用于确定流过母线的电流的装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于确定流过母线的电流的大小的装置以及这种方法。


背景技术：

2.为了确定流过母线的电流的大小，迄今为止可以想到使用传统的高精度的电流互感器、由特殊合金制成的电流测量分流器或者所谓的零通量测量点。此外，也可以使用借助特殊的光波导体来测量电流的纯光学方法。这些解决方案相对复杂并且昂贵。当要在要测量的电流的宽的频率范围内执行测量时和/或当要在高压电势上执行测量时，这特别是适用的。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，给出一种装置和一种方法，利用所述装置和所述方法，能够以小的开销确定流过母线的电流的大小。
4.根据本发明，上述技术问题通过根据独立权利要求的装置和方法来解决。所述装置和所述方法的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
5.公开了一种用于确定流过母线的电流的大小的装置，其具有：
[0006]-测量导体，测量导体在第一接触点处与母线电连接，并且从第一接触点延伸至第二接触点，
[0007]-第三接触点，第三接触点以与第一接触点间隔开的方式布置在母线上，
[0008]-电压测量设备，电压测量设备被配置为用于测量在第二接触点和第三接触点之间出现的电压，以及
[0009]-受控电流源，受控电流源被配置为用于将测量电流引入到测量导体中。
[0010]
在所述装置中特别有利的是，母线的一部分(即母线在第一接触点和第三接触点之间的部分)一起用于确定电流的大小。母线在第一接触点和第三接触点之间的部分形成电流测量分流器(电流测量电阻)。因此，有利地不需要附加的构件来作为电流测量分流器。由此也有利地避免产生附加的功率损耗。也就是说，母线在第一接触点和第三接触点之间的部分具有双重功能：其用作电流导体，并且其同时用作电流测量分流器。除了(本来就存在的)母线之外，仅还需要测量导体以及一些电子设备(电压测量设备、受控电流源)。由此，能够以小的开销，特别是即使在高的频率下，也能够可靠地确定电流。
[0011]
所述装置可以被设计为，调节测量电流的大小，使得在第二接触点和第三接触点之间出现的电压取预先选择的值、特别是零值，并且
[0012]-所述装置具有评估设备，评估设备根据测量电流的大小、针对电流线路的测量导体的有效横截面积和针对电流线路的母线的有效横截面积，来确定流过母线的电流的大小。当在第二接触点和第三接触点之间出现的电压取预先选择的值、特别是零值时，可以特别简单地根据测量电流的大小，根据针对电流线路的测量导体的有效横截面积，并且根据针对电流线路的母线的有效横截面积，来确定流过母线的电流的大小。针对电流线路的测
量导体的有效横截面积和针对电流线路的母线的有效横截面积是已知的，并且特别是可以视为是恒定的。
[0013]
所述装置可以被设计为，评估设备根据如下关系式来确定流过母线的电流的大小
[0014]is
＝k i
l as/a
l
，
[0015]
其中，is是流过母线的电流，k是比例常数，i
l
是测量电流，as是针对电流线路的母线的有效横截面积，并且a
l
是针对电流线路的测量导体的有效横截面积。
[0016]
在评估设备中确定电流的大小是比较简单的，因为除了(已知的)流过测量导体的电流i
l
之外，仅还需要针对电流线路的母线的有效横截面积as与针对电流线路的测量导体的有效横截面积a
l
的比。可以借助比例常数k来考虑所述装置的结构性构造的特性，例如第一接触点与第三接触点之间的母线中的电流路径的长度、第一接触点与第二接触点之间的测量导体中的电流路径的长度、母线的材料和/或测量导体的材料。在所述装置的特定特性的情况下(例如当电流路径的长度一样长，并且母线的材料对应于测量导体的材料时)，比例常数k也可以取值1。
[0017]
所述装置可以被设计为，测量导体和母线由相同的材料制成。在此，测量导体的电阻率有利地等于母线的电阻率。因此，可以借助评估设备特别简单地确定流过母线的电流的大小。
[0018]
所述装置可以被设计为，测量导体布置在母线的表面上。在此，有利的是，测量导体具有与母线基本上相同的温度。由此，不需要进行附加的温度测量，并且可以在评估设备中省去相对复杂的温度补偿。
[0019]
所述装置可以被设计为，测量导体基本上沿流过母线的电流的流动方向布置在母线的表面上。在此，特别有利的是，测量导体具有母线的相关温度(其特别是受由电流流动引起的母线的发热影响)。
