本發(fā)明涉及電氣裝置的控制領(lǐng)域，并且更具體地涉及利用環(huán)路歐姆計(jì)測(cè)量接地電阻。

背景技術(shù)：

1、環(huán)路歐姆計(jì)是用于檢查電氣裝置或建筑物的接地連接是否合格的儀器，如圖1所示。它們特別適合于當(dāng)電氣裝置具有形成若干連續(xù)接地環(huán)路的多個(gè)并聯(lián)接地的情況，因?yàn)闇y(cè)量不需要將輔助樁插入地面或打開(kāi)接地連接(例如接地帶)來(lái)隔離電氣裝置。

2、常規(guī)地，環(huán)路歐姆計(jì)涉及使用兩個(gè)彼此磁隔離并且包圍接地連接導(dǎo)體的變壓器，一個(gè)通過(guò)感應(yīng)注入電壓，并且另一個(gè)測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的電流。然后根據(jù)該電壓與測(cè)量電流之間的比率推導(dǎo)出接地連接的阻抗。

3、然而，如圖2所示，從以申請(qǐng)人的名義提交的專利ep1?566?644?b1中可知，單環(huán)歐姆計(jì)使得可以僅使用由具有初級(jí)繞組np的環(huán)面以及由待測(cè)量環(huán)路阻抗zx的接地連接導(dǎo)體形成的單線圈次級(jí)繞組ns組成的單個(gè)變壓器來(lái)省去電流互感器以及兩個(gè)變壓器之間的磁隔離，初級(jí)繞組np同時(shí)用于注入電壓和測(cè)量接地環(huán)路中循環(huán)的電流。跨變壓器的初級(jí)施加設(shè)定點(diǎn)電壓vp在該初級(jí)中循環(huán)測(cè)量電流ip，該循環(huán)測(cè)量電流ip在形成次級(jí)的封閉導(dǎo)體中感應(yīng)出次級(jí)電壓vs，產(chǎn)生在環(huán)路中循環(huán)的次級(jí)電流is＝vs/zx，m為次級(jí)繞組ns與初級(jí)繞組np的匝數(shù)之比，即，m＝ns/np。

4、假設(shè)跨初級(jí)vp施加的電壓是已知量，如果變壓器是完美變壓器，則測(cè)量初級(jí)電流ip就足以了解阻抗zx。但實(shí)際上，變壓器并不完美，并且具有磁通損耗、鐵損和銅損、以及有限的磁路磁導(dǎo)率。

5、另外，圖3示出了實(shí)際變壓器返回初級(jí)的等效電路圖，其中，rf表示相當(dāng)于變壓器的鐵損的電阻，lμ表示變壓器的磁化電感，即，磁路的非無(wú)窮磁導(dǎo)率的映像，if和iμ表示變壓器的磁化電流的分量，rp表示初級(jí)繞組的電阻，即，銅損的映像，lp表示初級(jí)的漏感，即，磁通損耗的映像，rs表示次級(jí)繞組的電阻，ls表示次級(jí)的漏感，并且ep表示產(chǎn)生變壓器的磁通量的實(shí)際電壓。

6、假設(shè)繞組ns由待測(cè)量阻抗zx的環(huán)路構(gòu)成，該等效圖可以簡(jiǎn)化，則ns＝1，并且ls變得可以忽略不計(jì)并且可以視為等于0，就像rs一樣，并且與zxnp2相比，rp的值可以忽略不計(jì)，因此rp≈0。

7、因此，等效圖被簡(jiǎn)化為圖4所示的簡(jiǎn)化形式，允許寫為：ip/vp＝1/z＝1/rf+1/jlμω+1/zxnp2

8、其中，ω＝2πf，f是設(shè)定點(diǎn)電壓vp的頻率。

9、因此，上述環(huán)路阻抗測(cè)量方法需要永久了解rf和lμ的值以確定zx。這兩個(gè)值是在待測(cè)量阻抗zx的環(huán)路周圍安裝變壓器的環(huán)面之前在空載(開(kāi)環(huán))下獲得的。

10、然而，這些值會(huì)隨著環(huán)面中的感應(yīng)水平的變化而變化，環(huán)面中的感應(yīng)水平取決于測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的ac和dc雜散電流是否存在，因此必須補(bǔ)償該感應(yīng)水平，使得這些值在測(cè)量階段保持可利用，并且保證在所需測(cè)量范圍內(nèi)達(dá)到所需的測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是減少由于測(cè)量環(huán)路中存在雜散dc直流電流而引起的環(huán)面中的感應(yīng)的影響(并且主要是對(duì)鐵損的影響，鐵損的rf是電模型)。

