專利名稱：組合電測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量電導(dǎo)體的電流和/或電壓的組合測量裝置。
背景技術(shù)：
在電氣應(yīng)用的領(lǐng)域中，使用測量裝置用于測量電導(dǎo)體的電流和/或電壓是眾所周 知的。這種裝置的典型的例子通過所謂的儀表變壓器例如電流或電壓變壓器來代表。由于這是許多技術(shù)領(lǐng)域中的許多應(yīng)用的共同規(guī)則，這些測量裝置也被要求以非常 有效地工作的方法、并根據(jù)盡可能地具經(jīng)濟(jì)上的競爭力的、可靠的和簡化的建設(shè)性方案來 執(zhí)行它們的基本任務(wù)。在實踐應(yīng)用中，這些裝置需滿足的一些重要要求是例如具有優(yōu)良的 電場分布、適當(dāng)?shù)陌踩?、具有足夠精確度水平的輸出信號，特別是在從測量裝置出來的輸 出信號具有低的功率電平并且因此對任何種類的干擾更加敏感的情況下。為此目的，目前在市場上有許多方案，提供具有不同特征和結(jié)構(gòu)的測量裝置。電壓 測量裝置的例子是電容性或電阻性分壓器。電流測量裝置的例子是可以根據(jù)不同的布局來 制造的所謂的羅戈夫斯基(Rogowski)線圈。羅戈夫斯基線圈的一種通常使用的類型是具 有圍繞由非磁性材料制造的剛性環(huán)形芯纏繞的單層線的羅戈夫斯基線圈。羅戈夫斯基線圈 的其它方案使用柔性的芯，例如，線圈纏繞在同軸線纜上。而其它方案預(yù)見了使用形成閉環(huán) 或開環(huán)的線性線圈的鏈。在這個情況下，需要具有由固體材料制作的支撐結(jié)構(gòu)，這樣可以支 撐線圈并保持它們在確切的位置。目前，也提供一些組合電儀表變壓器，該組合電儀表變壓器通常有一種羅戈夫斯 基線圈和用于電壓測量的電阻性或電容性分壓器。即使現(xiàn)有方案提供滿意的結(jié)果，仍然有進(jìn)一步改進(jìn)的必要和余地。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供測量裝置，特別是相對于已知的現(xiàn)有技術(shù)裝置提供一 些改進(jìn)的、用于測量電導(dǎo)體的電流和/或電壓的組合測量裝置。通過用于測量電導(dǎo)體的電流和/或電壓的組合測量裝置來實現(xiàn)這個目的，其特征 在于，其包括-支撐體；-容置在所述支撐體內(nèi)的電流傳感器；-至少部分地位于所述支撐體內(nèi)的電壓傳感器；-圍繞所述電流傳感器放置的屏蔽件，其中，所述電流傳感器和所述電壓傳感器相 互設(shè)置為使得所述屏蔽件至少部分地屏蔽所述電壓傳感器的至少一部分和所述電流傳感 器二者不受外部的電干擾。這個目的也通過如在所附權(quán)利要求中限定的包括組合測量裝置 的電開關(guān)裝置和電路來實現(xiàn)。


從根據(jù)本發(fā)明的、在附圖中僅以非限制性的示例的方法示出的組合測量裝置的優(yōu) 選但不是專有實施例的說明中，本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點將變得明顯，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的組合測量裝置的透視圖；圖2示出羅戈夫斯基線圈的可能的建設(shè)性的實施例；圖3是示出與在圖1裝置中使用的電容性分壓器相結(jié)合的被屏蔽的羅戈夫斯基線 圈的可能結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4是圖3的分解圖；圖5是示出用在根據(jù)本發(fā)明的測量裝置中的被屏蔽的羅戈夫斯基線圈的部分橫 截面的示意圖；圖6是示意性地示出與圖3的電容性分壓器相結(jié)合的被屏蔽的羅戈夫斯基線圈的 結(jié)構(gòu)的部分橫截面；圖7示意性地示出設(shè)置有附加的磁屏蔽的圖5中的被屏蔽的羅戈夫斯基線圈；圖8總體上描述了表示可用在根據(jù)本發(fā)明的電壓測量裝置中的阻抗分壓器的結(jié) 構(gòu)的基本電路；圖9示意性示出由電流傳感器的屏蔽件所屏蔽的電阻性分壓器的可能結(jié)構(gòu)的可 替代性的實施例；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的組合測量裝置的可替代實施例的透視圖；圖11示出從不同角度看到的圖1的組合測量裝置。
