[發明專利]一種測量雷電流的無磁芯電流傳感器

有效

• 申請號: 202111508107.3
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114200248B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 項宇鍇;章日欣;葉桂中;吳昊寧;鄭茂華;張永鑫
• 申請（專利權）人: 國網福建省電力有限公司;國網福建省電力有限公司龍巖供電公司;國網福建省電力有限公司龍巖市新羅區供電公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R19/15
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

1.一種測量雷電流的無磁芯電流傳感器，其特征在于，包括圓環形印刷電路板和六個無磁芯的磁傳感器，所述六個無磁芯的磁傳感器均勻安裝于所述圓環形印刷電路板上，搭建用于測量雷電流的圓形陣列；在圓形陣列中心穿設橫截面為矩形的長直扁平被測導體；

所述無磁芯電流傳感器進行雷電流測量時采用基于對小部分磁場測量的數字處理方法，將流經圓形陣列內部導體的電流與回流電流分開，以降低外部串擾導致的串擾誤差，提高電流傳感器的測量準確度；

所述基于對小部分磁場測量的數字處理方法包括以下步驟：

搭建磁傳感器組成的圓形陣列的數學模型，得到待測電流與六個磁傳感器輸出的關系；

構建圓形陣列串擾誤差的表達式；

進行串擾誤差抑制；

在圓環形印刷電路板上均勻安裝所述六個無磁芯的磁傳感器，組成圓形陣列；令S₁～S₆表示六個無磁芯的磁傳感器，角度α表示導體中心到傳感器中心與導體水平線之間的夾角，角度θ₁表示被測導體邊緣中心到傳感器中心與導體水平線之間的夾角，D表示導體邊緣到中心的距離，r表示傳感器中心到導體中心的距離，rD，I₁表示導體的邊緣電流，電流I₁不在圓形陣列的中心；其中r由標量勢和α計算得到：

磁標勢寫成：

因此，磁場沿圓形印刷電路板的切向分量表示為：

在六個等分布的磁傳感器組成的圓形陣列下，通過斯托克斯定律的離散逼近，得到方程：

上式中，表示所測電流的平均值，N為傳感器總個數，θ_i表示導體邊緣中心到第i個傳感器中心與導體水平線之間的夾角，其由下式得到：

式中，α₁為S₁傳感器中心到導體中心與導體水平線之間的夾角；

考慮到由于連續求和而產生的變化，計算得到電流關系如下：

上式中

式中，k為一常數；

通過化簡得到電流的表達式為：

考慮到位移所導致的誤差，其遵循數學表達式：

式中，ε表示位移所導致的誤差；

由于扁平導體形狀誤差的理論高度為零，且高度遠小于寬度，假設扁平導體寬度為b，中心電流密度為I₁/b的扁平導體形狀引起的誤差，通過沿x軸積分，得到以下方程：

對上式進行化簡，得到：

當圓形陣列工作在無外部串擾場的環境中時，各傳感器信號之和與流經扁平導體上電流大小呈現正比關系；以I表示流經扁平導體的電流實際值，V_n表示傳感器的輸出電壓，V₀表示傳感器輸出電壓的平均值，N為傳感器數量，S為磁場靈敏度且所有傳感器的靈敏度相同，K為取決于導體橫截面幾何結構的尺寸系數，d為圓形陣列半徑；得到電流的表達式如下：

當存在外部的串擾場時，由圓形陣列外部電流產生的磁場效應引起的相對測量誤差，即為串擾誤差，假設外部干擾源為C，則C遵循下式：

在坐標處串擾源引起的磁傳感器信號為：

在上式中：

c₀＝0

由于基波分量不受環境空間均勻場影響，因此不考慮其影響；由于離散傅里葉變換的線性關系，假設V_m為傳感器信號通過離散傅里葉變換所得到，則為了計算I^bar，下述兩非線性方程組進行倒置；

上式中未知數x＝I^bar，y＝I^c，z＝d/D，為圓形陣列上傳感器的輸出電壓。

2.根據權利要求1所述的一種測量雷電流的無磁芯電流傳感器，其特征在于，所述圓環形印刷電路板上設有加法器和濾波器，所述加法器用于將各個磁傳感器采集的電壓進行疊加，所述濾波器用于降低噪聲的干擾。