[發明專利]在電路斷開時受保護以防止浪涌電壓的電流測量設備

有效

• 申請號: 201780007750.3
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN108603901B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: P·H·亨拉德
• 申請（專利權）人: 賽峰電氣與電源公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;H02H7/04;H01F38/32;G01R1/36;G01R31/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 亓云;顧嘉運

揭示了一種在設備(1，10)開路時保護以防止浪涌電壓的電流測量設備(1，10)。該設備(1，10)包括第一電流變壓器(2)；第一連接端子(4)，其連接到第一電流變壓器(2)的第一端子(21)；第二連接端子(5)，其連接到第一電流變壓器(2)的第二端子(22)；保護電阻器(7)，其第一端子(71)連接到第二連接端子(5)；以及負載電阻器(6)，其連接在第一和第二連接端子(4和5)之間并且在其端子處測量電壓，從中確定在通過第一電流變壓器(2)延伸的電路中流動的電流。該設備進一步包括連接至保護電阻器(7)的端子(71和72)的第二電流變壓器(3)，以及連接在的第一連接端子(4)與保護電阻器(7)的第二端子(72)之間的電流旁路裝置(8，80)。

發明背景

本發明涉及電流測量儀器的一般領域，并且更具體地涉及安裝在飛行器上的電流變壓器。

使用電流變壓器(CT)是在工作在115伏AC(VAC)或230VAC的交流(AC)網絡上的航空業中的普遍做法。CT被用于測量通常是三相AC網絡的飛機網絡中的AC線路電流。

如圖1中所示，CT由磁路構成，該磁路通常是環面的形式，以便使漏磁最小，并且在其上有許多n個次級匝，這些匝經由負載電阻來環路。那些匝攜帶記為I₂的電流。要在母線中被測量的記為I₁的電流通過所產生的環面至少一次。在本文中描述以及特別如圖2(是CT的簡化電路圖)中所示的示例中，假設初級匝數的數量等于1(如航空業中常見的)。

CT遵從安培定律，該定律是由以下公式在數學上編寫的：

其中I₁是要被測量的通過環面的電流，I₂對應于通過圍繞磁芯纏繞n匝獲得的測量電流，而H是用于磁化環面的磁場。

忽略磁芯中的磁場的任何循環，即假設則獲得以下關系：I₁＝nI₂。次級回路由負載電阻加載，在圖2中記為R_B，這使得通過測量跨負載電阻的各端子的電壓以導出跨環面的次級的電壓V_B成為可能，該電壓由給出，忽略了磁化電流，并且因此確定母線中通過環面的電流I₁。CT因此表示能夠進行對飛機內的電磁環境相對不敏感的測量并將其傳送給控制和保護部件的優點，所述控制和保護部件分別被稱為通用控制單元(GCU)和總線功率控制單元(BPCU)。CT因此可容易地遠離決策部件，在飛機上與它們隔開幾十厘米到幾十米。

無論如何，使用CT引起問題。當CT為開路時(沒有負載電阻)，即當CT與其接收機、CGU或BPCU或者甚至其它某個部件之間的連接被中斷時，則在從CT的次級繞組輸出處生成高電壓。具體地，在次級中流動的電流的缺乏導致用于磁化環面的磁化磁場的初級電流和循環之間的相等。這得到：

因為要被測量的初級電流的幅值一般非常高，磁路中的電感B在每次初級電流反向時變得非常快速地飽和。通過將楞次定律應用到CT的次級，其中是初級和次級之間交換的電磁通量，發現電壓在磁化電流的每個突然變化上具有非常大的值。該電壓取決于次級匝數的數量、磁芯的類型以及還有要測量的初級電流的值。

取決于所測量的電流的值的該高電壓可容易地超過若干千伏。它會導致電弧在從CT輸出處，或者甚至在其繞組內被觸發。因此，這種現象的觸發取決于要測量的線路中流動的電流水平，也取決于用于CT的磁性材料及其次級匝數的數量。

在飛機中，這可能導致不可忽略的風險，因為這些現象只要沒有被檢測到就繼續保持，并且它們會引起火災。

存在用于保護CT的三種主要類型的保護性系列：通過增加雙向峰值限幅器來保護；通過增加與CT的輸出并聯的電阻來保護；以及通過增加電容器來保護。