一种电压电流一体式传感装置及卡套

技术领域

本申请涉及电压传感器技术领域，尤其涉及一种电压电流一体式传感装置及卡套。

背景技术

电力系统中，传感器是不可缺少的一种设备，例如，利用电压传感器检测被测线路的电压，又例如，利用电流传感器检测被测线路的电流。电压传感器或电流传感器的主要作用是将高电压或大电流按照比例变换成标准的低电压或标准小电流，提供给测量仪表和保护装置使用，且能实现检测设备线路与高压线路的隔离，保证人身及电气设备的安全。在实际应用过程中，电压传感器或电流传感器设置在检测设备的检测末端，用于连接被测线路，以检测被测线路的电压或者电流。

电流传感器一般采用铁芯线圈结构，然而铁芯线圈结构存在铁磁饱和问题，容易造成被测线路和检测设备线路的测量值呈非线性，从而导致电流传感器的采集信号失真，进而造成测量结果出现较大误差。

电压传感器的基本结构与变压器相似，包括一次侧和二次侧，即一次绕组和二次绕组，两个绕组都装在或绕在铁芯上，且两个绕组之间以及绕组与铁芯之间均绝缘，从而使两个绕组之间以及绕组与铁芯之间都有电的隔离。在运行时，电压传感器的一次绕组并联接在被测线路上，二次绕组并联接检测设备或继电器。然而，近年来电压等级要求越来越高，在电压测量时为保证一次绕组与二次绕组之间的绝缘，电压传感器的体积设计得越来越大，重量越来越重，导致电压传感器的安装和维护也就越来越困难，不利于大规模的推广和使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请基于非接触式电压测量理论，提供一种适用于10kV绝缘导线和电缆终端头的电压电流一体式传感装置及卡套，所述电压电流一体式传感装置及卡套具备安装、维护简单，体积较小，测量精度较高的特点。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种电压电流一体式传感装置，具体包括：壳体、电流传感器、电压传感器和传感线。

所述壳体包括外环和内环，所述外环与所述内环之间设置所述电流传感器，所述电流传感器为罗氏线圈电流传感器，所述电流传感器和所述内环之间设置所述电压传感器，所述电压传感器为贴片式电压传感器。

所述传感线为绝缘芯线，包括电流传感线和电压传感线，所述电流传感线一端连接所述电流传感器，另一端用于连接检测设备，所述电压传感线一端连接所述电压传感器，另一端用于连接检测设备。

进一步的，所述壳体由两个半圆环组成，分为上壳体和下壳体，所述上壳体包括外环的上半圆环以及内环的上半圆环，所述下壳体包括外环的下半圆环以及内环的下半圆环；所述外环的上半圆环与下半圆环一端铰接，另一端通过紧固装置连接。

进一步的，所述紧固装置为螺杆螺母组件，所述螺杆螺母组件中的螺杆为吊环活节螺丝。

进一步的，所述壳体为铝制材料一体成形。

进一步的，所述电压传感器置于所述下壳体上的内环和所述电流传感器之间。

进一步的，所述下壳体设置有用于供所述电流传感线和所述电压传感线穿过的第一连接孔。

进一步的，所述电压电流一体式传感装置还包括同轴电缆，所述同轴电缆包裹所述电流传感线和所述电压传感线。

进一步的，所述电压电流一体式传感装置的厚度为33mm，横向直径为94mm，纵向直径为84.5mm。

进一步的，所述电压电流一体式传感装置还包括卡套，所述卡套为橡胶材质一体成形，分为左半侧和右半侧，所述左半侧与所述右半侧卡式连接。

本申请第二方面还提供一种卡套，所述卡套用于套设在电压电流一体式传感装置上，包括顶侧和底侧，所述顶侧的直径小于所述底侧的直径，组成伞裙式结构。

所述顶侧设置有第二连接孔，所述第二连接孔的直径与所述电压电流一体式传感装置的壳体的内环的直径相同；所述底侧为敞开式结构。

所述卡套内侧设置有用于固定所述电压电流一体式传感装置的卡扣。

本申请提供一种电压电流一体式传感装置及卡套，具有安装、维护简单，体积较小，测量精度较高的特点，还无需考虑一二次侧之间的绝缘问题，且比传统的电流传感器具有较宽的测量量程，也不存在铁磁饱和问题。本申请适用于10kV绝缘导线和电缆终端头，可实现电压、电流一体化测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电压电流一体式传感装置的结构示意图；

