[發明專利]一種基于溫度檢測的電流檢測裝置及電流檢測方法

在審

• 申請號: 201711226282.7
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107884614A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 蔡彬;褚曉廣;閆紹敏;肖群;孫芃
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電流檢測裝置及電流檢測方法，尤其是一種基于溫度檢測的電流檢測裝置及電流檢測方法，屬于電氣工程技術領域。

背景技術

目前電流檢測均采用電流互感器、電流傳感器等，將一次側的大電流轉換為小電流信號。其共同特點是電量檢測。

其缺點是：1)因為每個電流互感器、電流傳感器均有其量程，因而產品規格多，根據不同量程，用戶需要庫存多種規格的電流互感器或電流傳感器以作備用；2)笨重、體積大、成本高，尤其在高電壓、大電流場合采用上述方法的電流檢測裝置笨重、體積龐大、價格高昂，使得高電壓、大電流的成套電器設備成本高、占地面積大。

導體通入電流以后將會發熱，其溫度必然升高。也就是說，溫度或溫升和電流之間有必然的函數關系，那么只要通過檢測溫度即可檢測到電流大小。但目前電器設備均采用自然冷卻或風扇強迫冷卻等多種冷卻方式，散熱條件不同，有可能導致溫度相同而電路中流過的實際電流不同，這使得求解溫度與電流之間的關系變得異常復雜。

發明內容

本發明的主要目的在于：針對現有技術的不足和空白，根據導體通電后溫度發生變化的特點，突破傳統的電流檢測方式，提出一種基于非電量(溫度)的電流檢測裝置及方法，從而解決傳統的電流檢測裝置體積大、成本高的問題，尤其適合于大電流場合的電流檢測。

為了達到以上目的，本發明基于溫度檢測的電流檢測裝置，包括：導體溫度檢測模塊、環境溫度檢測模塊、主控單元；所述導體溫度檢測模塊、環境溫度檢測模塊均與主控單元相連；所述導體溫度檢測模塊包括溫度傳感器，所述溫度傳感器可以是數字溫度傳感器、熱電偶，也可以是紅外溫度傳感器，用于檢測被測電流回路的導體溫度；所述主控單元包括DSP芯片，采集導體溫度、環境溫度以及工況信號，通過計算得到電流值；所述工況信號是指被測電流回路的斷路器工作位置信號、冷卻裝置啟動信號。

上述基于溫度檢測的電流檢測裝置，其電流檢測方法包括以下步驟：

步驟1，通過實驗分別獲取冷卻裝置未啟動和啟動工況下被測電流回路導體的綜合散熱系數K_T；

步驟2，采集環境溫度、被測電流回路的導體溫度及工況信號；

步驟3，分析工況信號中的斷路器工作位置信號，如果斷路器處于分閘位置，則判定電流為0，返回步驟2；否則轉至步驟4；

步驟4，分析工況信號中的冷卻裝置啟動信號，根據冷卻裝置是否工作，選取相應的綜合散熱系數K_T；

步驟5，將被測電流回路的導體溫度減去環境溫度得到被測電流回路的導體溫升值τ；

步驟6，計算電流值，具體過程如下：

1)根據熱平衡原理，導體內產生的熱量等于導體的散熱量與提高導體本身溫度而吸收的熱量之和，即熱量守恒方程：

Pdt＝K_TAτdt+cmdτ (1)

初始條件：τ|_t＝0＝τ₀

式中，Pdt為在dt時間內導體的總發熱量，K_TAτdt為在dt時間內導體的總散熱量，cmdτ為在dt時間內導體溫度升高dτ時所吸收的熱量，P為電流通過導體所產生的能量損耗稱為電阻損耗，P＝KI²R，K為附加損耗系數，I為導體中的電流，R為導體電阻，A為導體有效散熱面積，K_T為綜合散熱系數，c為導體比熱容，m為導體質量，τ為導體的溫升，τ＝θ-θ₀，θ為導體溫度，θ₀為環境溫度，τ₀為初始溫升。

2)解式(1)，可得：

式中，τ₀為初始溫升，T為發熱時間常數，T＝cm/(K_TA)。

3)將P＝KI²R代入式(2)，整理得：

由式(3)可知電流與溫升、時間的關系，將采樣時刻t、步驟4選取的綜合散熱系數K_T、步驟5得到的被測回路的導體溫升值τ，以及導體有效散熱面積A、導體電阻R、附加損耗系數K、導體比熱容c、導體質量m等參數代入式(3)，即可求得此時回路中的電流值。

進一步地，步驟1所述通過實驗分別獲取冷卻裝置未啟動和啟動工況下被測電流回路導體的綜合散熱系數K_T，其方法是：

21)在冷卻裝置未啟動情況下，給被測電流回路導體從冷態開始通電；