一种非接触式自校准电流电压一体式传感器的制作方法

本技术涉及一种非接触式自校准电流电压一体式传感器，特别适用于智能化配电网电力系统中作线损分析、数据采集、负荷监控、故障定位及回复等配电自动化管理。

背景技术：

1、随着我国经济建设的快速发展，对电的需求日益增长，我国配电系统向大容量、超高压方向发展，与之对应的电气设备往此方向发展成为必然趋势。另一方面，随着传感器技术、数字通信技术、计算机软硬件技术、电力电子技术的飞速发展，为配电系统向智能化方向发展提供了有利条件。电力互感器作为电气设备中的一种，是电力系统的眼睛，在电力系统中起到电能计量、继电保护等重要的作用，其测量精度和可靠性与电力系统的安全性和经济性密切相关。然而传统的电磁式电力互感器在配电系统向大容量、超高压发展的过程中暴露出了绝缘结构复杂、体积变大、制造成本增加、动态测量范围小、易受电磁干扰等突出的问题，降低了配电系统运行的安全性和可靠性，难以满足配电系统中线损分析、数据采集、负荷监控、故障定位及回复等配电自动化管理的智能化发展需求。因此，开发、制造出新型的电力互感器、传感器，尤其是新型电流电压一体式传感器势在必行。新型电流电压一体式传感器的出现，必将促使配电系统迎来一个大的变革。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种非接触式自校准电流电压一体式传感器。

2、本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：运用了现代低功率线圈传感技术和非接触式高压电场传感技术、a/d转换数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量等技术，形成一个以将大电流和高电压的信号经传感转换为模拟量小信号，再经过放大调整及数字量自校准补偿后输出标准化的数字信号。

3、为达到上述目的，本申请采用的技术方案是：一种非接触式自校准电流电压一体式传感器，包括电流传感器、电压传感器、信号处电路和自校准合并计量单元，上述电流传感器由一根导线均匀绕在环形铁芯上，导线两端接入双向tvs管，起到过流保护作用，随后接入精密功率电阻作为采样电阻，精密功率电阻将采样信号转换成电压信号，随后将电压信号送至自校准合并计量单元；上述电压传感器由环形电容屏焊接导线接输入端正极，并联接入gdt管、双向tvs管，起到过压、过流两级防护，并联电容与采样电阻形成阻容分压器，从而输出电压采样信号，采样信号经过运放跟随器进行阻抗变换，运放输入口用两个1n4148单相二极管进行防护，将采样信号隔离后送至自校准合并计量单元，其中电源芯片给运放跟随器提供正负电源；上述自校准合并计量单元将电压、电流采样信号传送到计量芯片，计量芯片进行电压、电流、相位、频率的计算，模拟信号转换成数字信号。mcu读取到计量芯片的数字信号后，若采样到电流信号且电流校准按键按下，mcu对采样信号进行补偿，输出标准的225mv值；若采样到电压信号且电压校准按键按下，mcu对采样信号进行补偿，输出标准的3.25/√3v值；外部显示器读取参数时，按照iec62056-21协议输出报文。

4、在上述的电流传感器中，为了防止高电流导体的电磁干扰，电流传感器线圈置于屏蔽壳内，并用环氧树脂浇灌，进行绝缘处理。

5、本申请的一种非接触式自校准电流电压一体式传感器特点是：电流传感器运用低功率线圈传感技术，电压传感器运用非接触式高压电场传感技术，再结合a/d转换数字通信、计算机软硬件、电能计量等技术，将经过传感的大电流、高电压信号转换为模拟量的小信号，再经过放大调整以及数字量自校准补偿后输出标准的数字信号，并传送到智能电子设备读取显示。本申请极大的改变了人们以往对电力互感器笨重的印象，它测量精度高，线性度好，抗干扰能力强，可实现信号自校准、补偿，功耗小，通过非接触传感的方式，结构简单，体积约为传统互感器的5％，重量约为传统互感器的3％，易于安装、调试和维护。

6、具体的，本申请提供一种非接触式自校准电流电压一体式传感器，包括绝缘盒和自校准合并单元盒，所述绝缘盒内设置有电流传感器、电压传感器和信号处理电路，所述自校准合并单元盒内设置有自校准合并计量单元，所述电流传感器包括环形铁芯线圈，所述环形铁芯线圈嵌套于屏蔽壳内，环形铁芯线圈连接至所述信号处理电路，所述电压触感器包括环形电容屏，所述环形电容屏连接至所述信号处理电路，所述信号处理电路连接至所述自校准合并计量单元。

7、优选的，所述自校准合并单元盒包括第二盒体和导轨基座，所述第二盒体和所述导轨基座彼此连接以形成空腔，所述自校准合并计量单元能够设置于所述空腔中，其中，所述第二盒体上设置有合并单元标签，所述导轨基座上设置有导轨卡片。

8、优选的，所述自校准合并计量单元包括自校准合并计量单元电路板、rj45接口和rs485通讯接口，所述rj45接口和所述rs485通讯接口均设置于所述自校准合并计量单元电路板上。