具體實施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的、由附圖標(biāo)記100總體上指出的組合測量裝置的可能實施 例。在示出的實施例中，裝置100包括支撐體101，該支撐體101具有通口 102，該通口允 許其電流和電壓需被測量的導(dǎo)體(未示出)穿過。例如，支撐體101可以完全由一單個絕 緣材料制造或具有由一些絕緣材料制造的殼體或外殼，并且優(yōu)選地用不同絕緣材料填充殼 體。例如，可以使用通?？色@得的熱固性材料或熱塑性材料。測量裝置100還包括容置在支撐體101內(nèi)的電流傳感器5、至少部分地位于支撐 體101本身內(nèi)的電壓傳感器和圍繞電流傳感器5放置并連接到地電位的屏蔽件11。有利地是，電流傳感器5和電壓傳感器相互設(shè)置為使得屏蔽件11至少部分地屏蔽 電壓傳感器的至少一部分和電流傳感器5不受外部電場的干擾。優(yōu)選地，屏蔽件11包括圍繞電流傳感器5纏繞的至少一層導(dǎo)電帶或半導(dǎo)電帶，例 如 NTS117，04ESR22AA 或 SEM131800。有利地是，在根據(jù)本發(fā)明的測量裝置中，電壓傳感器至少部分地位于電流傳感器5內(nèi)。根據(jù)特別優(yōu)選的實施例，用在裝置100中的電流傳感器5包括具有圍繞羅戈夫斯 基線圈纏繞的至少一層半導(dǎo)電帶11的羅戈夫斯基線圈5，電壓傳感器包括電容性分壓器?；蛘撸娏鱾鞲衅?可以包括低功率電流變壓器或電感性的電流變壓器，而電壓 傳感器可以借助于電阻分壓器或電阻分壓器和電容分壓器的組合來實現(xiàn)。典型的可能的羅戈夫斯基線圈結(jié)構(gòu)在圖1和5中示出，其中繞線10連接到放置在 線圈平均直徑的位置處的回線2。
也有可能使用電流傳感器5的更多的繞線層。在使用奇數(shù)個繞線層的情況下，需 要至回線2的連接。如果使用偶數(shù)個繞線層(每個第二層沿相反方向纏繞)，就沒有必要使 用回線2。繞線10纏繞在由非磁性材料制作的、構(gòu)成這個繞線10的支撐物的剛性芯3上。清 楚地，其它羅戈夫斯基線圈5的可替代性實施例可以是同樣適用的；例如，可以使用由幾個 串聯(lián)線性線圈、柔性芯、空氣芯等組成的分段線性結(jié)構(gòu)。在繞線10的頂部，可以有將繞線10與屏蔽件11分隔開的絕緣層，但是通過使用 絕緣的導(dǎo)線或使用一側(cè)絕緣屏蔽層可以不用這個絕緣層。電容性分壓器可以以幾種不同方式實現(xiàn)。圖8示出這種分壓器的電路圖說明，該 分壓器包括初級阻抗4、次級阻抗4、由電容C。表示的次級電容器和/或線纜。初級電壓 (Up)連接到初級阻抗&，并且在這個傳感器的輸出端測量次級電壓(Us)。如果電阻性的分壓器用作電壓傳感器，初級(R1)阻抗和次級( )阻抗的電阻部分 起到主要作用，但是總有一些影響這種分壓器性能的寄生電容沁，②。電阻性分壓器和電 容性分壓器可能的組合產(chǎn)生利用它們兩者的優(yōu)點的分壓器，以便達(dá)到更好的性能。在這種 情況下，初級阻抗可以由電容(C1)組成并且次級阻抗可以由(R2)組成。圖3和4示出用于根據(jù)本發(fā)明的裝置100的電容性分壓器的可能的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。在 示出的實施例中，電容性分壓器包括初級電極6和電容性電極7，其中初級電極6由設(shè)置在 羅戈夫斯基線圈5中也就是芯3中的電傳導(dǎo)環(huán)構(gòu)成，電容性電極7也是由例如位于羅戈夫 斯基線圈5的芯3中并且圍繞初級電極6的電傳導(dǎo)環(huán)構(gòu)成。有利地是，電容性電極7具有比被屏蔽的羅戈夫斯基線圈的寬度X，即圍繞羅戈夫 斯基線圈放置的屏蔽件11的寬度X小的寬度Y。如在圖4和6中示出的那樣，這個寬度X 和Y分別是沿著基本上垂直于被屏蔽的電流傳感器的正面/背面的基準(zhǔn)軸線20測量的、圍 繞羅戈夫斯基線圈設(shè)置的組件羅戈夫斯基線圈屏蔽件11和電容性電極7的側(cè)面長度。以這樣的方法，屏蔽件11以有效且高效的方式不僅屏蔽電流傳感器而且屏蔽電 壓傳感器，特別至少是屏蔽電容性電極7不受電場干擾。初級電極6通過適合的方法專用于直接地或間接地電連接到其電流和電壓必須 被測量的導(dǎo)體上。在示出的實施例中，所述連接裝置由接觸彈簧8表示，該接觸彈簧8借助 于螺絲釘9固定在初級電極6上。以這種方式，初級電極6可以通過連接有接觸彈簧8的螺 紋插入件連接，以將電壓信號從初級導(dǎo)體安全地帶到初級電極6本身。或者，取決于應(yīng)用， 連接方法可以被不同地實現(xiàn)。