CN103219140A - 一种电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流互感器，包括铁芯、一次绕组和二次绕组，铁芯上设有至少一个沿切割磁力线方向排列的气隙，且铁芯的截面积为0.5-3.5cm²；一次绕组的匝数为1-25匝，且一次绕组的线圈截面积为0.5-4mm²；二次绕组的匝数为10001-30000匝，且二次绕组的线圈直径范围为0.05-0.3mm。本发明的有益效果是提供了一种电流互感器，当初级电流升至额定电流的20-60倍时，该电流互感器能准确传变衰减时间常数为20-200ms的直流分量，能真实反映非周期的衰减状态，其输出波形不易饱和且不畸变，还能消除故障切除后次级波形产生拖尾的现象。

Description

一种电流互感器

技术领域

本发明涉及一种电流互感器，尤其涉及一种用于电力系统微机继电保护中测量短路电流及非周期分量的电流互感器。

背景技术

在电力系统一次设备出现短路故障时，系统中会出现正常工作电流20倍以上的短路电流，但由于回路中存在电感，所以系统中的电路电流不会立即增大，故在刚开始的瞬间，即t=0时，也会出现一个与周期分量电流相反且衰减的直流，即非周期分量，该非周期分量与短路电流相叠加。当电压初始角度为0°-180°时，短路电流的最大瞬时值在短路后半个周期波内出现，通常为1.8Im。而传统互感器在电流上升至额定值的20倍后，铁芯的磁通已经接近饱和，从而会导致输出波形畸变、次级传变的非周期分量提前衰减、故障切除后次级输出带有拖尾等后果。随着近几年系统的升级，也对互感器提出了更高的要求，比如说要求互感器能精确测量正常工作电流的30倍甚至是40倍的短路电流，并能准确真实地反映非周期分量的波形等，而这些要求对于现有技术中的互感器来说，是很难实现的，尤其是在系统出现短路故障、互感器初级电流升至额定电流的20倍-60倍时，现有的电流互感器更是不能准确传变衰减时间常数为20-200ms的直流分量，没有良好的过渡过程响应，也不能真实反映非周期分量的衰减状态，其输出波形易饱和、易畸变，且在故障切除后一次电流为零时次级波形会出现拖尾等现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中在系统出现短路故障以及其初级电流升至额定电流的20-60倍时，电流互感器不能准确传变衰减时间常数为20-200ms的直流分量、不能真实反映非周期分量的衰减状态、其输出波形易饱和和畸变以及在故障切除后一次电流为零时次级电流会出现拖尾等上述缺陷，提供一种当初级电流升至额定电流的20-60倍时能准确传变衰减时间常数为20-200ms的直流分量、能真实反映非周期分量的衰减状态、输出波形不饱和且不畸变、能消除故障切除后次级波形拖尾现象的电流互感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电流互感器，包括铁芯、一次绕组和二次绕组，铁芯上设有至少一个沿切割磁力线方向排列的气隙，且铁芯的截面积为0.5-3.5cm²；一次绕组的匝数为1-25匝，且一次绕组的线圈截面积为0.5-4mm²；二次绕组的匝数为10001-30000匝，且二次绕组的线圈直径范围为0.05-0.3mm。

本发明所述电流互感器的工作原理为：在系统产生非周期分量的瞬间，且遇最大短路角时，第一个波的幅值可增大到稳态短路电流的1.8倍，然后按1.47倍、1.29倍等依次衰减，直至稳态。因此互感器在传变前几个波时，铁芯在B相当高的状态，易导致波形饱和及励磁电流过大，且剩磁的影响亦会加大铁芯的饱和状态，因此设计时要在有限的体积内降低铁芯在最大工作电流下的磁通，提高电流互感器的励磁电感，选取或设计低剩磁的铁芯。

