CN102426909A

CN102426909A - 一种基于复合磁芯的抗直流电流互感器及其制造方法

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Publication number: CN102426909A
Application number: CN2011104270839A
Authority: CN
Inventors: 靳绍平; 张春强; 赵震宇; 李东江; 张翠琴; 宁涛; 刘见; 李水仙; 熊敏南
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-04-25

Abstract

一种基于铁基非晶/超微晶复合磁芯的抗直流低压电流互感器及其制造方法，所述方法依据互感器误差理论，铁基非晶材料的导磁率较超微晶磁芯稍差具有饱和磁感系数大的特点，当被测电流含直流分量时不易出现饱和的原理，将原有电流互感器超微晶磁芯（1）与铁基非晶磁芯（2）按比例叠加构成复合磁芯，可实现在半波直流负荷状态下的电能量准确计量且误差＜1%，同时满足相关规程的技术要求。本发明可操作性强，将原有电流互感器超微晶磁芯与铁基非晶磁芯按比例叠加构成复合磁芯即可。具有不改变原有电流互感器绕制技术、浇注技术、安装方式、更换方便等优点。本发明适用抗直流电流互感器的设计、制造。

Description

一种基于复合磁芯的抗直流电流互感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种基于铁基非晶/超微晶复合磁芯的抗直流低压电流互感器及其制造方法，属电力计量电流互感器制造技术领域。

背景技术

低压电流互感器用于低压电力用户电能计量装置的电流比例变换，由铁芯、线圈及绝缘材料构成，仅能准确测量50Hz、失真度＜5%的正弦波电流。当今社会电力用户的负荷性质朝多元化发展，其中一些用户的负荷含有大量的直流分量甚至是半波直流负荷，电流互感器受到半波电流的直流分量影响，铁芯接近饱和区，等效磁导率下降，使得电流互感器误差向负方向移动，导致电流互感器在半波直流状态下出现-30%～-70%的误差，严重影响了电能计量的公平、公正。在0～60A负荷电流范围内，直接接入式三相电能表已解决上述问题，其技术方案是采用抗直流电流互感器将电流（包括半波直流电流）转换为电压信号输送至采样电路，三相电能表内采用的抗直流电流互感器为I/V转换型，与低压电流互感器的I/I比例变换型原理不一致，也不具备低压电流互感器必备的电流驱动能力（通常为5VA）。当负荷电流＞60A时就只有靠电流互感器将负荷电流按比例变换成5A或1A小电流输送至三相电能表才能进行电能计量。如何使电流互感器即满足正弦波电流工况又满足半波直流负荷工况下准确计量成为电能计量工作者的一道棘手难题。依据计量器具误差理论研究一种抗直流电流互感器对改变上述局面，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，为了解决电流互感器受到半波电流的直流分量影响铁芯接近饱和区等效磁导率下降导致计量不准确的问题，本发明提供了一种基于铁基非晶/超微晶复合磁芯的抗直流低压电流互感器制造方法。

本发明的技术方案是，采用铁基非晶磁芯与超微晶磁芯按一定比例组成复合磁芯，二次线圈的绕组方法不变。

本发明复合磁芯的抗直流电流互感器由复合磁芯与二次线圈所组成，所述复合磁芯由内、外直径相近的铁基非晶磁芯和超微晶磁芯并列组合构成或由大小两个不同内外径的圆环嵌套构成。

超微晶材料具有很高的导磁率，大量应用于电流互感器的磁芯，但由于饱和磁感系数小，当被测电流含直流分量时容易出现饱和现象。铁基非晶材料的导磁率较超微晶磁芯稍差，但具有低铁损，大量应用于变压器的磁芯，还具有饱和磁感系数大的特点，当被测电流含直流分量时不易出现饱和现象。本发明将铁基非晶和超微晶组成的复合磁芯在交/直流二种运行状况下形成互补作用，该电流互感器在全面满足相关规程技术要求的同时，还能够满足对含有直流分量电流的准确计量。

本发明基于复合磁芯的抗直流低压电流互感器制造方法如下：

（1）复合磁芯几何外形的选择：

复合磁芯为封闭的圆环形，由内、外直径相近的铁基非晶磁芯和超微晶磁芯并列组合构成或由大小两个不同内外径的圆环嵌套构成。设计圆环形铁基非晶磁芯和超微晶磁芯各自的截面积来调节复合磁芯的配置比例。复合磁芯中，并列式复合磁芯的结构尺寸为：铁基非晶磁芯的外径为：70±5㎜；内径为：42±5㎜；厚度为：20±5㎜；超微晶磁芯的外径为：70±5㎜；内径为：42±5㎜；厚度为： 25±5㎜；嵌套式复合磁芯的结构尺寸为：铁基非晶磁芯的外径为：56±5㎜；内径为：42±5㎜；厚度为：40±5㎜；超微晶磁芯的外径为：74±5㎜；内径为：56±5㎜；厚度为： 40±5㎜，铁基非晶磁芯嵌入超微晶磁芯的内径。

