[发明专利]在电路断开时受保护以防止浪涌电压的电流测量设备

说明书

揭示了一种在设备(1，10)开路时保护以防止浪涌电压的电流测量设备(1，10)。该设备(1，10)包括第一电流变压器(2)；第一连接端子(4)，其连接到第一电流变压器(2)的第一端子(21)；第二连接端子(5)，其连接到第一电流变压器(2)的第二端子(22)；保护电阻器(7)，其第一端子(71)连接到第二连接端子(5)；以及负载电阻器(6)，其连接在第一和第二连接端子(4和5)之间并且在其端子处测量电压，从中确定在通过第一电流变压器(2)延伸的电路中流动的电流。该设备进一步包括连接至保护电阻器(7)的端子(71和72)的第二电流变压器(3)，以及连接在的第一连接端子(4)与保护电阻器(7)的第二端子(72)之间的电流旁路装置(8，80)。

发明背景

本发明涉及电流测量仪器的一般领域，并且更具体地涉及安装在飞行器上的电流变压器。

使用电流变压器(CT)是在工作在115伏AC(VAC)或230VAC的交流(AC)网络上的航空业中的普遍做法。CT被用于测量通常是三相AC网络的飞机网络中的AC线路电流。

如图1中所示，CT由磁路构成，该磁路通常是环面的形式，以便使漏磁最小，并且在其上有许多n个次级匝，这些匝经由负载电阻来环路。那些匝携带记为I₂的电流。要在母线中被测量的记为I₁的电流通过所产生的环面至少一次。在本文中描述以及特别如图2(是CT的简化电路图)中所示的示例中，假设初级匝数的数量等于1(如航空业中常见的)。

CT遵从安培定律，该定律是由以下公式在数学上编写的：

其中I₁是要被测量的通过环面的电流，I₂对应于通过围绕磁芯缠绕n匝获得的测量电流，而H是用于磁化环面的磁场。

忽略磁芯中的磁场的任何循环，即假设则获得以下关系：I₁＝nI₂。次级回路由负载电阻加载，在图2中记为R_B，这使得通过测量跨负载电阻的各端子的电压以导出跨环面的次级的电压V_B成为可能，该电压由给出，忽略了磁化电流，并且因此确定母线中通过环面的电流I₁。CT因此表示能够进行对飞机内的电磁环境相对不敏感的测量并将其传送给控制和保护部件的优点，所述控制和保护部件分别被称为通用控制单元(GCU)和总线功率控制单元(BPCU)。CT因此可容易地远离决策部件，在飞机上与它们隔开几十厘米到几十米。

无论如何，使用CT引起问题。当CT为开路时(没有负载电阻)，即当CT与其接收机、CGU或BPCU或者甚至其它某个部件之间的连接被中断时，则在从CT的次级绕组输出处生成高电压。具体地，在次级中流动的电流的缺乏导致用于磁化环面的磁化磁场的初级电流和循环之间的相等。这得到：

因为要被测量的初级电流的幅值一般非常高，磁路中的电感B在每次初级电流反向时变得非常快速地饱和。通过将楞次定律应用到CT的次级，其中是初级和次级之间交换的电磁通量，发现电压在磁化电流的每个突然变化上具有非常大的值。该电压取决于次级匝数的数量、磁芯的类型以及还有要测量的初级电流的值。

取决于所测量的电流的值的该高电压可容易地超过若干千伏。它会导致电弧在从CT输出处，或者甚至在其绕组内被触发。因此，这种现象的触发取决于要测量的线路中流动的电流水平，也取决于用于CT的磁性材料及其次级匝数的数量。

在飞机中，这可能导致不可忽略的风险，因为这些现象只要没有被检测到就继续保持，并且它们会引起火灾。

存在用于保护CT的三种主要类型的保护性系列：通过增加双向峰值限幅器来保护；通过增加与CT的输出并联的电阻来保护；以及通过增加电容器来保护。