例如，如果初級電極6可以直接連接到待測量的導(dǎo)體，可以使 用簡單的電線。優(yōu)選地，通常初級電極6被構(gòu)造為在邊上形成圓形(見圖6)，以便在支撐體101的 內(nèi)部或外部產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)碾妶龇植肌Ｌ貏e地，初級電極6的側(cè)邊優(yōu)選地成半徑R大于Imm的 圓形，以便降低電場的強(qiáng)度。因此，在初級電極6與電容性電極7之間產(chǎn)生了電容性分壓器的初級電容C1。在 電容性電極7與電流傳感器5的屏蔽件11也就是地電位之間產(chǎn)生了次級電容C2。如果電容C2的值不足以產(chǎn)生分壓器的理想的比例，可以將一個或多個固定電容 器C。并聯(lián)加到次級電容C2。附加的固定電容器可以放置在鑄造后的支撐體101中的空腔 103(見圖11)中，或者這些附加的固定電容器可以被直接鑄造在支撐體101本身內(nèi)?；蛘撸郊拥墓潭娙萜饕部梢晕挥谥误w101外。附加的電容C。也可以由其它方法產(chǎn)生。對于電容性分壓器的正確的操作，電容性電極7必須與屏蔽件11分隔或絕緣以便 產(chǎn)生電容C2。如以上提到的那樣，在可替代性的實施例中，電壓傳感器可以包括電阻性分壓器。 在這種情況下，電阻性分壓器包括多個電阻13，該多個電阻13中的至少一些放置在羅戈夫 斯基線圈5內(nèi)。特別地，電阻13優(yōu)選地放置在屏蔽件11下方，盡可能多地隱藏在屏蔽件 11本身的下方，即它們的橫向伸展被包括在屏蔽羅戈夫斯基線圈5的橫向伸展(寬度X)之 內(nèi)。最后，如果需要，為了屏蔽磁干擾，測量裝置100也包括由磁性材料制造的、附加 的屏蔽件12。如在圖7中示出的那樣，附加的屏蔽件12優(yōu)選地圍繞僅僅在羅戈夫斯基線圈 5的外周的屏蔽件11放置，以便保持由正被測量的載流導(dǎo)體產(chǎn)生的需要的磁場。這種屏蔽 件12也可以被放置在羅戈夫斯基線圈5的側(cè)面，而不完全沿著線圈的內(nèi)周。在圖10示意性地示出的可替代性的實施例中，初級導(dǎo)體60直接被鑄造，即它是支 撐體101的一部分且沒有開口 102。在這種情況下，初級導(dǎo)體60功能上取代初級電極6，而 裝置的剩余部分仍然與先前描述一樣。因此，初級電容C1在初級導(dǎo)體60與電容性電極7之 間形成，并且初級導(dǎo)體60也形成電流和/或電壓需被測量的電導(dǎo)體?？梢栽O(shè)置孔61，用于通過合適的裝置，例如連接彈簧等，電連接到外部導(dǎo)體。根據(jù)本發(fā)明的組合測量裝置100特別適合在包括電流和/或電壓必須被測量的導(dǎo) 體的開關(guān)裝置以及電路中使用，其中開關(guān)裝置例如中壓開關(guān)板、電路斷路器等。因此本發(fā)明 另外的目的涉及包括如先前描述和要求的組合測量裝置100的電開關(guān)裝置和電路。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的組合測量裝置100完全實現(xiàn)了預(yù)期的目的，并相對于已知 的方案提供一了些優(yōu)點和改進(jìn)。事實上，如以上描述的那樣，由于各種裝置的所述布局和相 互設(shè)置，特別是位于屏蔽電流傳感器內(nèi)的電壓傳感器的所述布局和相互設(shè)置，裝置100允 許具有獨(dú)特的屏蔽件11，該屏蔽件11同時屏蔽電流傳感器5和電壓傳感器的至少部分不受 電場干擾，無需附加的屏蔽。而且，裝置100以具有簡化的設(shè)計、允許便宜地和容易地制造 和裝配的整個結(jié)構(gòu)為特征。因此，如此構(gòu)思的電流測量裝置100能夠修改和變化，所有的修改和變化是在如 在權(quán)利要求和以上說明中限制的發(fā)明原理的范圍內(nèi)；例如，初級電極6和電容性電極7可以 根據(jù)應(yīng)用被不同地形成。所有細(xì)節(jié)可以進(jìn)一步由技術(shù)上等效的元件代替。