一种磁声电电流测量方法，基于被测载流导线周围的磁场分布和超声探头发射超声波声场激励的相互耦合作用产生电场的原理，通过测量该电场的电位差，求解被测载流导线周围磁场分布，进而计算出被测的载流导线的电流参数。应用所述测量方法的装置中，绝缘套筒（4）同轴套在被测载流导线（5）上；金属薄片（3）镶嵌在圆柱形的绝缘套筒（4）的表面；所述的超声探头（1）的轴线方向与金属薄片（3）的中心（O）垂直；一对测量电极（a、b）分别贴放在金属薄片（3）的两个对边。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种电流测量方法及装置。
技术介绍
在现代科学技术和生产カ的推动下，測量已经成为ー门十分重要的学科，测量的对象日趋丰富，涵盖了绝大多数的物理量，其中电流测量在现代エ业中十分普遍同时非常重要。目前常见的检测手段有分流器、鉄心交流电流互感器、鉄心直流电流互感器、空心线圈、磁通门电流传感器、光学电流传感器、霍尔电流传感器等。分流器在低频小幅值电流測量中，表现出极高的精度和较快的响应速度。但无论采用多么巧妙的设计方法，分流器始終存在频率特性和发热问题，不能存本质上得到改善；交流电流互感器在エ业现场交流电流的检测中十分普及，精度较高，但难以摆脱测量电流过大激磁电流使铁芯工作在饱和区，适合于电网工作频率附近频段电流測量，被测电流中 存在暂态直流分量铁芯进入饱和区等缺陷；直流互感器是检测直流大电流的一种有效手段，其缺点主要为体积较大、价格较高；空心线圈在交流电流的測量中不存在磁饱和现象，拥有体积小、价格低的特点，在电カ系统暂态电流测量和エ业脉冲大电流測量中有比较普遍的应用，但精度低、不适合用于小电流測量；磁通门能够准确的检测磁场，但仅适用于近似于直流的稳恒微弱电流测量；光学电流传感器抗电磁干扰能力强、不存在暂态磁饱和现象，有较宽的动态测量范围和频率响应范围，但测量精度有限、稳定性差；霍尔电流传感器是ー种典型的有源型电流检测方法，是针对低频率或直流电流测量的简单而有效的检测方法，为数百安培以内电流检测的首选产品，但霍尔电流传感器需要保证甚至提高稳定性和精度的基础上减小其体积、重量和价格。总体而言，对于直流測量，分流器和霍尔电流传感器原理最为简单，霍尔电流传感器与分流器相比，其优点是可以有效的实现测量信号与被测信号之间的电气绝缘，事实也证明霍尔电流传感器是エ业领域检测直流电流常用的手段。电流互感器是电カ系统的重要设备，在电カ系统的计量、监控以及保护中起着很重要的作用。长期以来，电カ系统一直采用的是电磁式电流互感器，他的优点是原理简单、可靠性高、输出容量大，性能稳定。电流和磁场有着非常密切的联系，通过测量磁场来获知电流的大小有效而可行，所以与磁效应有关的物理方法都可以作为磁场和电流测量的方案。在上述的电流传感器中，霍尔电流传感器采用的是霍尔元件的磁阻效应，空心线圈和电流互感器利用的是电磁感应效应，基于法拉第效应的电流传感器利用了磁光效应，这些都是比较常见且技术相对成熟的磁场或电流检测方法。无论是霍尔电流传感器、空心线圈还是电流互感器，都是利用磁场作为中间量来计算所测电流，这与本专利的思路有相似之处，但传统方法由于采用磁阻效应、电磁感应等原理，存在采用磁芯或者存在气隙的特点，带来了一系列的不足。如随着电力系统输电网络电压等级的不断提高，电磁式电流互感器也暴露出了其固有的缺点体积越来越庞大，设备越来越笨重，绝缘造价原来越高，而且存在爆炸和绝缘击穿的危险；更严重的是由于其无法解决磁饱和的问题，已经很难正确反映线路的故障电流；而测量装置磁芯气隙的存在也使得測量精度难以提高。
技术实现思路