图2为图1提供的电压电流一体式传感装置的仰视示意图；

图3为图1提供的电压电流一体式传感装置的俯视示意图；

图4为图1提供的电压电流一体式传感装置的侧视示意图；

图5为本申请实施例提供的卡套的安装示意图；

图6为本申请实施例提供的串联电容分压示意图。

图中：1-壳体，11-外环，12-内环，13-第一连接端，131-U型开口，14-第二连接端，15-第一连接孔，141-紧固装置，1411-吊环活节螺丝，1412-螺母，2-电流传感器，3-电压传感器，4-传感线，41-电流传感线，42-电压传感线，5-同轴电缆，6-卡套，61-顶侧，611-第二连接孔，62-底侧，100-绝缘导线。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行完整、清楚的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，为本申请实施例提供的电压电流一体式传感器的结构示意图。本申请实施例第一方面提供一种电压电流一体式传感装置，包括：壳体1、电流传感器2、电压传感器3、和传感线4。

所述壳体1包括外环11和内环12，所述外环11与所述内环12之间设置所述电流传感器2，所述电流传感器2为罗氏线圈电流传感器，所述电流传感器2和所述内环12之间设置所述电压传感器3，所述电压传感器3为贴片式电压传感器。在实际操作中，所述内环12根据不同被测线路的导线线径配置不同的软胶垫，以便于在安装时将电压电流一体式传感装置固定在被测线路上。

本申请实施例中的电流传感器2采用罗氏线圈电流传感器，是由于罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，通过将电信号转化为磁信号再转化为电信号，能很好解决因铁磁饱和问题导致的电流信号失真问题，且具有几安培到几千安培的测量量程。

所述传感线4为绝缘芯线，包括电流传感线41和电压传感线42，所述电流传感线41一端连接所述电流传感器2，另一端用于连接检测设备；所述电压传感线42一端连接所述电压传感器3，另一端用于连接检测设备。

进一步的，本申请实施例中，为了便于安装，壳体1由两个半圆环组成，分为上壳体和下壳体，两个半圆环组成壳体整体。所述上壳体包括外环11的上半圆环以及内环12的上半圆环，所述下壳体包括外环11的下半圆环以及内环12的下半圆环。所述外环11的上半圆环与下半圆环一端通过子母钉连接，另一端通过紧固装置141连接。

进一步的，所述外环11的上半圆环另一端设置有第一连接端13，所述第一连接端13上设有U型开口131；所述外环11的下半圆环另一端设置有第二连接端14，所述第二连接端14设置有所述紧固装置141，所述紧固装置141为螺杆螺母组件，所述螺杆螺母组件中的螺杆为吊环活节螺丝1411，所述吊环活节螺丝1411与所述第二连接端14通过子母钉连接，所述吊环活节螺丝1411的直径小于所述U型开口131的宽度，所述螺杆螺母组件中的螺母1412的最小外周宽度大于所述U型开口131的宽度。

进一步的，所述壳体1为铝制材料一体成形，采用铝制材料可以起到绝缘屏蔽作用。

进一步的，所述电压传感器3置于所述下壳体上的内环12和所述电流传感器2之间。

进一步的，所述下壳体设置有用于供所述电流传感线41和所述电压传感线42穿过的第一连接孔15，优选的，所述第一连接孔15位于所述电压传感器3的正下方。

进一步的，所述电压电流一体式传感装置还包括同轴电缆5，所述同轴电缆5包裹所述电流传感线41和所述电压传感线42，外加一根屏蔽线从所述第一连接孔15穿出，并连接检测设备，且所述同轴电缆5采用橡胶套进行固定。

进一步的，为更加直观、形象地理解本申请，本申请实施例还提供了图1的电压电流一体式传感装置的仰视示意图、俯视示意图和侧视示意图，具体参见图2、图3和图4。从图2可知，电压电流一体式传感装置的厚度为33mm，且在第一连接孔15左上侧还设置了一个小孔，该小孔用于排水排气；从图3可知，电压电流一体式传感装置的横向直径为94mm；从图4可知，电压电流一体式传感装置的纵向直径为84.5mm。由此可见，本申请实施例体积小巧、轻便，安装和维护都非常方便。

进一步的，所述电压电流一体式传感装置还包括卡套，参见图5，为本申请实施例提供的卡套的安装示意图，所述卡套6为绝缘橡胶材质一体成形，用于套设在电压电流一体式传感装置的壳体1上，可以防止雨水聚集影响电压传感器的精度。所述卡套6分为左半侧和右半侧，左半侧与右半侧卡式连接。

实际应用时，首先松开螺母1412，将吊环活节螺丝1411旋转出U型开口131，然后将电压电流一体式传感装置卡于绝缘导线或者10kV电缆接头处，并依据不同的导线直径对电压电流一体式传感装置的内环12采用橡胶进行填充使其固定；再将卡套6沿伞裙左半侧和右半侧接合处打开，套设在电压电流一体式传感装置的壳体1上，并通过卡扣将电压电流一体式传感装置固定；最后将同轴电缆沿导线固定，并连接检测设备，即可进行相应的监测工作或继电保护工作。