[0020]
所述装置可以被设计为，母线是管状的母线。这种母线特别是可以有利地在高压范围内使用。
[0021]
所述装置还可以被设计为，测量导体布置在管状的母线的内表面上。在该实施方式中，测量导体以受保护的方式位于管状的母线的内表面上。
[0022]
所述装置也可以被设计为，测量导体、电压测量设备、受控电流源和/或评估设备布置在管状的母线的内部空间中。在此，测量导体、电压测量设备、受控电流源和/或评估设备以受保护的方式布置在管状的母线的内部空间中。因此，它们特别是也以不受天气影响的方式布置，并且仅暴露在非常小的电磁负荷中。即，管状母线的内部空间实际上没有电磁场(管内部的无场性(feldfreiheit))。
[0023]
所述装置也可以被设计为，测量导体粘接在母线的表面上。由此，测量导体能够以简单的方式绝缘地安装在母线的表面上。此外，通过粘合可以确保测量导体快速地具有母线的温度。
[0024]
所述装置还可以具有能量传输通道，用于向电压测量设备、受控电流源和/或评估设备供应能量。
[0025]
能量传输通道例如可以被设计为第一光波导体或者第一电导体。也就是说，能量传输通道连接布置在母线外部的能量供应设备与电压测量设备、受控电流源和/或评估设备。特别是可以经由该能量传输通道将电能传输到管状母线的内部空间中。
[0026]
所述装置还可以具有通信通道，用于传输所确定的流过母线的电流的大小(即所确定的值)。
[0027]
通信通道例如可以被设计为第二光波导体或者第二电导体。能量传输通道和通信通道也可以被设计为共同的光波导体或者共同的电导体。也就是说，可以经由通信通道将与所确定的流过母线的电流的大小相关的数据从母线传输走(用于数据传输的通信通道)。通信通道特别是使得能够将数据从管状母线的内部空间传输到(母线外部的)数据处理设备。
[0028]
所述装置还可以被设计为，第一接触点和第三接触点之间的母线中的电流路径的长度，基本上对应于第一接触点和第二接触点之间的测量导体中的电流路径的长度。在这种情况下，可以特别简单地确定流过母线的电流，因为两个电流路径的长度相同。
[0029]
此外，公开了一种用于确定流过母线的电流的大小的方法，所述方法利用：
[0030]-测量导体，测量导体在第一接触点处与母线电连接，并且测量导体从第一接触点延伸到第二接触点，
[0031]-第三接触点，第三接触点以与第一接触点间隔开的方式布置在母线上，其中，在所述方法中
[0032]-测量在第二接触点和第三接触点之间出现的电压，
[0033]-将测量电流引入到测量导体中，
[0034]-调节测量电流的大小，使得在第二接触点与第三接触点之间出现的电压取预先选择的值、特别是零值，并且
[0035]-根据测量电流的大小、针对电流线路的测量导体的有效横截面积和针对电流线路的母线的有效横截面积，来确定流过母线的电流的大小。
[0036]
所述方法可以如下进行，即，根据如下关系式来确定流过母线的电流的大小：
[0037]is
＝k i
l as/a
l
，
[0038]
其中，is是流过母线的电流，k是比例常数，i
l
是测量电流，as是针对电流线路的母线的有效横截面积，并且a
l
是针对电流线路的测量导体的有效横截面积。
[0039]
所述方法可以如下进行，即，测量导体和母线由相同的材料制成。
[0040]
所述方法也可以具有上面结合装置提到的其余特征中的一个、多个或者全部。所述方法和所述装置具有相同类型的优点、特别是上面结合装置给出的优点。
附图说明
[0041]
下面借助实施例详细说明本发明。为此，
[0042]
图1示出了用于确定流过管状的母线的电流的大小的装置的实施例以及在此进行的方法。
具体实施方式
[0043]
在附图中以部分剖视图示出了用于确定流过母线3的电流is的大小的装置1的实施例。在该实施例中，母线3是管状的母线，仅示出了其两个对置的壁区域的截面。母线3特别是可以是空心圆柱形的母线。母线3具有第一接触点a和第三接触点c。电流is从第一接触点a向第三接触点c的方向流过母线。由于母线的欧姆电阻，通过流动的电流is在第一接触
点a和第三接触点c之间形成电势差(电压)。
[0044]
也就是说，第一接触点a和第三接触点c之间的母线的部段在所述装置中用作用于测量流过母线3的电流的测量分流器(电流测量分流器)。也就是说，有利地不需要附加的测量分流器。
[0045]