在實踐中，使用 的材料和尺寸根據(jù)需要和本領(lǐng)域的狀態(tài)可以是任意的，只要它們與特定用途兼容并允許實 現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于測量電導(dǎo)體的電流和/或電壓的組合測量裝置(100)，其特征在于，其包括-支撐體(101)；-容置在所述支撐體(101)內(nèi)的電流傳感器(5)；-至少部分地位于所述支撐體(101)內(nèi)的電壓傳感器；-圍繞所述電流傳感器( 放置的屏蔽件(11)，其中，所述電流傳感器( 和所述電壓 傳感器相互設(shè)置為使得所述屏蔽件(11)至少部分地屏蔽所述電壓傳感器的至少一部分和 所述電流傳感器( 二者不受外部電干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述屏蔽件(11)包括圍繞所 述電流傳感器( 纏繞的至少一層導(dǎo)電帶或半導(dǎo)電帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述電壓傳感器至少部分地位 于所述電流傳感器(5)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述電流傳感器( 包括羅戈 夫斯基線圈(5)，所述至少一層導(dǎo)電帶或半導(dǎo)電帶繞所述羅戈夫斯基線圈纏繞。
5.根據(jù)一個或多個前述權(quán)利要求所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述電壓傳感 器包括電容性分壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述電容性分壓器具有包括初 級電極(6)的初級電容(C1),所述初級電極放置在所述羅戈夫斯基線圈內(nèi)并且適合于電連 接到所述電導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述初級電容(C1)包括位于 所述羅戈夫斯基線圈內(nèi)、圍繞所述初級電極(6)的電容性電極(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述電容性分壓器具有由初級 電導(dǎo)體和電容性電極(7)形成的初級電容(C1),其中所述初級電導(dǎo)體位于所述羅戈夫斯基 線圈內(nèi)并被直接鑄造在所述支撐體(101)上，所述電容性電極(7)圍繞所述初級電導(dǎo)體、位 于所述羅戈夫斯基線圈內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中的一項或多項所述的測量裝置(100)，其特征在于，所述電容性 電極(7)具有比所述屏蔽件(11)的寬度小的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量裝置，其特征在于，所述電容性分壓器具有包括所述電 容性電極(7)和所述屏蔽件(11)的次級電容(C2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測量裝置，其特征在于，所述次級分壓器包括并聯(lián)連接到 所述次級電容(C2)的一個或多個固定電容器(Ce)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項或多項所述的測量裝置，其特征在于，所述電壓傳感器 包括電阻性分壓器，所述電阻性分壓器包括多個電阻器，其中所述多個所述電阻器中的至 少一些放置在所述羅戈夫斯基線圈內(nèi)、所述屏蔽件(11)的下面。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的測量裝置(100)，其特征在于，其包括 用于屏蔽磁性干擾的附加的屏蔽件(12)，所述附加的屏蔽件(12)圍繞在所述羅戈夫斯基 線圈的外周的所述屏蔽件(11)放置。
14.電開關(guān)裝置，其特征在于，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的組合 測量裝置(100)。
15. 一種包括電流和/或電壓需被測量的導(dǎo)體的電路，其特征在于，其包括根據(jù)權(quán)利 要求1-13中的一項或多項所述的組合測量裝置(100)。
全文摘要
一種用于測量電導(dǎo)體的電流和/或電壓的組合測量裝置(100)，其包括支撐體(101)、容置在支撐體(101)內(nèi)的電流傳感器(5)和至少部分地位于支撐體內(nèi)的電壓傳感器。圍繞電流傳感器(5)放置有屏蔽件(11)。電流傳感器(5)和電壓傳感器相互設(shè)置為使得屏蔽件(11)至少部分地屏蔽電流傳感器(5)和電壓傳感器不受外部的電場干擾。
文檔編號G01R19/00GK102066954SQ200980122828
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者彼得·J·克拉爾, 拉德克·亞沃拉 申請人:Abb技術(shù)有限公司