用于测量交流电的方法和传感器技术

本发明专利技术涉及一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数的方法，其中，罗氏线圈与所述测量对象对准，至少一条隔离线被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使所述罗氏线圈的所述线圈绕组相互的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈绕组与至少一个另一电力线的电容性耦合最小化，并且测量所述交流电在包括所述罗氏线圈的至少一条测量线中所感生的电压。还披露了相应的传感器和用于提供这种类型的传感器的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于测量交流电的方法和传感器
本专利技术涉及一种用于使用罗氏线圈(Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule)测量输电线中的交流电的方法和传感器。
技术介绍
准确的电流测量在电气工程中具有核心重要性。因而，例如，控制回路中的电流测量通常直接决定了对应的整体系统的质量。使得能够以非常高的带宽进行测量的罗氏线圈可以用来测量在测量对象中流动的电流。罗氏电流传感器包括：由具有环形设计的环形导体回路组成的至少一个罗氏线圈、测量设备以及位于所述测量设备与所述至少一个罗氏线圈之间的相应馈线。所述馈线和所述罗氏线圈在下文被称为测量线。所述馈线和所述罗氏线圈的线段在各自情况下它们本身也被称为测量线。为了在电流有待测量的线路系统中布置竖直环绕导体的罗氏线圈，环形导体回路的环圈可以具有开口。环形导体回路在所述开口处结束的回流线通常被引导经过罗氏线圈的内部。罗氏线圈代表一种用于标识电力线路系统中的电流的简单且可靠的方法。有待测量的电流引起环绕导体的磁场，所述导体在围绕导体的罗氏线圈中感生电压。然后可以从这个电压计算导体中的电流。罗氏电流传感器在较宽频率范围的交流电中使用。随着有待测量的交流电的渐增频率，测量干扰越来越多地占主导。如上文所提及的，罗氏线圈由缠绕成环形线圈的测量线组成，所述线一般被作为螺旋形式的外向的导体来缠绕，并且在折返点之后作为环形线圈内的回流导体被引导回到环形线圈的起点。罗氏线圈(A.P.Chattock(1887)，伦敦物理学会报告(ProceedingsofthePhysicalSocietyofLondon)23至26页，关于磁性电位计(Onamagneticpotentiometer)；W.Rogowski和W.Steinhaus(1912)，磁性电压的测量：对磁场强度的线路积分的测量(DieMessungdermagnetischenSpannung:MessungdesLinienintegralsdermagnetischen)，电气工程档案(ArchivfürElektrotechnik)，1(4):141-150)使用有待定位成绕测量电流或绕载有所述测量电流的导体的环形线圈。虽然如此，所述线圈不一定需要环绕导体，见S.Hain、M.Bakran(2014)，借助电感性电流传感器进行高度动态的电流测量-数值方法(Highlydynamiccurrentmeasurementswithinductivecurrentsensors-anumericalrecipe)，PCIM欧洲，1617至1624。为了通过罗氏线圈测量与有待测量的电流的导数成比例的电压信号，应该非常均匀地缠绕罗氏线圈。罗氏线圈使得能够以从毫赫到兆赫范围的非常高的带宽对交流电进行测量。然而，当使用传统罗氏线圈进行电流测量时，在处于几兆赫频率的交流电的情况下，由于罗氏线圈的物理特征而产生限制。已经变得明显的是，具体在对应的罗氏线圈内以及在罗氏线圈与测量对象或大地之间所产生的电容对通过罗氏线圈测量的电流的测量准确度有影响。具体地，可以标识影响罗氏线圈的测量准确度的四类电容。因而，具体在高频率的交流电流动穿过罗氏线圈的情况下，罗氏线圈的任何两个(具体为相邻的)绕组之间产生电容。这种电容具有的效果越强，对应的绕组之间的电压差就变得越高，因为所述电容与对应的绕组之间的电压差之间的耦合产生效果。一旦由于交流电的短波长而在罗氏线圈的相邻绕组之间已经产生电压差，这种类型的电压差就随着流动穿过线圈的对应交流电的频率而增大。而且，罗氏线圈的对应绕组之间的电压差随着对应绕组之间的物理距离的减小而增大。然而，为了提高对应罗氏线圈的灵敏度，罗氏线圈的对应绕组之间的距离被频繁地减小或最小化，并且绕组的数量被提高或被选定为尽可能地大，从而使得，根据上文所陈述的解释，促使绕组之间产生电容。与罗氏线圈的对应绕组之间的电容类似，在对应的绕组与被引导在罗氏线圈内部的回流导体之间可以产生电容，并且可以被视为与任意两个绕组之间的电容实质上等效。而且，罗氏线圈的每个独立导体部分与对应的测量对象或大地之间产生电容。罗氏线圈的对应导体部分与测量对象之间的耦合的影响随着电压和在测量对象中流动的电流的频率而增大。如果罗氏线圈充当电气屏蔽，则在对应的罗氏线圈的每个独立导体部分与对应的屏蔽电势之间也产生耦合。另外，对应的罗氏线圈的所有电容与对应的电感一起形成可能使得测量带宽成数量级地减小的滤波器或谐振。电容两端的阻抗一般随着有待测量的交流电的渐增频率而降低，出于此原因，在电容上特别频繁地产生信号和干扰，尤其是在高频率。美国文献US20080106253A1披露了一种具有均环绕有待测量的导体的两个罗氏线圈的罗氏线圈布置。两个线圈的信号都相对彼此偏移，以便识别对应的测得信号内的干扰。美国文献US20100109643A1披露了具有布置在有待测量的导体附近的三个相连接的线圈元件的电流传感器。美国文献US20110089933A1中披露了具有电流传感器和电压传感器以及共用电磁屏蔽的组合测量设备。美国文献US20150028852A1披露了由两个共轴罗氏线圈组成的电流传感器。国际文献WO2014060106A1披露了电流和/或电压感测设备，其中，电流传感器和/或电压传感器被布置在环绕有待测量的导体的环形线圈本体内。
技术实现思路
