具有增強的溫度測量功能的電流互感器的制作方法

本發明大體上涉及電流互感器，并且具體地涉及可以從電流互感器導出的附加感測。

發明背景

圖1圖示現有技術的典型電流互感器(CT)，其通常由參考數字10表示。CT包括初級繞組14和次級繞組26，該初級繞組14將電流從電源18傳送到負載22，該次級繞組26接收來自初級繞組14的感應電流。次級繞組26被連接到測量/監控裝置30，該測量/監控裝置30可以是諸如斷路器的保護裝置、能夠解釋從次級繞組26中接收的感應電流信號的過載繼電器或其他裝置。如果來自次級繞組26的感應電流信號指示初級繞組14中的電流已經超過預定水平，則監控裝置30可以啟動對初級繞組14中的電流流動的中斷。在更復雜的保護裝置中，監控裝置30可以包括存儲器34，用于存儲由至少一個處理器42使用的算法38，以解釋來自次級繞組26的感應電流信號，確定初級繞組14中的電流流動是否超過預定水平并且啟動對初級繞組14中的電流流動的中斷。

如上所述，電流互感器廣泛地用于保護系統，以監控負載電流。在許多應用中，將CT放置在溫度可以變化足以影響CT的精度的區域中。在CT的精度是極其重要的關鍵應用中，可以靠近CT安裝溫度感測裝置來提供局部溫度信息。CT監控設備可以使用局部溫度信息來補償溫度對CT的影響。這需要安裝溫度測量裝置并且將其連接到CT監控設備，CT監控設備添加了用于溫度感測設備及其安裝的額外成本。在一些實例中，CT被安裝在不具有用于附加感測裝置的空間的小殼體內或者安裝在難以進入的位置。在這些情況下，溫度感測裝置可能不夠接近CT以提供可用于增加CT的精度的精確的局部溫度讀數。因此，具有實際上是CT的整體部分的溫度感測裝置將是有益的。

發明概述

本發明使用電流互感器(CT)的某些特性以及DC電流電路和電壓測量電路的添加，以從CT獲得溫度信息。基本上，將CT進行修改以起到電流互感器和溫度傳感器兩者的作用。利用附加溫度信息，CT的測量/監控電路可以執行在沒有溫度信息的情況下不容易實現的附加診斷功能，其包括但不限于，確定CT是否具有溫度相關精度問題或者初級電路中是否存在可能的松動電連接或電弧。這些新的診斷功能可以為初級電路中能導致時間損失或設備損壞的可能的事件提供早期警告。本發明的修改的電流互感器提供了用于獲得電流和溫度信息二者的系統，該系統包括：

電流互感器，其具有初級繞組和次級繞組；

用于將DC電流注入到次級繞組中的電路；

用于測量次級繞組兩端的電壓的電路；

處理器，用于根據所測量的電壓計算次級繞組的電阻；

存儲器，用于存儲次級繞組的計算的電阻；

通過處理器確定次級繞組的溫度；以及

將次級繞組的確定的溫度存儲在存儲器中，用于供處理器的診斷使用。

本發明還提供了確定電流互感器的次級繞組的溫度的方法，該方法包括以下步驟：

將直流電流(DC)注入到CT的次級繞組中；

測量由注入的DC電流感應的次級繞組兩端的電壓；

通過處理器從所測量的電壓計算次級繞組的電阻；

通過處理器確定次級繞組的溫度；以及

將次級繞組的確定的溫度存儲在存儲器中，用于供處理器的將來診斷使用。

附圖簡述

圖1圖示用于測量電導體中的電流的典型電流互感器。

圖2圖示本發明的電流互感器，其感測電流和溫度。

圖3是圖示確定電流互感器次級繞組的溫度的方法的流程圖。

圖4是圖示確定初級電路中可能的松動電連接的方法的流程圖。

圖5是圖示確定初級電路中可能的斷路、失相或電弧的方法的流程圖。

實施方案的詳細描述

現在參考圖2，示出了本發明的CT，該CT通常由參考數字46表示。如在圖1的現有技術CT10中，初級繞組14將電流從電源18傳送到負載22，并且將電流感應到次級繞組26，在其中，電流由測量/監控裝置30測量。本發明的CT46包括DC電流電路50、由緩沖器58和模數轉換器(ADC)62組成的電壓測量電路54、用于存儲參考數據、歷史數據和算法38的存儲器34以及多個處理器42中的一個。參考數據可以包括但不限于CT設計/材料數據、查找表、電阻/溫度關系以及驗證的測試數據。歷史數據可以包括但不限于過去的電阻數據、電壓數據、溫度數據、基于所感測電流的預期溫度以及診斷結果。DC電流電路50可以由測量/監控裝置30控制，使得可以根據需要斷開、增加或減少注入的DC電流，以增加測量精度。處理器42使用算法38、參考數據和所測量的數據來確定次級繞組26的溫度。使用疊加電定理，ADC62可以測量電流傳感器輸出電流*負荷電阻R_B以及電流源*(負荷電阻R_B∥電流傳感器46繞組26電阻)。已知負荷電阻R_B和電流源50的輸出，可以計算電流傳感器46繞組26的電阻。可替換地，可以根據關于由DC電流電路50感應的電壓的信息計算次級繞組26的電阻。一旦知道次級繞組26的電阻，可以基于CT46設計的特性(基于用在CT46中并且存儲在存儲器34中的材料的電阻和溫度之間的關系)確定溫度。通過在驗證的溫度下測量次級繞組26電阻創建的電阻/溫度關系表還可以用于確定次級繞組26的溫度。如果存在溫度引發的CT46感測誤差，則電阻/溫度表還可以被用作校準參數。

一旦次級繞組26的感應電壓、電阻和溫度已被確定并且存儲在存儲器34中，處理器42就可以通過將確定的次級繞組26的溫度與已知的先前確定的次級繞組26溫度進行比較來評估來自次級繞組26的感應電流信號的精度，以產生CT感測誤差并且相應地補償任何溫度相關誤差。可以通過將認為錯誤的感測電流與歷史電阻/溫度數據或驗證的電阻/溫度測試數據和CT46的其他存儲特性進行比較以確定可用于補償溫度相關電流感測誤差的校正因數來實現補償。補償溫度相關誤差的能力允許CT46保持可靠的精確電流讀數。

利用次級繞組26的溫度信息，監控裝置30還可以通過將次級繞組26的確定的溫度與存儲在存儲器34中的CT46的歷史數據進行比較來確定初級繞組14電路中潛在的電氣問題。可以通過處理器42將次級繞組26的確定的溫度及其相關的感測電流與存儲在存儲器34中的對于相同感測電流的次級繞組26溫度的預期范圍進行比較。如果確定的次級繞組26的溫度大于對于相同感測電流的次級繞組26溫度的預期范圍，則初級繞組14電路中可能的松動電連接可以由處理器42檢測。如果處理器42對次級繞組26的幾個最近存儲的溫度的比較在感測電流的預期溫度范圍和大于感測電流的預期溫度范圍的溫度之間是循環的，初級繞組14中的斷路、失相或電弧的指示可由處理器42檢測。將測量的感應電壓、感測電流和導出的溫度與存儲在存儲器34中的歷史數據進行比較還可以檢測隨時間的細微變化，其能夠指示CT46的劣化性能或需要預防性維護。與歷史數據的比較還可以檢測相對于CT46的已建立的表征的突然偏差，其指示需要更緊急的校正動作。

現在參考圖3，描述了用于確定次級繞組26的溫度并且必要時使用所確定的溫度來補償溫度誘導的電流感測誤差的過程。來自存儲在存儲器34中的算法38的以下步驟是由測量/監控裝置30的處理器42執行。為了啟動CT46的溫度感測功能，可由測量/監控電路30控制的DC電流電路50在步驟100處將已知的DC電流注入到次級繞組26中。所注入的DC電流在次級繞組26中感應電壓。在步驟105處，由電壓測量電路54測量感應電壓。在步驟110處，計算次級繞組26的電阻。可以使用關于由DC電流電路50感應的電壓的信息或通過使用疊加電定理來計算次級繞組26電阻，其中，ADC62可以測量電流傳感器輸出電流*負荷電阻R_B并且電流源*(負荷電阻R_B∥電流傳感器46繞組26電阻)。已知負荷電阻R_B和電流源50的輸出，可以計算電流傳感器46次級繞組26的電阻。在步驟115處，次級繞組26的計算的電阻被存儲在存儲器34中。在步驟120處，次級繞組26的計算的電阻被用于確定次級繞組26的溫度。通過處理器42將次級繞組26的計算的電阻與存儲在存儲器34中的電阻/溫度關系表進行比較。電阻/溫度關系表可以基于諸如用在CT46的材料的設計特性或者基于在受控溫度下取得的一系列的次級繞組26的電阻測量結果。電阻/溫度關系表還可以被用作校準參數。在步驟125處，次級繞組26的確定的溫度被存儲在存儲器34中。在步驟130處，處理器42將次級繞組26的確定的溫度與先前確定以產生CT46電流感測誤差的閾值溫度或溫度范圍進行比較。閾值溫度可以通過實際測試或者通過CT46的特性(諸如用于制作CT46的材料)來確定。如果次級繞組26的確定的溫度超過先前確定的誤差閾值溫度，則處理器42將確定是否存在電流感測誤差并且必要時在步驟135處補償所檢測的誤差，然后返回到步驟100。如果所確定的次級溫度沒有超過先前在步驟130處確定的CT46誤差閾值溫度，則處理器42可以直接返回到步驟100。

一旦次級繞組26的溫度已被確定并且存儲在存儲器34中并且已經解決任何電流感測誤差，處理器42可以使用次級溫度用于其他診斷測試。在圖4中，使用溫度確定算法的步驟100-125，處理器42可以在步驟130處將所確定的次級溫度與由CT46感測的電流的預期的先前確定的次級溫度進行比較。如果所確定的次級溫度超過預期的次級溫度，則在步驟135處可以向監控裝置30報告可能的松動電連接。在圖5中，使用溫度確定算法的步驟100-125，處理器42可以在步驟130處將所確定的次級溫度與最近記錄的次級溫度進行比較，以確定是否存在循環模式。如果觀察到正被感測的電流的預期次級溫度的循環溫度模式和高于預期的次級溫度，則在步驟135處可以向監控裝置30報告初級電路中可能的斷路、失相或電弧。

雖然已經公開了本發明的具體示例實施方案，但是本領域的技術人員將認識到，可以對針對具體示例實施方案描述的細節做出改變，而沒有偏離本發明的精神和范圍。