在本发明所述电流互感器中，铁芯的截面积为0.5-3.5cm²，二次绕组的匝数为10001-30000匝，这样就能保证在有限的体积内将最大工作电流下的磁通降到饱和区域以下，使得其输出波形不易饱和，也不畸变。另外，当一次电流传变到次级时，由于磁通已经接近饱和区域，励磁电感较小，相当一部分非周期分量从励磁支路流回，而使二次电流中的非周期分量大大消弱，从而影响次级输出对于非周期分量的真实反映，同时因为励磁电流的存在，使一次电流与二次电流存在一定的相角差，因此在保护动作后，一次电流已为零，而二次电流因相角差的存在而产生拖尾现象，故发明中具有足够大的截面面积的铁芯以及匝数足够多的二次绕组能消除故障切除后次级波形拖尾的现象，其励磁阻抗大，因而本发明所述电流互感器能在20-60倍额定电流下准确传变衰减时间常数为20-200ms的直流分量，能真实反映非周期分量的衰减状态，还能消除故障切除后次级波形拖尾的现象。

在本发明所述技术方案中，铁芯上设有至少一个沿切割磁力线方向排列的气隙。通常电流互感器在遇到直流分量时，直流的影响使得互感器铁芯快速进入饱和区域，使得电流互感器因饱和或感抗下降而导致输出波形畸变或跟随差，故在铁芯上开设适当数量的气隙可使因直流导致的剩磁大幅快速降低，从而使得铁芯的磁密度始终控制在非饱和状态。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，二次绕组两端并联有电阻，且电阻阻值为1欧姆-5000欧姆。在二次绕组两端并联电阻可以将电流转换为电压形式输出。另外，该电阻阻值为1欧姆-5000欧姆，如若电阻阻值大于5000欧姆，则会影响所述电流互感器的反应特性，比如说会使得所述电流互感器的直流分量反应能力下降等。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，一次绕组的匝数为1-15匝，二次绕组的匝数为10001-20000匝。系统短路时，在电流互感器铁芯中将出现几十倍于额定工作状态的磁通，故障切除后，铁芯中产生很大的剩磁，而当剩磁方向与下次短路时非周期分量磁化方向相同时，将使铁芯饱和程度增大，从而使电流互感器的过渡过程响应特性恶化，而当短路重合于故障线路时，也可能影响继电保护再次切除故障。故本发明所述技术方案中所选用铁芯在沿切割磁力线方向上设有气隙，气隙的存在会使得励磁电感变小，导致一部分非周期分量从励磁支路中分流，从而降低电流互感器的测量精度。为了能降低铁芯在最大工作电流下的磁通和提高电流互感器的励磁电感，这就需要足够大的体积，但体积过大也会导致装置过大且过于笨重，为了克服这些问题，本发明所述技术方案中将一次绕组的匝数限制在1-15匝，二次绕组的匝数定为10001-20000匝，这样就实现了在有限的体积内降低铁芯在最大工作电流下的磁通，提高了电流互感器的励磁电感。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，铁芯由至少一叠EI铁芯或至少一付ED铁芯或至少一付环形切口铁芯或至少一付矩形切口铁芯或至少一叠矩形切口铁芯片中的一项或多项组成。

作为对本发明所述技术方案的一种改进，铁芯由至少一付环形切口铁芯与一付环形闭合铁芯相叠加组成或由至少一付矩形切口铁芯与一付矩形闭合铁芯相叠加组成。

另外，在本发明所述技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本技术领域中的常规手段来实现本技术方案。

因此，本发明的有益效果是提供了一种电流互感器，当初级电流升至额定电流的20-60倍时，所述电流互感器能准确传变衰减时间常数为20-200ms的直流分量，能真实反映非周期的衰减状态，其输出波形不易饱和且不畸变，还能消除故障切除后次级波形产生拖尾的现象。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明所述电流互感器的结构示意图；