为了克服上述现有方法的不足，本专利技术提出一种磁声电电流測量方法及装置。本专利技术可解决传统方法的磁饱和问题，更好地实现测量信号与被测信号之间的电气绝缘，为直流导线电流的測量提供新的思路。本专利技术磁声电电流測量方法基于被测载流导线周围的磁场分布和超声探头发射超声波声场激励的相互耦合作用产生电场的原理，通过测量该电场的电位差，求解出被测载流导线周围磁场分布，进而计算出被测的载流导线的电流參数。被测的载流导线悬空放置，载流导线周围产生以载流导线为轴的一系列同心圆的磁场，且离载流导线越远磁场越 弱，磁场方向为圆的切线方向。本专利技术引入金属薄片，所述的金属薄片水平放置在载流导线周围，金属薄片的水平平面方向与载流导线的电流在金属薄片放置处产生的磁场方向一致。本专利技术将超声探头垂直于金属薄片放置，超声探头发射的超声波垂直入射至金属薄片，使金属薄片在超声波焦斑区域内的质点随超声波的传播而产生振动，同时在载流导线产生的磁场共同作用下，受到洛仑兹力作用，进而在金属薄片内产生局部电场。通过贴放在金属薄片上的测量电极可测得相应的电位差，通过电位差、质点振速和金属薄片电导率，可求出载流导线周围的磁感应強度。根据导线周围磁场与载流导线电流的关系，从而测得载流导线中流过的电流。本专利技术可克服传统方法的磁饱和问题，以及由于气隙所帯来的精度低的问题。本专利技术可有效的实现测量信号与被测信号之间的电气绝缘。本专利技术方法求解被测载流导线周围空间电磁场的原理如下在与金属片平行的方向存在电磁场，超声探头垂直于金属薄片放置，ー对测量电极贴放在金属片的两个对边，測量电极与金属薄片宽度相同，两个测量电极中心点的连线与电磁场方向垂直。假设被测载流导线周围产生的电磁场方向为X方向，超声探头发射超声波的方向为Z方向,两个测量电极的垂直连线方向为y方向。垂直于金属薄片的超声探头发射的超声波垂直入射至金属薄片上，在金属薄片上的超声波焦斑覆盖区域Ω内的质点产生z方向的振动，振速为V，由于X方向电磁场的存在，使得运动的质点受洛伦兹力作用，于是在金属薄片内产生局部电场，通过贴放在金属薄片上的測量电极a、b可以测得相应的电位差わ如果已知电位差ぞab、振速V、和金属片的电导率O，便可以求出被测导线周围金属片放置处电磁场的磁感应强度B :具体为(I)当超声探头发射的超声波和被测载流导线周围电磁场不存在时，金属薄片材料的电导率为σ，假设通过电极a、b注入IA直流电流作为激励给定，便可以计算出焦斑区域Ω内的电流密度分布Jab，当焦斑很小时，可认为Jab为常值，取电流密度y方向平均分量Jyab=l/A, A为金属薄片Xz面的截面积；(2)当超声波和电磁场共同作用在金属薄片上吋，由瑞利-卡尔松(Reyleigh-Carson)互易定理可以得到，pab=Jfi/ab*(vx5)iffi，其中，pab为测量电极a、b测得的金属薄片内的局部电场的电位差，Jab为电流密度，V为质点振速，B为磁感应强度，Ω为超声波焦斑覆盖区域；(3)考虑到各矢量间的方向性，电流密度分布Jab取y方向的平均分量Jyab，上述表达式可以等效为Pab= みabv5S，其中S为焦斑区域Ω的面积，于是被测导线周围金属片放置处电磁场的磁感应强度S=Pab/(み(4)假设金属薄片中心点为O点，空气的磁导率为μ，那么距离被测载流导线中心轴线垂直距离为R处的O点的磁感应强度B= μ 1/2 31 R，其中I为载流导线中通过的电流，R为O点距载流导线中心轴线的垂直距离，便可以计算出被测的载流导线中的电流I，I=2nR(p “{μ!}，由 vS)。应用本专利技术磁声电电流測量方法的装置包括超声探头、金属薄片、测量电极和绝缘套筒。所述的绝缘套筒为空心的圆柱体，所述的金属片镶嵌在圆柱形绝缘套筒的表面。测量时被测载流导线为悬空放置，绝缘套筒与被测的载流导线同轴布置，绝缘套筒套装在所述的载流导线上。超声探头垂直于金属薄片的中心位置，超声探头发射的超声波垂直于金 属薄片。被测的载流导线周围产生以载流导线为轴的一系列同心圆的磁场，且离载流导线越远磁场越弱，磁场方向为圆的切线方向。金属薄片中心点为O, O点电磁场方向为以载流导线为轴，过O点的圆环上O点的切线方向。金属薄片平面上每一点本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁声电电流测量方法，其特征在于，所述的测量方法基于被测载流导线周围的磁场分布和超声探头声场激励相互耦合作用产生电场的原理，通过测量该电场的电位差，求解被测载流导线周围磁场分布，进而计算出被测的载流导线的电流参数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李艳红，刘国强，孙凯，夏慧，刘宇，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。