在这个背景下，本专利技术的一个目的是提供用于快速且准确测量流经测量对象的电流的设施。本专利技术的目的是通过如下项1-21来实现的：1.一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数的方法，其中，罗氏线圈与所述测量对象对准，至少一条隔离线被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使所述罗氏线圈的所述线圈绕组彼此的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈绕组与至少一个另一电力线的电容性耦合最小化，并且测量所述交流电在包括所述罗氏线圈的至少一条测量线中感生的电压。2.根据上述1所述的方法，其中，所述至少一条隔离线被馈送以所述测量对象中的所述交流电。3.如上述1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线通过终端阻抗连接至所述罗氏线圈。4.如上述1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线上的至少一个点与包括所述罗氏线圈的所述至少一条测量线上的距所述至少一条隔离线上的所述至少一个点最接近的点之间的电势差被最小化，其结果是，所述罗氏线圈内的所述至少一条隔离线吸收至至少一个介电有源对象的场线，并由此使所述罗氏线圈与所述至少一个介电有源对象的电容性耦合最小化。5.如上述4所述的方法，其中，所述至少一条隔离线上的所述至少一个点的电势是通过来自以下电气调节元件列表的电气调节元件设定的：电位计、可调节电阻器或直流源。6.根据上述1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线与所述至少一条测量线以相同的阻抗终止。7.如上述6所述的方法，其中，放大器的至少一个终端电阻和/或至少一个输入电阻被选定为所述阻抗。8.如上述4所述的方法，其中，所述至少一条测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上距所述至少一条测量线上的所述至少一个点最近的至少一个点被短路。9.如上述4所述的方法，其中，在所述至少一条测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上的距所述至少一条测量线上的所述至少一个点最近的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数的方法，其中，罗氏线圈与所述测量对象对准，至少一条隔离线被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使所述罗氏线圈的所述线圈绕组彼此的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈绕组与至少一个另一电力线的电容性耦合最小化，并且测量所述交流电在包括所述罗氏线圈的至少一条测量线中感生的电压。

【技术特征摘要】
2016.12.13 DE 102016124165.21.一种用于测量流经测量对象的交流电的时间导数的方法，其中，罗氏线圈与所述测量对象对准，至少一条隔离线被插入所述罗氏线圈的线圈绕组中，所述隔离线使所述罗氏线圈的所述线圈绕组彼此的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈绕组与至少一个另一电力线的电容性耦合最小化，并且测量所述交流电在包括所述罗氏线圈的至少一条测量线中感生的电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一条隔离线被馈送以所述测量对象中的所述交流电。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线通过终端阻抗连接至所述罗氏线圈。4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线上的至少一个点与包括所述罗氏线圈的所述至少一条测量线上的距所述至少一条隔离线上的所述至少一个点最接近的点之间的电势差被最小化，其结果是，所述罗氏线圈内的所述至少一条隔离线吸收至至少一个介电有源对象的场线，并由此使所述罗氏线圈与所述至少一个介电有源对象的电容性耦合最小化。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述至少一条隔离线上的所述至少一个点的电势是通过来自以下电气调节元件列表的电气调节元件设定的：电位计、可调节电阻器或直流源。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一条隔离线与所述至少一条测量线以相同的阻抗终止。7.如权利要求6所述的方法，其中，放大器的至少一个终端电阻和/或至少一个输入电阻被选定为所述阻抗。8.如权利要求4所述的方法，其中，所述至少一条测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上距所述至少一条测量线上的所述至少一个点最近的至少一个点被短路。9.如权利要求4所述的方法，其中，在所述至少一条测量线上的至少一个点与所述至少一条隔离线上的距所述至少一条测量线上的所述至少一个点最近的至少一个点之间连接有电压源，通过所述电压源，根据所述至少一条测量线上存在的电压设定所述至少一条隔离线上存在的电压。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述电压源连接在所述至少一条隔离线和/或所述至少一条测量线的一端。11.如权利要求1或2所述的方法，其中，将两条隔离线插入所述罗氏线圈中，其方式为使得所述罗氏线圈的对应绕组在第一侧被第一隔离线并且在第二侧被第二隔离线与所述罗氏线圈的相邻绕组至所述对应绕组内的电容性干扰辐射隔离开。12.如权利要求11所述的方法，其中，在所述两条隔离线中的每一条隔离线上设定与所述至少一条测量线上存在的电势相对应的电势。13.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·格茨，H·迪波斯，R·班茨哈夫，
申请(专利权)人：保时捷股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE