CN102944739B - 大口径钳形交流微小电流传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大口径钳形交流微小电流传感器装置，包括钳形磁芯，钳形磁芯的上部外侧套设有第一钳形传感器，钳形磁芯的下部外侧套设有第二钳形传感器，第二钳形传感器的外径大于或等于第一钳形传感器，第二钳形传感器的外侧设有钳形磁芯屏蔽体，钳形磁芯屏蔽体将钳形磁芯、第一钳形传感器和第二钳形传感器屏蔽，钳形磁芯屏蔽体的外侧设有电磁屏蔽外壳，电磁屏蔽外壳将钳形磁芯屏蔽体屏蔽，钳形磁芯屏蔽体和电磁屏蔽外壳上开设有与钳形磁芯轴向孔相通的孔，钳形磁芯屏蔽体的内侧设有信号放大器，信号放大器的输入端与第一钳形传感器电连接，信号放大器的输出端与所述第二钳形传感器电连接。具有精度高、测量范围宽、受外界环境影响小的特点。

Description

大口径钳形交流微小电流传感器装置

技术领域

本发明涉及一种对电力系统容性设备泄漏电流信号进行采样的设备；尤其涉及容性设备末屏接地引下线无法打开时的微小交流电流信号采样的大口径钳形交流微小电流传感器装置。

背景技术

电力系统中有大量的容性设备，如电流互感器、电压互感器等等，在电网中占有相当大的比例，他们的绝缘性能对于电网的安全、稳定运行起着至关重要的作用，介质损耗角正切值（tanδ）是反映其绝缘性能的重要参数。

介质损耗角正切值（tanδ）的检测首先需要对容性设备的泄漏电流信号的提取，目前主要采用现场预装单匝穿芯式电流传感器的方式来提取容性设备的泄漏电流信号。这种方式的缺点是每一个容性设备都需要预装一只单匝穿芯式电流传感器，现场施工量大，费用昂贵；并且当预装单匝穿芯式电流传感器出现故障时无法开展相应的带电检测作业。目前也有对接地引下线进行改造，形成可断开的节点，用短接线引入穿芯式电流传感器的方式获得泄漏电流的方式。这种方法存在接地引下线断开的可能性，给测试人员人身安全和系统安全都带来风险。

目前现有的钳形微小电流传感器钳口都比较小，不适用于现场比较宽的扁形接地引下线，国内也还未曾有将钳形交流电流传感器用于测量容性设备介质损耗角正切值（tanδ）的报道。这是因为高压容性设备泄漏电流信号非常小，有的仅为微安数量级，而现有的钳形交流电流传感器都是采用单铁芯结构，这类钳形交流电流传感器在测量微小交流电流时，受其外围分布电容和分布电感的影响，测得的幅值误差和角度误差不能满足测量介损值误差范围的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺陷和不足，提供一种满足现场运行条件下对容性设备的交流微小泄漏电流进行高精度采样的大口径钳形交流微小电流传感器装置，为现场高压容性设备在运行情况下进行绝缘性能的判断提供可靠依据。

为实现上述目的，本发明设计的大口径钳形交流微小电流传感器装置，包括钳形磁芯，所述钳形磁芯的上部外侧套设有第一钳形传感器，钳形磁芯的下部外侧套设有第二钳形传感器，所述第二钳形传感器的外径大于或等于所述第一钳形传感器，所述第二钳形传感器的外侧设有钳形磁芯屏蔽体，所述钳形磁芯屏蔽体将钳形磁芯、第一钳形传感器和第二钳形传感器屏蔽，所述钳形磁芯屏蔽体的外侧设有电磁屏蔽外壳，所述电磁屏蔽外壳将钳形磁芯屏蔽体屏蔽，所述钳形磁芯屏蔽体和电磁屏蔽外壳上开设有与钳形磁芯轴向孔相通的孔，所述钳形磁芯屏蔽体的内侧设有信号放大器，所述信号放大器的输入端与所述第一钳形传感器电连接，所述信号放大器的输出端与所述第二钳形传感器电连接。

在上述技术方案中，所述第一钳形传感器包括钳形磁芯W1和钳形磁芯W2，所述钳形磁芯W1和钳形磁芯W2合围成柱状磁芯，所述钳形磁芯W1上缠绕有次级绕组W1，所述钳形磁芯W2上缠绕有检测绕组W1。

上述所述第二钳形传感器包括钳形磁芯W3和钳形磁芯W4，所述钳形磁芯W3和钳形磁芯W4合围成柱状磁芯，所述钳形磁芯W3上缠绕有次级绕组W2，所述钳形磁芯W4上缠绕有补偿绕组W2。

上述钳形磁芯内径≥50毫米，厚度≥8毫米；第一钳形传感器内径≥70毫米，厚度≥10毫米；第二钳形传感器内径≥70毫米，厚度≥10毫米。

上述信号放大器的输入端与检测绕组W1的绕线引出端连接，信号放大器输出端与补偿绕组W2绕线引出端连接，所述补偿绕组W2绕线另一端接地。

上述钳形磁芯屏蔽体为硅钢片材质。

上述电磁屏蔽外壳由电磁屏蔽外层和电磁屏蔽内层构成，电磁屏蔽外层和电磁屏蔽内层之间由环氧板绝缘隔离。

上述电磁屏蔽外层和电磁屏蔽内层均为铜材质。

上述钳形磁芯、钳形磁芯W1和钳形磁芯W2、钳形磁芯W3和钳形磁芯W4为坡莫合金材质。

上述钳形磁芯、钳形磁芯W1和钳形磁芯W2、钳形磁芯W3和钳形磁芯W4的接口采用插接式并紧密闭合，防止磁漏。

本发明的各个绕组：次级绕组W1、检测绕组W1、次级绕组W2和补偿绕组W2的线径分别为：按电流密度不超过2安/毫米²考虑, 次级绕组W1采用直径为0.5毫米的漆包线，检测绕组W1和测绕组W2均采用直径为0.3毫米的漆包线绕制。绕组的匝数分别为：次级绕组W1和检测绕组W1绕制1000匝，补偿绕组W2绕制150匝。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、本发明的钳口可达到40mm，在现场使用扁钢做接地引下线也可很方便接入进行测量；

2、采用误差自动补偿技术，钳形交流微小电流传感器副边电流与原边电流无相位差、波形无特征变化，可精确测量微安级别交流电流；

3、本发明结构简单、成本较低、易于实现；

4、本发明采用双层铜屏蔽技术有效地解决了现场干扰对测量结果的影响，测试结果精确度高；

5、本发明使用时操作简便，易于熟练掌握，降低了工作人员的劳动强度，出现失误几率小，提高了安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图（钳形磁芯屏蔽体（4）和电磁屏蔽外壳（5）为剖面图）；

图2为图1中钳形磁芯（1）结构示意图；

图3为图1中第一钳形传感器（2）结构示意图；

图4为图1中第二钳形传感器（3）结构示意图；

图5为图1中钳形磁芯屏蔽体（4）的剖面结构示意图；

图6为图1中电磁屏蔽外壳（5）的剖面结构示意图；

图7为信号放大器（6）原理图；

图8为本发明的原理线路图；

图中：1、钳形磁芯；2、第一钳形传感器（2.1、钳形磁芯W1；2.2、钳形磁芯W2；2.3、次级绕组W1；2.4、检测绕组W1）；3、第二钳形传感器(3.1、钳形磁芯W3；3.2、钳形磁芯W4；3.3、次级绕组W2； 3.4、补偿绕组W2)；4、钳形磁芯屏蔽体；5、电磁屏蔽外壳（5.1、电磁屏蔽外层；5.2电磁屏蔽内层）；6、信号放大器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的大口径钳形交流微小电流传感器装置,包括钳形磁芯1，钳形磁芯1的具体结构如图2所示，钳形磁芯1的上部外侧套设有第一钳形传感器2，钳形磁芯1的下部外侧套设有第二钳形传感器3，第二钳形传感器3的外径大于或等于第一钳形传感器2，第二钳形传感器3的外侧设有钳形磁芯屏蔽体4，钳形磁芯屏蔽体4将钳形磁芯1、第一钳形传感器2和第二钳形传感器3屏蔽，钳形磁芯屏蔽体4的外侧设有电磁屏蔽外壳5，电磁屏蔽外壳5将钳形磁芯屏蔽体4屏蔽，钳形磁芯屏蔽体4和电磁屏蔽外壳5上开设有与钳形磁芯1轴向孔相通的孔，钳形磁芯屏蔽体4的内侧设有信号放大器6，信号放大器6的输入端与第一钳形传感器2电连接，信号放大器6的输出端与第二钳形传感器3电连接。

如图3所示，第一钳形传感器2包括钳形磁芯W1（2.1）和钳形磁芯W2（2.2），钳形磁芯W1（2.1）和钳形磁芯W2（2.2）合围成柱状磁芯，钳形磁芯W1（2.1）上缠绕有次级绕组W1（2.3），钳形磁芯W2（2.2）上缠绕有检测绕组W1（2.4）。

如图4所示，第二钳形传感器3包括钳形磁芯W3（3.1）和钳形磁芯W4（3.2），钳形磁芯W3（3.1）和钳形磁芯W4（3.2）合围成柱状磁芯，钳形磁芯W3(3.1)上缠绕有次级绕组W2（3.3），钳形磁芯W4（3.2）上缠绕有补偿绕组W2（3.4）。

次级绕组W1（2.3）和次级绕组W2（3.3）为同一个绕组线，作为本发明电流传感器的次级绕组。钳形磁芯1、钳形磁芯W1(2.1)和钳形磁芯W2（2.2）、钳形磁芯W3（3.1）和钳形磁芯W4（3.2）为坡莫合金材质。钳形磁芯1、钳形磁芯W1（2.1）和钳形磁芯W2（2.2）、钳形磁芯W3（3.1）和钳形磁芯W4（3.2）的接口采用插接式并紧密闭合。

信号放大器6放入原理图如图7所示，信号放大器6的输入端与检测绕组W1(2.4)的绕线引出端连接，电流经过运算放大器放大之后，再经过共射放大后，经22uf的可变电容和200Ω的可变电阻调节之后输出至补偿绕组W2(3.4)绕线一端引出端，同时共射放大后经过电压取样输出至运算放大器的反相输入端构成负反馈，达到稳定放大的作用，补偿绕组W2（3.4）绕线另一端接地。

钳形磁芯1内径≥50毫米，厚度≥8毫米；第一钳形传感器2内径≥70毫米，厚度≥10毫米；第二钳形传感器3内径≥70毫米，厚度≥10毫米。钳形磁芯屏蔽体4为硅钢片材质,电磁屏蔽外壳5由电磁屏蔽外层5.1和电磁屏蔽内层5.2构成，电磁屏蔽外层5.1和电磁屏蔽内层5.2之间由环氧板绝缘隔离。电磁屏蔽外层5.1和电磁屏蔽内层5.2均为铜材质。

本发明的工作原理参阅图8所示，采用自动补偿式的电流互感器，抑制分布电感产生的误差。现有的电流互感器之所以存在测量误差，主要是由于存在分布电容和分布电感所造成的，所谓分布电容是指在电流互感器原边绕组和次级绕组本身及两者之间的形成的电容，这项误差只有在较高频率时比较显著，并与绕组匝数多少及工艺有关。本发明采用工频电满足频率高的条件，在匝数不超过1000的条件下，其分布电容造成的误差一般控制在10^-5数量级以下。分布电感，主要是由次级线圈引起的，特别是对于次级电流较小的电流互感器, 这项因素的影响就更为明显，而本发明采用了自动补偿式的电流互感器，抑制分布电感产生的误差。

本发明采用第一钳形传感器2和第二钳形传感器3两个传感器，使用时，将被检测电流线即为图1所示的初级绕组，穿过钳形磁芯1的轴线中心孔，穿过钳形交流微小电流传感器的原边绕组与补偿绕组W2（3.4）共同对钳形磁芯W3（3.1）和钳形磁芯W4（3.2）激磁。补偿绕组W2（3.4）中的激磁电流是通过检测绕组W1（2.4）中的电流通过放大器给出的，当放大器接成负反馈时，在负反馈的作用下，绕在钳形磁芯W2（2.2）上的检测绕组W1（2.4）感应的二次电势接近等于零，钳形磁芯W2（2.2）类似于工作在零磁通状态，于是有I1= I2，其中I1为一次绕组检测绕组W1（2.4）中流过的电流，I2为补偿绕组W2（3.4）中流过的电流，互感器误差接近为零。