9、优选的，所述rj45接口通过rj45连接线连接至所述信号处理电路。

10、优选的，所述信号处理电路包括电流采样防护电路和电压采样防护电路，所述电流采样防护电路包括电流互感器接口、第一瞬态电压抑制二极管、第一电阻和第二电阻，其中，所述电流互感器接口包括第一采样线路和第二采样线路，所述第一采样线路上设置有所述第一电阻，所述第二采样线路上设置有第二电阻，所述第一采样线路和所述第二采样线路之间短接有所述第一瞬态电压抑制二极管。

11、优选的，所述电压采样防护电路包括电压采样接口、第三电阻、第四电阻和运放跟随器，电压采样接口的第一连接点经所述第三电阻和所述第四电阻连接至运放跟随器的正端输入端。

12、优选的，电压采样接口的第二连接点经电容连接至所述第四电阻，所述第一连接点和所述第二连接点之间短接有与所述电容呈并联状态的第二瞬态电压抑制二极管。

13、本实用新型具有以下优点：

14、1、非接触式自校准电流电压一体式传感器相对于传统的电力互感器，其是通过空间电场传感，绝缘结构简单；

15、2、该传感器采用低功率电子式传感器相对于传统的电力互感器，其输出功率小，易于转换成数字信号符合当前智能化配电系统的发展趋势；

16、3、该传感器相对于传统的互感器，其具备信号自校准补偿功能，易于调试，且抗干扰能力强，具有较好的线性度；

17、4、该传感器的组合形式为一体式，相对于传统的电力互感器，其占用空间小、体积小、重量轻、制造成本低；

18、5、该传感器无需压接与连接端接触，易于安装和维护。

技术特征：

1.一种非接触式自校准电流电压一体式传感器，包括绝缘盒（1）和自校准合并单元盒（7），所述绝缘盒（1）内设置有电流传感器、电压传感器和信号处理电路（5），所述自校准合并单元盒（7）内设置有自校准合并计量单元（8），其特征在于，所述电流传感器包括环形铁芯线圈（3），所述环形铁芯线圈（3）嵌套于屏蔽壳（4）内，环形铁芯线圈（3）连接至所述信号处理电路（5），所述电压触感器包括环形电容屏（2），所述环形电容屏（2）连接至所述信号处理电路（5），所述信号处理电路（5）连接至所述自校准合并计量单元（8）。

2.根据权利要求1所述的非接触式自校准电流电压一体式传感器，其特征在于，所述自校准合并单元盒（7）包括第二盒体（701）和导轨基座（702），所述第二盒体（701）和所述导轨基座（702）彼此连接以形成空腔，所述自校准合并计量单元（8）能够设置于所述空腔中，其中，所述第二盒体（701）上设置有合并单元标签（704），所述导轨基座（702）上设置有导轨卡片（703）。

3.根据权利要求2所述的非接触式自校准电流电压一体式传感器，其特征在于，所述自校准合并计量单元（8）包括自校准合并计量单元电路板（802）、rj45接口（801）和rs485通讯接口（804），所述rj45接口（801）和所述rs485通讯接口（804）均设置于所述自校准合并计量单元电路板（802）上。

4.根据权利要求3所述的非接触式自校准电流电压一体式传感器，其特征在于，所述rj45接口（801）通过rj45连接线（6）连接至所述信号处理电路（5）。

5.根据权利要求1所述的非接触式自校准电流电压一体式传感器，其特征在于，所述信号处理电路（5）包括电流采样防护电路和电压采样防护电路，所述电流采样防护电路包括电流互感器接口（ct1）、第一瞬态电压抑制二极管（tvs1）、第一电阻（r1）和第二电阻（r2），其中，所述电流互感器接口（ct1）包括第一采样线路和第二采样线路，所述第一采样线路上设置有所述第一电阻（r1），所述第二采样线路上设置有第二电阻（r2），所述第一采样线路和所述第二采样线路之间短接有所述第一瞬态电压抑制二极管（tvs1）。

6.根据权利要求4所述的非接触式自校准电流电压一体式传感器，其特征在于，所述电压采样防护电路包括电压采样接口（vt1）、第三电阻（r3）、第四电阻（r4）和运放跟随器（u1），电压采样接口（vt1）的第一连接点经所述第三电阻（r3）和所述第四电阻（r4）连接至运放跟随器（u1）的正端输入端。

7.根据权利要求6所述的非接触式自校准电流电压一体式传感器，其特征在于，电压采样接口（vt1）的第二连接点经电容（c1）连接至所述第四电阻（r4），所述第一连接点和所述第二连接点之间短接有与所述电容（c1）呈并联状态的第二瞬态电压抑制二极管（tvs2）。

技术总结本技术公开了一种非接触式自校准电流电压一体式传感器，包括绝缘盒和自校准合并单元盒，所述绝缘盒内设置有电流传感器、电压传感器和信号处理电路，所述自校准合并单元盒内设置有自校准合并计量单元，所述电流传感器包括环形铁芯线圈，所述环形铁芯线圈嵌套于屏蔽壳内，环形铁芯线圈连接至所述信号处理电路，所述电压触感器包括环形电容屏，所述环形电容屏连接至所述信号处理电路，所述信号处理电路连接至所述自校准合并计量单元。技术研发人员：周平江,姚伟,冯斌,张鸿浩受保护的技术使用者：深圳市创银科技股份有限公司技术研发日：20231108技术公布日：2024/7/23