而使得在输出端子28处获得的实际电压波形的振幅和相位匹配 预期电压波形的振幅和相位。在一个实施例中，控制器32可根据如下所示转移函数等式1 调节相移电阻器22和灵敏度电阻器24的电阻：

【权利要求】
1. 一种屏蔽体，所述屏蔽体包括： 配置为设置在电流传感器的第一侧附近的第一环形圈；以及 配置为设置在所述电流传感器与所述第一侧相对的第二侧附近的第二环形圈，其中所 述第一环形圈和所述第二环形圈各自包括可透磁材料。
2. 如权利要求1所述的屏蔽体，所述屏蔽体包括： 配置为设置在所述电流传感器第三侧附近的第三环形圈；以及 配置为设置在所述电流传感器的与所述第三侧相对的第四侧附近的第四环形圈。
3. 如权利要求2所述的屏蔽体，其中所述第一环形圈的内径与外径之间的距离近似等 于或大于所述第三环形圈的厚度、所述电流传感器的厚度以及所述第四环形圈的厚度的总 和。
4. 如权利要求2所述的屏蔽体，其中所述第二环形圈的内径与外径之间的距离近似等 于或大于所述第三环形圈的厚度、所述电流传感器的厚度以及所述第四环形圈的厚度的总 和。
5. 如权利要求2所述的屏蔽体，其中所述第一环形圈与所述第二环形圈彼此轴向隔 开，并且所述第三环形圈与所述第四环形圈彼此径向隔开。
6. 如权利要求5所述的屏蔽体，其中所述第三环形圈与所述第四环形圈为彼此同心 的。
7. 如权利要求2所述的屏蔽体，其中所述第三环形圈和所述第四环形圈为带绕屏蔽 体。
8. 如权利要求2所述的屏蔽体，其中所述第三环形圈和所述第四环形圈各自包括可透 磁材料。
9. 如权利要求1所述的屏蔽体，其中所述可透磁材料包括超透磁合金、金属玻璃、超导 磁铁镍钥铜合金、高导磁率合金或其任意组合。
10. -种系统，所述系统包括： 具有第一空腔和第二空腔的外壳； 设置于所述第一空腔中的电流传感器； 设置于所述第二空腔中的校准电路；以及 设置于所述外壳内围绕所述电流传感器的屏蔽体组，其中所述屏蔽体组包括设置于所 述电流传感器的轴向相对侧的第一屏蔽体和第二屏蔽体以及设置于所述电流传感器的径 向相对侧的第三屏蔽体和第四屏蔽体。
11. 如权利要求10所述的系统，其中所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体分别包括第一 环形圈和第二环形圈。
12. 如权利要求10所述的系统，其中所述第三屏蔽体和所述第四屏蔽体分别包括第三 环形圈和第四环形圈。
13. 如权利要求10所述的系统，其中所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体各自与所述第 三屏蔽体和所述第四屏蔽体二者重叠。
14. 如权利要求10所述的系统，其中所述屏蔽体组可拆卸地设置于所述外壳内。
15. 根据权利要求10所述的系统，其中所述外壳包括： 外壳部分，所述外壳部分具有围绕中心开口周向设置的内壁、围绕所述内壁周向设置 的外壁以及在所述内壁与所述外壁之间延伸的底板；以及 盖部分，所述盖部分通过一个或多个紧固件可拆卸地连接至所述外壳部分。
16. 如权利要求10所述的系统，其中所述第一屏蔽体和所述第三屏蔽体构成一个单 件。
17. 如权利要求10所述的系统，其中所述第一屏蔽体、所述第三屏蔽体和所述第四屏 蔽体构成一个单件。
18. -种方法，所述方法包括： 用设置于电流传感器周围的屏蔽体组吸收电干扰和/或磁干扰，其中所述屏蔽体组包 括设置于所述电流传感器的轴向相对侧的第一屏蔽体和第二屏蔽体，其中所述第一屏蔽体 和所述第二屏蔽体包括可透磁材料。
19. 如权利要求18所述的方法，所述方法包括经由校准电路校准所述电流传感器。
20. 如权利要求19所述的方法，其中校准所述电流传感器包括： 接收与所述电流传感器相对应的预期测量输出，其中所述预期测量输出包括预期相位 和灵敏度性质； 向电流源发送信号，以向所述电流传感器所监控的导体提供电流； 接收来自所述电流传感器的电流测量输出，其中所述电流测量输出包括电流相位和灵 敏度性质；以及 调节所述电流相位和灵敏度性质，以大致匹配所述预期相位和灵敏度性质。
【文档编号】G01D18/00GK104251715SQ201410302934
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】D.T.卢 申请人:通用电气公司