CN104714070A - 一种采用差分线圈结构的电流传感器 - Google Patents

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张树华
梁永亮
李基森
陈玫
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Abstract

本发明为一种采用差分线圈结构的电流传感器，包括一次电流载流体、一次电流传感单元、补偿绕组、双屏蔽双绞线、铜排、一次导体、空心线圈、回线、骨架、航空插头。所述一次电流载流体贯穿一次电流传感单元的中心，补偿绕组的金属屏蔽壳与信号传输线的屏蔽层，航空插头的金属部分构成一个整体，以提高二次信号的信噪比。空心线圈的作用是为提高工频磁场抗扰度。本发明通过改善空心线圈内部结构，在线圈的内部加入回线，并制作两个结构和性能参数一致的空心线圈；通过同名端串接的差分结构抵消外部磁场干扰，使其二次输出精度满足0.2级电能计量的要求。

Description

一种采用差分线圈结构的电流传感器
技术领域
本发明一种采用差分线圈结构的电流传感器涉及的是用于电力系统电流测量和继电保护领域的电子式电流互感器中的重要组成部分，即为一种采用空心线圈为传感单元的电流传感器。
背景技术
自变压器问世以来，电磁式的电流互感器得到了充分的发展，然而随着电力系统传输容量不断增加和电压等级不断的提高，电磁式电流互感器已暴露出越来越多固有的缺点，难以满足电力系统发展的要求。随着以微机技术为基础的继电保护和测量系统的广泛应用，对输入信号的功率需求大大降低。在此形势下给电子式电流互感器在电力系统中的应用带来契机。
目前电子式电流互感器大部分采用空心线圈作为传感单元，空心线圈又名Rogowski线圈，是将铜线均匀绕在非导磁骨架上制成的。这种线圈由于不含铁心，没有铁磁饱和、铁磁谐振和磁滞等缺点，具有线性度好，测量范围宽，瞬态响应特性好的特点，特别适合应用在继电保护方面。但空心线圈容易受外界磁场的干扰，产品二次输出的稳定性不高，精度难以实现0.5级或更高准确级级别，不能满足电能计量的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服空心线圈二次输出信号的稳定性不高，容易受外部磁场干扰的不足，提供一种结构简单，安装方便、精度可实现0.2级的采用差分线圈结构的电流传感器。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种采用差分线圈结构的电流传感器，主要由一次电流载流体、一次电流传感单元、补偿绕组、双屏蔽双绞线、铜排、一次导体、空心线圈、回线、骨架组成，所述一次电流载流体垂直贯穿一次电流传感单元的中心，一次电流产生的磁通在一次电流传感单元的内部铰链，并产生感应电动势，用于感应外部干扰的补偿绕组不通过一次电流，在保证绝缘的基础上靠近一次电流传感单元安装，补偿绕组二次输出与一次电流传感单元二次输出的同名端串联连接。
所述一次电流载流体由铜排与一次导体焊接而成，一次导体的截面积为圆形，外型为U字型的导电杆。
所述补偿绕组具有与一次电流传感单元完全相同的结构，且两者的互感系数也相同。
所述补偿绕组安装位置的中心轴线与一次电流传感单元的中心轴线重合，并且补偿绕组的线圈端面与一次电流传感单元的端面平行。
所述一次电流传感单元由至少一个空心线圈作为传感元件，用材料为铜的漆包线在骨架上均匀绕制而成。
所述骨架的制作材料选用一种非导磁的绝缘材料。
所述骨架形状为一圆环，圆环的内半径为Ra，外半径为Rb，截面积为一直径为d的圆。
所述空心线圈的内部制作一圈与空心线圈绕向相反的回线。
所述回线处于空心线圈的中心位置，形状为一圆环，圆环的半径为Rc，并且使Rc＝(Ra+Rb)/2。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为板发明的一次电流载流体结构示意图
图3为本发明的空心线圈结构示意图
图4为本发明的线圈骨架外形图
图中：1-一次电流载流体；2-一次电流传感单元；3-补偿绕组；4-双屏蔽双绞线；5-铜排；6-一次导体；7-空心线圈；8-回线；9-骨架。
具体实施方式
如图1、图2、图3及图4所示，本发明一种采用差分线圈结构的电流传感器主要由一次电流载流体1、一次电流传感单元2、补偿绕组3、双屏蔽双绞线4、铜排5、一次导体6、空心线圈7、回线8、骨架和带金属屏蔽的航空插头构成一个整体。所述的一次电流载流体1为单匝式的一次绕组，由铜排5与一次导体6焊接而成，一次导体6的尺寸由额定一次电流的大小和动热稳定电流值确定。
所述的一次电流传感单元2由空心线圈7和金属屏蔽壳组装在一起，内部可用环氧树脂填充固定，空心线圈7绕线的匝数及骨架9的尺寸大小由产品的额定一次电流有效值得大小及二次输出信号的大小决定，金属屏蔽壳为一截面积为圆的环形金属壳体，可选用薄铜板冲压成型，起电场屏蔽的作用。
所述的补偿绕组3的结构、尺寸大小和性能参数与一次电流传感单元2一致，补偿绕组二次输出与一次电流传感单元2二次输出的同名端串联连接，异名端通过屏蔽线与航空插头的组合方式输出，通过双线圈的差分结构抵消外部磁场干扰。
所述的空心线圈7是用材料为铜的漆包线在非导磁的骨架上均匀绕制而成，骨架9的材料可选用环氧玻璃纤维等非导磁绝缘材料，通过机床精加工，使骨架9的表面光滑，且截面积均匀。
所述一种采用差分线圈结构的电流传感器安装时，在保证绝缘的基础上，二次绕组和补偿绕组3尽可能近的安装在一起，使外部干扰磁场在二次绕组和补偿绕组3上的感应电动势大小一致，方向相反，使二次输出的干扰信号互相抵消。

Claims (9)

1.一种采用差分线圈结构的电流传感器，主要由一次电流载流体、一次电流传感单元、补偿绕组、双屏蔽双绞线、铜排、一次导体、空心线圈、回线、骨架组成，其特征在于：所述一次电流载流体垂直贯穿一次电流传感单元的中心，一次电流产生的磁通在一次电流传感单元的内部铰链，并产生感应电动势，用于感应外部干扰的补偿绕组不通过一次电流，在保证绝缘的基础上靠近一次电流传感单元安装，补偿绕组二次输出与一次电流传感单元二次输出的同名端串联连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述一次电流载流体由铜排与一次导体焊接而成，一次导体的截面积为圆形，外型为U字型的导电杆。
3.根据权利要求1所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述补偿绕组具有与一次电流传感单元完全相同的结构，且两者的互感系数也相同。
4.根据权利要求1或3所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述补偿绕组安装位置的中心轴线与一次电流传感单元的中心轴线重合，并且补偿绕组的线圈端面与一次电流传感单元的端面平行。
5.根据权利要求1所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述一次电流传感单元由至少一个空心线圈作为传感元件，用材料为铜的漆包线在骨架上均匀绕制而成。
6.根据权利要求1或5所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述骨架的制作材料选用一种非导磁的绝缘材料。
7.根据权利要求1或5所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述骨架形状为一圆环，圆环的内半径为Ra，外半径为Rb，截面积为一直径为d的圆。
8.根据权利要求1或5所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述空心线圈的内部制作一圈与空心线圈绕向相反的回线。
9.根据权利要求8所述的一种采用差分线圈结构的电流传感器，其特征在于：所述回线处于空心线圈的中心位置，形状为一圆环，圆环的半径为Rc，并且使Rc＝(Ra+Rb)/2。
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