2、該目的通過(guò)一種用于測(cè)量單環(huán)歐姆計(jì)中的環(huán)路阻抗zx的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該單環(huán)歐姆計(jì)包括單個(gè)變壓器，該單個(gè)變壓器具有np匝線圈的初級(jí)繞組和形成阻抗為zx的測(cè)量環(huán)路的單線圈的次級(jí)繞組，其特征在于，在不消除產(chǎn)生用于測(cè)量環(huán)路阻抗zx的恒定平均值的交變感應(yīng)的測(cè)量電流ip的情況下，補(bǔ)償在測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的dc漏電流，該測(cè)量電流ip被添加到與由dc漏電流產(chǎn)生的雜散感應(yīng)相反且成比例的恒定電流上，以重新注入到初級(jí)繞組中。

3、該雜散感應(yīng)可以通過(guò)不同的方法來(lái)測(cè)量，諸如霍爾(hall)效應(yīng)或磁通門傳感器或羅戈夫斯基(rogowski)環(huán)，但是根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施例，雜散感應(yīng)的測(cè)量值是從跨單個(gè)變壓器的na匝線圈的第二次級(jí)繞組傳遞的輸出電壓ub導(dǎo)出的，并且首先進(jìn)行積分，然后連續(xù)地與所確定的閾值進(jìn)行比較并且進(jìn)行低通濾波。

4、因此，通過(guò)任何方式并且優(yōu)選地通過(guò)第二次級(jí)繞組來(lái)測(cè)量其幅度與由dc泄漏電流產(chǎn)生的感應(yīng)的直接分量相關(guān)的量，以及通過(guò)將dc電流注入到初級(jí)中來(lái)補(bǔ)償相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)，減少了在測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的dc漏電流對(duì)鐵損的影響。

5、有利地，比較包括確定輸出電壓ub為正的持續(xù)時(shí)間和輸出電壓ub為負(fù)的持續(xù)時(shí)間。

6、本發(fā)明還涉及一種實(shí)施上述方法的單環(huán)歐姆計(jì)。

7、根據(jù)設(shè)想的實(shí)施例，用于處理第二次級(jí)繞組的輸出電壓的模塊可以包括積分器、其后的具有所確定的閾值的比較器、以及其后的低通濾波器，電壓-電流轉(zhuǎn)換器以及所選擇的分流電阻的值被選擇為使得由初級(jí)繞組向單個(gè)變壓器的磁芯提供的安匝數(shù)等于由單線圈次級(jí)繞組向該磁芯提供的安匝數(shù)，或者用于處理第二次級(jí)繞組的輸出電壓的模塊可以包括積分器、其后的具有所確定的閾值的比較器、以及其后的低通濾波器，該低通濾波器的輸出電壓在數(shù)字校正模塊中被校正。

8、有利地，數(shù)字校正模塊包括微控制器、其前的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及其后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

9、優(yōu)選地，比較器被配置為確定輸出電壓ub為正的持續(xù)時(shí)間和輸出電壓ub為負(fù)的持續(xù)時(shí)間。

10、有利地，初級(jí)繞組的線圈數(shù)np與第二次級(jí)繞組的線圈數(shù)na之間的比率等于1。

11、優(yōu)選地，變壓器被制成永久地留在接地連接導(dǎo)體上的非開(kāi)口磁傳感器的形式，并且環(huán)路阻抗zx經(jīng)由至少一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)周期性地發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

技術(shù)特征：

1.一種用于測(cè)量單環(huán)歐姆計(jì)中的環(huán)路阻抗zx的方法，所述單環(huán)歐姆計(jì)包括單個(gè)變壓器，所述單個(gè)變壓器具有np匝線圈(14)的初級(jí)繞組和形成阻抗為zx的測(cè)量環(huán)路的單線圈(16)的次級(jí)繞組，其特征在于，在不消除產(chǎn)生用于測(cè)量所述環(huán)路阻抗zx的恒定平均值的交變感應(yīng)的測(cè)量電流ip的情況下，補(bǔ)償由在所述測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的dc漏電流產(chǎn)生的雜散感應(yīng)，所述測(cè)量電流ip被添加到與由所述dc漏電流產(chǎn)生的所述雜散感應(yīng)相反且成比例的恒定電流上，以重新注入到所述初級(jí)繞組中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量環(huán)路阻抗zx的方法，其中，所述雜散感應(yīng)的測(cè)量是從跨所述單個(gè)變壓器的na匝線圈的第二次級(jí)繞組傳遞的輸出電壓ub導(dǎo)出的，并且首先進(jìn)行積分，然后連續(xù)地與所確定的閾值進(jìn)行比較并且進(jìn)行低通濾波。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于測(cè)量環(huán)路阻抗zx的方法，其中，所述比較包括確定所述輸出電壓ub為正的持續(xù)時(shí)間和所述輸出電壓ub為負(fù)的持續(xù)時(shí)間。