图2是不带气隙的EI铁芯的结构示意图；

图3、图4、图5和图6是本发明沿切割磁力线方向切割后带有不同位置的气隙的EI铁芯的结构示意图；

图7是单侧设有气隙的环形铁芯的结构示意图；

图8为双侧设有气隙的环形铁芯的结构示意图；

图9是实施例二中ED铁芯的结构示意图；

图10是双侧设有气隙的矩形铁芯的结构示意图；

图11是单侧设有气隙的矩形铁芯的结构示意图；

图12是双侧设有气隙的矩形铁芯片的结构示意图；

图13是单侧设有气隙的矩形铁芯片的结构示意图；

图14、图15是ED铁芯、矩形铁芯或矩形铁芯片沿切割磁力线的方向切割后带有不同位置和方向气隙的结构示意图；

现将附图中的标号说明如下：1为气隙，2为E片，3为I片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

如图1所示，一种电流互感器，包括铁芯、一次绕组和二次绕组，其中，铁芯的截面积为0.5-3.5cm2，且铁芯上沿切割磁力线方向设有至少一个气隙1；一次绕组的匝数为1-25匝，优选为1-15匝；二次绕组的匝数为10001-30000匝，优选为10001-20000匝；除此之外，一次绕组的线圈截面积为0.5-4mm²，优选为1mm²，二次绕组的线圈直径范围为0.05-0.3mm，优选为0.1mm。

在本实施例中，在二次绕组两端还并联有电阻，该电阻的阻值范围为1欧姆-5000欧姆。另外，铁芯可以由一叠带气隙的EI铁芯或至少一对ED铁芯或至少一付环形切口铁芯或至少一付矩形切口铁芯中的一项或多项组成。如图2所示，本实施例的铁芯由E片2和I片3叠加组成，E片2和I片3相接触的部分为气隙1；每片EI铁芯的长度为28-40mm，高度为25-40mm，叠加后的厚度为10-45mm在本实施例中长度、高度和厚度分别优选为30mm，30mm和40mm。当然，也可以采用如图3所示的一叠切割后的EI铁芯叠加组成。另外，在本实施例中，气隙1的位置可不同，分别如图4、图5和图6所示。

实施例二：

如图7和图8所示，本实施例与实施例一基本相同，不同之处仅在于本实施例采用的铁芯为环形铁芯，该环形铁芯的截面积为2cm²，一次绕组的匝数为5匝，二次绕组的匝数为15000匝，一次绕组的线圈截面积为1.5mm²，二次绕组的线圈截面积为0.1mm²。

在本实施例二中，二次绕组两端还可以并联一个电阻，该电阻阻值范围为1欧姆-5000欧姆。铁芯可以由至少一付环形切口铁芯组成。如图8所示，本实施例只采用一付设有气隙1的环形铁芯，该环形铁芯的外径为18-40mm，内径为12-30mm，厚度为6-18mm，且外径、内径和厚度分别优选为36mm、20mm和16mm。当然也可以采用设有气隙1的环形铁芯和不设气隙1的环形铁芯相叠加使用，或者可以采用如图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15所示的一付ED铁芯或至少两付ED铁芯或者一付矩形切口铁芯或者至少两付矩形切口铁芯相并排或相叠加组成。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种电流互感器，包括铁芯、一次绕组和二次绕组，其特征在于，所述铁芯上设有至少一个沿切割磁力线方向排列的气隙，且铁芯的截面积为0.5-3.5cm²；所述一次绕组的匝数为1-25匝，且一次绕组的线圈截面积为0.5-4mm²；所述二次绕组的匝数为10001-30000匝，且二次绕组的线圈直径范围为0.05-0.3mm。

2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述二次绕组两端并联有电阻，且所述电阻阻值为1欧姆-5000欧姆。 

3.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于，所述一次绕组的匝数为1-15匝，二次绕组的匝数为10001-20000匝。 

4.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述铁芯由至少一叠EI铁芯或至少一付ED铁芯或至少一付环形切口铁芯或至少一付矩形切口铁芯或至少一叠矩形切口铁芯片中的一项或多项组成。 

5.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述铁芯由至少一付环形切口铁芯与一付环形闭合铁芯相叠加组成或由至少一付矩形切口铁芯与一付矩形闭合铁芯相叠加组成。 

Images