CN104835639A

CN104835639A - 电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器

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Publication number: CN104835639A
Application number: CN201510238851.4A
Authority: CN
Inventors: 林纪秋; 林琳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: CN104835639B

Abstract

本发明公开的电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，能够单独使用其一个二次绕组的两端提供一个采样信号并输入到电子电路板上的一个信号处理电路，经处理之后在电路的两个输出端同时输出两个正弦波形的模拟信号，一个用于电流测量计量的测量信号，一个用于电流保护控制用的保护信号，使得本发明公开的电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器同时具备测量功能和保护功能，实现了测量用电流互感器和保护用电流互感器合并为一个电流互感器共用的目标，其性能出众、成本低廉，适用性广阔，具有显著的经济及技术效果。

Description

电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器

技术领域

本发明涉及电力行业使用的一种交流电流互感器，尤其涉及电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器。

背景技术

电流互感器是电力系统中最基本的设备之一。

历经一百多年的发展，迄今为止还没有一种电流互感器能单独用其一个二次绕组或一个空心线圈的两端提供一个信号同时为电流测量计量和电流保护控制提供实质性的应用，换句话说，测量用电流互感器不能作为保护用电流互感器使用，保护用电流互感器不能作为测量用电流互感器使用，两者都不单独具备同时测量与保护的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供可同时实现测量用电流互感器和保护用电流互感器功能的电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器。

本发明采用的技术方案是：

电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其包括作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆，由非磁性金属材料成型的屏蔽盒以及设置于屏蔽盒内部的二次绕组，所述二次绕组缠绕在圆环形绕线骨架上，所述屏蔽盒接地，屏蔽盒对应二次绕组的中心孔处设有非磁性金属管构成的金属通孔，作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置，所述二次绕组的两端分别通过一接地电阻接地，所述二次绕组的两端与一电子电路板上指定的两个输入端通过两芯航空插接头和双芯屏蔽信号电缆进行电连接，所述电子电路板设置于一接地的金属屏蔽箱内，所述电子电路板上设有信号处理电路，所述二次绕组的两端向电子电路板上的指定的两个输入端即信号处理电路的两个同相输入端输出采样信号，所述信号处理电路对输入的采样信号进行处理之后在电路的两个输出端同时输出一个用于电流测量计量的测量信号和一个用于电流保护控制用的保护信号，测量信号和保护信号均为正弦波形的模拟信号。

所述二次绕组两端输出的采样信号是差模信号，为两个相位相反、幅值相等、并与一次电流成正比的对地电压信号。

所述的作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置，单芯交联电缆的额定电压就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定工作电压，单芯交联电缆的允许载流量就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定一次电流，单芯交联电缆的铜带或铜丝屏蔽层按有关技术规定制作设置接地线接地，单芯交联电缆的端部具有压接的接线端子并且该单芯交联电缆端部按有关技术规定制作设置与该单芯交联电缆电压等级相应的电缆预制终端装置或电缆终端头，所述的单芯交联电缆作为互感器的单匝式一次绕组应串联连接在待测的电力线路上。

所述圆环形绕线骨架为冷轧硅钢板材料制成的圆环形卷铁芯，所述设置于屏蔽盒内部的二次绕组是采用普通的漆包线缠绕在圆环形卷铁芯上，构成低压干式绝缘的单匝穿心式铁芯电流互感器，该铁芯电流互感器的额定二次电流为5A，准确级为0.5级，圆环形卷铁芯的截面积满足在一次电流达到设计的额定准确限值一次电流时圆环形卷铁芯不饱和，所述的二次绕组的中心孔内径尺寸比单匝一次绕组所选用的单芯交联电缆的外径大8～10mm,圆环形卷铁芯的内径、外径及高度根据圆环形卷铁芯的截面积、二次绕组的中心孔内径、二次绕组的匝数、漆包线线径以及满足圆环形卷铁芯具有最小平均磁路长并使圆环形卷铁芯有绕制漆包线空间的条件决定，所述二次绕组的两端分别通过一接地电阻接地，每个接地电阻的阻值相同，为0.01Ω～0.1Ω。

所述圆环形绕线骨架为非磁性圆环形绕线骨架，所述设置于屏蔽盒内部的二次绕组缠绕在非磁性圆环形绕线骨架上构成空心线圈，所述的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置构成空心线圈电流互感器，所述二次绕组即空心线圈的两端分别通过一接地电阻接地，每个接地电阻的阻值相同，为50Ω～10KΩ。