测量导体5在第一接触点a处与母线3电连接。除了第一接触点a处的电连接之外，测量导体5与母线3电绝缘。这在附图中通过测量导体5与母线3之间的距离示意性地示出。也就是说，测量导体5以在第一接触点a处与母线3电连接并且在其它位置与母线3电绝缘的方式布置。换言之，测量导体5以相对于母线3电绝缘的方式布置，并且(仅)在第一接触点a处与母线3电连接。测量导体5可以是简单的导体5(例如简单的导线5)，其横截面积明显小于母线3的横截面积。测量导体也可以称为参考导体。
[0046]
测量导体5从第一接触点a延伸至第二接触点b。在该实施例中，测量导体在第一接触点a与第二接触点b之间的长度，与母线在第一接触点a与第三接触点c之间的电流路径的长度一样大。换言之，第一接触点a与第三接触点c之间的母线3中的电流路径的长度，基本上对应于第一接触点a与第二接触点b之间的测量导体5中的电流路径的长度。然而，在其它实施例中，这些长度也可以是不同的。
[0047]
此外，装置1具有电压测量设备8，电压测量设备8借助第一电压测量线路11a与第二接触点b电连接，并且借助第二电压测量线路11b与第三接触点c电连接。电压测量设备8用于测量在第二接触点b和第三接触点c之间出现的电压。电压测量设备8与可控/受控电流源14电连接。该电流源14借助第一馈电线路17a与第一接触点a电连接。此外，电流源14借助第二馈电线路17b与第二接触点b电连接。受控电流源14将电流i
l
引导到测量导体5中。该电流i
l
从电流源14经由第一馈电线路17a、第一接触点a、测量导体5、第二接触点b和第二馈电线路17b流回电流源14。在此，流过测量导体5的测量电流i
l
可以比流过母线3的要确定的电流is小得多。例如，流过母线3的电流is可以在千安范围内，而测量电流i
l
可以在毫安范围内。由此，仅对受控电流源14产生低的要求。例如，测量电流i
l
可以比流过母线3的电流is小一个因数，其中，该因数在104和106之间、特别是在105和106之间。测量导体5基本上沿流过母线的电流is的流动方向取向。
[0048]
流过测量导体5的电流i
l
在第一接触点a与第二接触点b之间产生电势差。借助受控电流源14控制流过测量导体5的电流i
l
，使得在第二接触点b与第三接触点c之间出现的电压取预先选择的(预先确定的)值。在该实施例中，控制测量电流i
l
的大小，使得该电压取值为零。然而，在其它实施例中，也可以控制测量电流i
l
的大小，使得该电压取不同的预先选择的值。
[0049]
一旦第二接触点b与第三接触点c之间的电压取预先选择的值(在此：值零)，则在评估设备20中评估或者进一步处理相关的测量电流i
l
的大小。该评估设备20根据测量电流i
l
的大小，并且根据针对电流线路的测量导体5的有效横截面积a
l
和针对电流线路的母线3的有效横截面积as，来确定流过母线的电流is的大小。测量导体5的有效横截面积a
l
以及母线3的有效横截面积as是已知的，并且作为常数存储在评估设备20中。在此，评估设备根据如下关系式来确定流过母线的电流is的大小：
[0050]is
＝k i
l as/a
l
。
[0051]
在此，is是流过母线的电流，k是比例常数，i
l
是测量电流，as是针对电流线路的母
线的有效横截面积，并且a
l
是针对电流线路的测量导体的有效横截面积。
[0052]
在该实施例中，测量导体5和母线3由相同的材料制成，例如由铜、铝或者具有这些金属之一的合金制成。一般来说，也可以使用其它导电材料、特别是金属。也就是说，测量导体5和母线3具有相同的电阻率(spezifischer widerstandswert)。此外，第一接触点a与第二接触点b之间的电有效距离与第一接触点a与第三接触点c之间的电有效距离一样长。换言之，第一接触点a与第三接触点c之间的母线中的电流路径的长度，基本上与第一接触点a与第二接触点b之间的测量导体5中的电流路径的长度一样长。在这种情况下，比例常数k具有值1(k＝1)。然而，在其它实施例中，该比例常数k也可以取不同于1的值。
[0053]
评估设备20经由能量传输通道23与能量供应设备24连接。能量传输通道23例如可以被设计为第一光源导体或者第一电导体。经由能量传输通道23向装置1的电子设备供应电能。也就是说，经由能量传输通道23向电压测量设备8、电流源14和评估设备20供应电能。在该实施例中，能量供应装置24布置在母线3外部。能量传输通道23从管状母线的内部空间经由母线的壁中的缺口25延伸至能量供应设备24。当母线3在高压电势上运行时，将能量传输通道23设计为光波导体是有利的，通过光波导体于是实现电势隔离。