（2）复合磁芯的制备方法

复合磁芯可分为并列式复合磁芯和嵌套式复合磁芯。

并列式复合磁芯将铁基非晶和超微晶磁芯两种材料的圆环并列贴紧，使两圆环同心，然后在复合磁芯上裹覆塑料绝缘外壳，构成并列式复合磁芯；

嵌套式复合磁芯将超微晶磁芯制成大形圆环，将铁基非晶磁芯制成小形圆环，两种圆环形磁芯的厚度相等，铁基非晶小形圆环磁芯嵌入到超微晶大形圆环磁芯内；或在嵌套式复合磁芯的外形几何尺寸、两种圆环形磁芯各自截面积不变的前提下将铁基非晶磁芯制成大形圆环，将超微晶磁芯制成小形圆环，两种圆环形磁芯的厚度相等，超微晶小形圆环磁芯嵌入到铁基非晶大形圆环磁芯内，构成嵌套式复合磁芯，然后在复合磁芯上裹覆塑料绝缘外壳。

（3）复合磁芯的配置比例：

由于铁基非晶磁芯的价格昂贵，设计复合磁芯的配置比例时，应依据电流互感器在各量程全波交流和半波直流二种状态下误差测试数据来确定，通常电流量程越大，铁基非晶磁芯所占的比例就越高。

本发明与现有技术比较的有益效果是，采用基于铁基非晶/超微晶复合磁芯技术制造的抗直流低压电流互感器，可实现在半波直流负荷状态下的电能量准确计量且误差＜1%，同时满足相关规程的技术要求。弥补了低压电流互感器在半波直流负荷状态下不能正确计量的重大技术缺陷。该技术可操作性强，将原有电流互感器超微晶磁芯与铁基非晶磁芯按比例叠加构成复合磁芯即可。具有不改变原有电流互感器绕制技术、浇注技术、安装方式、更换方便等优点。

本发明适用于抗直流电流互感器的设计、制造。

附图说明

图1为并列式复合磁芯结构示意图；

图2为嵌套式复合磁芯结构示意图；

图中图号：1是超微晶磁芯；2是铁基非晶磁芯；3是绝缘塑料护套。

具体实施方式

实施例1

本实施例以150A/5A量程的互感器为例，该互感器的复合磁芯结构设计为并列式复合磁芯，如图1所示：

组成本实施例并列式复合磁芯的铁基非晶磁芯2和超微晶磁芯1均为圆环形状，其尺寸为：

超微晶磁芯1的外径为70㎜，内径为42㎜，厚度为25㎜；

铁基非晶磁芯2的外径为70㎜，内径为42㎜；厚度为20㎜。

两种磁芯并列组合后，在磁芯外热压耐高压绝缘塑料3，组成了并列式复合磁芯。

实施例2：

本实施例为嵌套式复合磁芯，如图2所示。

组成本实施例复合磁芯的超微晶磁芯和铁基非晶磁芯均为圆环状；超微晶磁芯1的外径为74㎜，内径为56㎜，厚度为40㎜；铁基非晶磁芯2的外径为56㎜，内径为42㎜，厚度为40㎜；铁基非晶磁芯2嵌套在超微晶磁芯内。两种磁芯嵌套组合后，在磁芯外热压耐高压绝缘塑料3，组成了嵌套式复合磁芯。

Claims

1.一种基于复合磁芯的抗直流电流互感器，由复合磁芯与二次线圈所组成，其特征在于，所述复合磁芯由内、外直径相近的铁基非晶磁芯和超微晶磁芯并列组合构成或由大小两个不同内外径的圆环嵌套构成。

2.一种基于复合磁芯的抗直流电流互感器的制造方法，其特征在于，所述方法的步骤为：

（1）复合磁芯几何外形的选择：

复合磁芯为封闭的圆环形，由内、外直径相近的铁基非晶磁芯和超微晶磁芯并列组合构成或由大小两个不同内外径的圆环嵌套构成；设计圆环形铁基非晶磁芯和超微晶磁芯各自的截面积来调节复合磁芯的配置比例；复合磁芯中，并列式复合磁芯的结构尺寸为：铁基非晶磁芯的外径为：70±5㎜；内径为：42±5㎜；厚度为：20±5㎜；超微晶磁芯的外径为：70±5㎜；内径为：42±5㎜；厚度为： 25±5㎜；嵌套式复合磁芯的结构尺寸为：铁基非晶磁芯的外径为：56±5㎜；内径为：42±5㎜；厚度为：40±5㎜；超微晶磁芯的外径为：74±5㎜；内径为：56±5㎜；厚度为： 40±5㎜，铁基非晶磁芯嵌入超微晶磁芯的内径；

（2）复合磁芯的制备方法

复合磁芯可分为并列式复合磁芯和嵌套式复合磁芯；

嵌套式复合磁芯将超微晶磁芯制成大形圆环，将铁基非晶磁芯制成小形圆环，两种圆环形磁芯的厚度相等，铁基非晶小形圆环磁芯嵌入到超微晶大形圆环磁芯内；或在嵌套式复合磁芯的外形几何尺寸、两种圆环形磁芯各自截面积不变的前提下将铁基非晶磁芯制成大形圆环，将超微晶磁芯制成小形圆环，两种圆环形磁芯的厚度相等，超微晶小形圆环磁芯嵌入到铁基非晶大形圆环磁芯内，然后在复合磁芯上裹覆塑料绝缘外壳，构成嵌套式复合磁芯；

（3）复合磁芯的配置比例：

设计复合磁芯的配置比例时，应依据电流互感器在各量程全波交流和半波直流二种状态下误差测试数据来确定，通常电流量程越大，铁基非晶磁芯所占的比例就越高。