负反馈放大器后得到补偿绕组W2（3.4）的激磁电流，对钳形磁芯W3（3.1）和钳形磁芯W4（3.2）进行补偿。本发明为多铁芯自适应传感器电动势补偿的方式制成的小电流钳形传感器，具有精度高、测量范围宽、受外界环境影响小的特点，完全适合应用于容性设备带电测试系统中对介质损耗的测量。

Claims (8)

1.一种大口径钳形交流微小电流传感器装置，包括钳形磁芯(1)，其特征在于：所述钳形磁芯(1)的上部外侧套设有第一钳形传感器(2)，钳形磁芯(1)的下部外侧套设有第二钳形传感器(3)，所述第二钳形传感器(3)的外径大于或等于所述第一钳形传感器(2)，所述第二钳形传感器(3)的外侧设有钳形磁芯屏蔽体(4)，所述钳形磁芯屏蔽体(4)将钳形磁芯(1)、第一钳形传感器(2)和第二钳形传感器(3)屏蔽，所述钳形磁芯屏蔽体(4)的外侧设有电磁屏蔽外壳(5)，所述电磁屏蔽外壳(5)将钳形磁芯屏蔽体(4)屏蔽，所述钳形磁芯屏蔽体(4)和电磁屏蔽外壳(5)上开设有与钳形磁芯(1)轴向孔相通的孔，所述钳形磁芯屏蔽体(4)的内侧设有信号放大器(6)，所述信号放大器(6)的输入端与所述第一钳形传感器(2)电连接，所述信号放大器(6)的输出端与所述第二钳形传感器(3)电连接；所述第一钳形传感器(2)包括钳形磁芯W1(2.1)和钳形磁芯W2(2.2)，所述钳形磁芯W1(2.1)和钳形磁芯W2(2.2)合围成柱状磁芯，所述钳形磁芯W1(2.1)上缠绕有次级绕组W1(2.3)，所述钳形磁芯W2(2.2)上缠绕有检测绕组W1(2.4)；所述第二钳形传感器(3)包括钳形磁芯W3(3.1)和钳形磁芯W4(3.2)，所述钳形磁芯W3(3.1)和钳形磁芯W4(3.2)合围成柱状磁芯，所述钳形磁芯W3(3.1)上缠绕有次级绕组W2(3.3)，所述钳形磁芯W4(3.2)上缠绕有补偿绕组W2(3.4)。

2.根据权利要求1所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述钳形磁芯(1)内径≥50毫米，厚度≥8毫米；第一钳形传感器(2)内径≥70毫米，厚度≥10毫米；第二钳形传感器(3)内径≥70毫米，厚度≥10毫米。

3.根据权利要求2所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述信号放大器(6)的输入端与检测绕组W1(2.4) 的绕线引出端连接，信号放大器(6)输出端与补偿绕组W2(3.4)绕线引出端连接，所述补偿绕组W2(3.4)绕线另一端接地。

4.根据权利要求3所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述钳形磁芯屏蔽体(4)为硅钢片材质。

5.根据权利要求3所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述电磁屏蔽外壳(5)由电磁屏蔽外层(5.1)和电磁屏蔽内层(5.2)构成，电磁屏蔽外层(5.1)和电磁屏蔽内层(5.2)之间由环氧板绝缘隔离。

6.根据权利要求5所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述电磁屏蔽外层(5.1)和电磁屏蔽内层(5.2)均为铜材质。

7.根据权利要求1或2或3所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述钳形磁芯(1)、钳形磁芯W1(2.1)和钳形磁芯W2(2.2)、钳形磁芯W3(3.1)和钳形磁芯W4(3.2)为坡莫合金材质。

8.根据权利要求7所述的大口径钳形交流微小电流传感器装置，其特征在于：所述钳形磁芯(1)、钳形磁芯W1(2.1)和钳形磁芯W2(2.2)、钳形磁芯W3(3.1)和钳形磁芯W4(3.2)的接口采用插接式并紧密闭合。