[0054]
此外，评估设备20借助通信通道26与数据处理设备27连接。通信通道26例如可以被设计为第二光源导体或者第二电导体。在此，数据处理设备27例如可以具有数据接收器和/或数据存储器。该数据处理设备27例如可以是布置在地电势上的计算机。评估设备20特别是将所确定的流过母线3的电流is的大小经由通信通道26传输到数据处理设备27。此外，可选地，可以经由通信通道26将其它数据从评估设备20传输到数据处理设备27。可选地，数据也可以沿相反的方向从数据处理设备27经由通信通道26传输到评估设备20。
[0055]
在该实施例中，测量导体5布置在母线3的表面30上。具体地，测量导体5布置在管状母线3的内表面30上，即布置在管状母线3的内部空间32中。测量导体5例如可以借助电绝缘的粘合剂粘接到母线的该表面上。由此，测量导体5(除了第一接触点a之外)相对于母线3电绝缘。所述装置和所述方法原则上可以用于在任意电压下测量/确定流过母线3的电流。然而，这种装置和方法在母线处于高压电势的情况下是特别有利的。即，借助所述装置和所述方法，能够在高压电势上以高精度和高动态(即在大的频率范围内)确定电流。这例如对于(例如用于高压直流传输的)高压变流器的调节和保护或者对于经由母线3传输的电功率的确定(例如为了对功率传输计费的目的)是有利的。
[0056]
前面以管状母线为例描述了所述装置和所述方法。然而，所述装置和所述方法也可以利用其它母线、例如利用扁平带状的母线来实现。
[0057]
所描述的装置和所描述的方法具有一系列优点：
[0058]
装置1和所描述的方法具有大的测量动态范围，因为母线3的一部分用作电流测量分流器，并且附加地仅需要简单的测量导体5。与此不同，在使用附加的基于电阻的构件作为电流测量分流器的情况下，由于其更复杂的构造和材料选择，必须考虑测量动态的明显的限制。此外，有利地不需要进行温度测量和温度补偿，因为测量导体基本上具有定义的温度，即母线3的温度。由于仅相对小的电流流过测量导体5，因此也不产生明显的附加功率损耗。此外，不需要复杂的机械结构来固定所述装置(特别是在高压电势上)，因为所述装置优选布置在管状母线3的内部/内部空间中。如果测量导体5由与母线3相同的材料制成，则也可以省去用于测量导体的昂贵的特殊合金。测量导体的电阻率于是等于母线的电阻率，从
而流过母线3的电流可以非常简单地由测量电流i
l
和母线与测量导体的横截面积的比来确定。
[0059]
所述装置1和所述方法可以简单并且成本有利地实现，因为除了本来就存在的母线以及电压测量设备8、电流源14和评估设备20之外，仅需要成本有利的测量导体5。测量导体以及电子设备(电压测量设备8、电流源14、评估设备20)以受保护的方式位于管状母线的内部，特别是以不受天气影响的方式位于几乎没有场的空间中。所述装置的重量明显小于用于大电流的附加的分流电阻的重量。此外，不需要复杂的绝缘，因为所述装置的主要部件布置在母线的电势上。所述装置的测量精度几乎不受热影响的损害，因为所述装置处于定义的温度下，特别是具有母线的温度。通过相应地选择测量导体的横截面积、母线的横截面积、第一接触点a与第三接触点c之间的电流路径的长度和/或第一接触点a与第二接触点b之间的电流路径的长度，可以针对测量电流i
l
以及针对第二接触点b和第三接触点c之间的要测量的电压选择非常合适的值，例如非常适合用于评估设备20中的评估的值。特别是，可以选择测量导体5的横截面，使得测量电流i
l
处于期望的范围内，该范围可以低成本地借助电流源14来覆盖。不需要具有电晕环(koronaringen)或者类似物的母线的附加的复杂的设计。
[0060]
对于测量导体5，特别是具有小的横截面积(因此具有非常小的体积)的导体就足够了。因此，该测量导体可以简单地从内部安装在管状母线的表面上(例如粘接在管状母线的内表面上)。测量导体5有利地具有与母线3相同的温度。因此，热影响得到补偿，而为此不需要复杂的补偿电路。如果测量导体5和母线3由相同的材料制成，那么这两个元件也具有相同的电阻率。在确定流过母线的电流时，仅需要经由测量导体5驱动(小的)电流(测量电流i
l
)，并且将第二接触点与第三接触点之间的电压差调节为预先确定的值、特别是调节为零。这可以简单并且精确地以低成本的技术来实现。总之，所描述的方法和所描述的装置能够低成本地实现，并且尽管如此，仍然能够实现可靠并且鲁棒的用于确定流过母线的电流的大小的解决方案(即使在高压电势上和/或在高的频率下)。