本申请实施例采用罗氏线圈传感器对线路负荷电流进行采集，由于罗氏线圈通频带为1Hz-1MHz，因此被测线路信号和输出信号具有较好的线性关系。同时本申请采用的罗氏线圈电流传感器适用于10kV线路，线路暂态电流的采集对于单相接地故障诊断具有重大意义，此罗氏线圈电流传感器具有较好的暂态采集性能，满足现代电力系统监测与继电保护的要求,以下为罗氏线圈工作原理：

被测线路输入电流信号i(t)，通过罗氏线圈测量回路输出为电压信号，则输出电压信号表达式为：

μ为真空磁导率，n为绕过罗氏线圈的匝数，S为截面积，di(t)/d(t)为初始信号电流随时间变化的微分。

被测信号经过积分放大回路后，采用R/C积分放大回路和滤波回路得到：

因此，可以看出罗氏线圈输出信号与初始输入信号具有较好的线性关系，而罗氏线圈的通频带上下跨度由1Hz到1MHz，因此该传感器可以很好的解决由于铁磁饱和的问题导致的测量信号失真问题，还可实现故障暂态测量和负荷电流的1mA到9000A的测量，满足现代电力精确测量和继保需求。

传统的电压传感器采用线电压测量方式，由于需解决高低压绝缘问题，传统的电压传感器占地面积越来越大，安装和维护越来越麻烦，随着近几年的非接触式电压传感器的成熟应用，非接触式电压传感器具有体积小，安装方便，且由于非接触式传感器不存在被测线路端和检测设备线路端的电压绝缘问题，因此本申请实施例中的电压传感器采用贴片式的非接触式电压传感器对线路电压进行测量。

本申请实施例中，非接触式电压传感器采用串联电容分压原理，具体测量原理如图6所示。从图6可以看出，本申请为双面电容结构，Ch1、Ch2为电容对高压绝缘导线电容，C2为串联电容，C3为测量回路电容，进运放电路，Cg1、Cg2为双面电容对地杂散电容，由以上测量回路可知，电容电压与导线电压之比为：

由于杂散电容Ch1、Ch2、Cg1、Cg2均为pf级单位，而C2为测量回路的固定电容，为uf级，因此可通过上述k对电容分压进行量化。

综上所述，本申请实施例中电压传感器采用非接触式电容分压原理，根据导线对地的分布电容以及导线对导线之间的杂散电容，构建电容分压原理，可大幅度减少杂散电容对线路电压的测量影响，电压测量误差约为0.5％，可实现绝缘导线和电缆终端头电压监测。

本申请实施例为有源传感，检测设备在为电压电流一体式传感装置提供电源的同时，还能对所采集的数据进行处理，并实现数据的传输；同时，检测设备经过接地导线接地，使整个电压电流一体式传感装置与大地保持相同电位。

本申请实施例第二方面还提供一种卡套6，如图5所示，所述卡套6用于套设在电压电流一体式传感装置的壳体1上，包括顶侧61和底侧62，所述顶侧61的直径小于所述底侧62的直径，组成伞裙式结构，所述顶侧61设置有第二连接孔611，所述第二连接孔611的直径与所述电压电流一体式传感装置的壳体的内环12的直径相同；所述底侧62为敞开式结构。

所述卡套6方向朝上，可以有效防止雨水聚集导致电压传感器的测量精度受到影响，且卡套6内侧设置有用于固定所述电压电流一体式传感装置的卡扣，以防止所述电压电流一体式传感装置溜滑。

由上述技术方案可知，本申请实施例提供一种电压电流一体式传感装置及卡套，所述电压电流一体式传感装置包括壳体1、电流传感器2、电压传感器3和传感线4；所述壳体1包括外环11和内环12，所述外环11与所述内环12之间设置所述电流传感器2，所述电流传感器2为罗氏线圈电流传感器，所述电流传感器2和所述内环12之间设置所述电压传感器3，所述电压传感器3为贴片式电压传感器；所述传感线4为绝缘芯线，包括电流传感线41和电压传感线42，所述电流传感线41一端连接所述电流传感器2，另一端用于连接检测设备，所述电压传感线42一端连接所述电压传感器3，另一端用于连接检测设备。

在实际应用中，本申请提供一种电压电流一体式传感装置及卡套，具有安装、维护简单，体积较小，测量精度较高的特点，还无需传感器一二次侧之间的绝缘问题，且比传统的电流传感器具有较宽的测量量程，也不存在铁磁饱和问题。本申请适用于10kV绝缘导线和电缆终端头，可实现电压、电流一体化测量。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。