4.一種用于測(cè)量環(huán)路阻抗zx的單環(huán)歐姆計(jì)，包括單個(gè)變壓器，所述單個(gè)變壓器具有np匝線圈(14)的初級(jí)繞組和形成阻抗為zx的測(cè)量環(huán)路的單個(gè)線圈(16)的次級(jí)繞組，其特征在于，在不消除產(chǎn)生用于測(cè)量所述環(huán)路阻抗zx的恒定平均值的交變感應(yīng)的測(cè)量電流ip的情況下，補(bǔ)償由在所述測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的dc漏電流產(chǎn)生的雜散感應(yīng)，所述變壓器包括na匝線圈(18)的第二次級(jí)繞組，所述第二次級(jí)繞組的輸出電壓ub被傳送到處理模塊(30-40)，所述處理模塊(30-40)提供用于在加法器(22)中被添加到交變測(cè)量電壓vp上的電壓，所述加法器(22)傳送要經(jīng)過(guò)電壓-電流轉(zhuǎn)換器(20)之后注入到所述初級(jí)繞組(14)中的電流，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器(20)經(jīng)由分流電阻(19)向所述初級(jí)繞組提供電流。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單環(huán)歐姆計(jì)，其中，用于處理所述第二次級(jí)繞組(18)的輸出電壓的模塊包括積分器(40)、其后的具有所確定的閾值的比較器(38)、以及其后的低通濾波器(36)，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器(20)以及所述分流電阻(19)的值被選擇為使得由所述初級(jí)繞組(14)向所述單個(gè)變壓器的磁芯(12)提供的安匝數(shù)等于由所述單線圈次級(jí)繞組(16)向所述磁芯提供的安匝數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單環(huán)歐姆計(jì)，其中，用于處理所述第二次級(jí)繞組(18)的輸出電壓的模塊包括積分器(40)、其后的具有所確定的閾值的比較器(38)、以及其后的低通濾波器(36)，所述低通濾波器(36)的輸出電壓在數(shù)字校正模塊(30、32、34)中被校正。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單環(huán)歐姆計(jì)，其中，所述數(shù)字校正模塊包括微控制器(32)、其前的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc?34)、以及其后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac?30)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的單環(huán)歐姆計(jì)，其中，所述比較器被配置為確定所述輸出電壓ub為正的持續(xù)時(shí)間和所述輸出電壓ub為負(fù)的持續(xù)時(shí)間。

9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的單環(huán)歐姆計(jì)，其中，所述初級(jí)繞組(14)的線圈數(shù)np和所述第二次級(jí)繞組(18)的線圈數(shù)na之間的比率等于1。

10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項(xiàng)所述的單環(huán)歐姆計(jì)，其中，所述變壓器被制成永久地留在接地連接導(dǎo)體上的非開(kāi)口磁傳感器的形式，并且所述環(huán)路阻抗zx經(jīng)由至少一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)(52)周期性地發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器(54)。

技術(shù)總結(jié)
一種用于測(cè)量環(huán)路阻抗Zx的單環(huán)歐姆計(jì)，包括單個(gè)變壓器，該單個(gè)變壓器具有Np匝線圈(14)的初級(jí)繞組和形成阻抗為Zx的測(cè)量環(huán)路的單個(gè)線圈(16)的次級(jí)繞組，其中，在不消除產(chǎn)生用于測(cè)量環(huán)路阻抗Zx的恒定平均值的交變感應(yīng)的測(cè)量電流Ip的情況下，補(bǔ)償由在測(cè)量環(huán)路中循環(huán)的DC漏電流產(chǎn)生的雜散感應(yīng)，變壓器包括Na匝線圈(18)的第二次級(jí)繞組，該第二次級(jí)繞組的輸出電壓Ub被傳送到處理模塊(30?40)，該處理模塊(30?40)提供用于在加法器(22)中被添加到交變測(cè)量電壓Vp上的電壓，該加法器(22)傳送要經(jīng)過(guò)電壓?電流轉(zhuǎn)換器(20)之后注入到初級(jí)繞組(14)中的電流，該電壓?電流轉(zhuǎn)換器(20)經(jīng)由分流電阻(19)向初級(jí)繞組提供電流。

技術(shù)研發(fā)人員：杰羅姆·亞當(dāng),菲利普·勒格羅斯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沙文阿諾公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10