所述屏蔽盒包括可容纳缠绕在圆环形绕线骨架上的二次绕组的壳体、可拆卸的底盖和非磁性金属管；所述壳体相对两面对应二次绕组的中心孔处设有与该中心孔同轴的圆孔；所述非磁性金属管穿过圆孔设置，所述的非磁性金属管在屏蔽盒的壳体装入二次绕组后穿过二次绕组的中心孔且金属管的两端分别与壳体的相对两面的圆孔孔边紧密电连接后形成屏蔽盒的金属通孔；所述非磁性金属管是一薄壁的管子，管子的内径尺寸比作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆的外径大，管子的外径尺寸比二次绕组的中心孔内径小；作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置；所述底盖可拆卸安装于壳体的底部，所述底盖的中心装配有一双芯航空插接头；所述底盖为内凹式，所述底盖通过螺丝固定于壳体底部内侧，所述的屏蔽盒接地。

所述二次绕组的两端通过屏蔽盒底盖上的两芯航空插接头、双芯屏蔽信号电缆的两芯以及设在接地的金属屏蔽箱箱体上的两芯航空插接头与金属屏蔽箱内的电子电路板上信号处理电路的两个同相输入端一一对应电连接，双芯屏蔽信号电缆两端的屏蔽层接地。

所述信号处理电路包括十个电路模块；第一电路模块是由两个其截止频率为工频频率的一阶低通滤波器构成的同相并联的滤波放大电路，其增益是可调的；第二和第三电路模块是相同的，都是由两个其截止频率为工频频率的二阶巴特沃斯低通滤波器构成具有固定增益的同相并联的滤波放大电路；第四、第五、第八和第九电路模块是相同的，都是由两个可调整的超前移相电路构成的同相并联的相位调整电路；第七电路模块是由两个电压跟随器构成的同相并联的阻抗变换电路；第六和第十电路模块是相同的，都是由一个差动放大电路后接一个电压跟随器构成的信号输出电路；

所述二次绕组的两端向电子电路板上指定的两个输入端即信号处理电路的第一电路模块的两个同相输入端输入采样信号，第一电路模块的两个输出端与第二电路模块的两个输入端电连接，第二电路模块的两个输出端的输出分成两路：一路与第三电路模块的两个输入端电连接，第三电路模块的两个输出端与第四电路模块的两个输入端电连接，第四电路模块的两个输出端与第五电路模块的两个输入端电连接，第五电路模块的两个输出端与第六电路模块的两个输入端电连接，在第六电路模块的电压跟随器输出端输出用于电流测量计量的测量信号，所述测量信号为正弦波形的模拟信号；第二电路模块输出的另一路与第七电路模块的两个输入端电连接，第七电路模块的两个输出端与第八电路模块的两个输入端电连接，第八电路模块的两个输出端与第九电路模块的两个输入端电连接，第九电路模块的两个输出端与第十电路模块的两个输入端电连接，在第十电路模块的电压跟随器输出端输出用于电流保护控制的保护信号，所述保护信号为正弦波形的模拟信号。

所述信号处理电路中的电路模块是可以增、减的，当被测量的电流中包含更为严重的谐波干扰时，可以在第一电路模块后面增添一个与第二或第三电路模块完全相同的、由两个其截止频率为工频频率的二阶巴特沃斯低通滤波器构成的具有固定增益的同相并联滤波放大电路；当被测量的电流中的谐波干扰较少且需要获取更为快捷的保护信号时，可以把第七电路模块的两个输入端由和第二电路模块两个输出端的电连接改为与第一电路模块两个输出端的电连接。

本发明采用以上技术方案，即采用交联电缆作为互感器的单匝式一次绕组，互感器一、二次绕组之间的绝缘由交联电缆的交联聚乙烯绝缘层来承担，从而改变了传统的绝缘油、电工瓷、六氟化硫气体等绝缘方式；改变传统铁芯设计增加其有效截面积，又通过对铁芯截面积、中心孔内径、二次绕组匝数和漆包线线径等计算并经实验性绕制后再调整得到铁芯的几何尺寸以便尽可能的减小铁芯的平均磁路长，降低二次负荷阻抗并把传统的电流互感器的电流输出改变为电压信号输出，从而降低了互感器的误差；采用接地的非磁性金属材料屏蔽盒屏蔽一次绕组及其它外部空间对二次绕组采样信号的电磁干扰，并应用一个可方便增减、可灵活连接应用的信号处理电路继续处理微弱的、受干扰的采样信号，从而提高了信号的测量精度和扩展了信号的可测量范围；最终把一个二次绕组的两端提供的一个采样信号，即把一个来源于同一采样点、同一信号源的信号变成一个测量信号和一个保护信号同时为电流测量计量和保护控制使用，换句话说，本发明的技术方案使得一个缠绕在圆环形卷铁芯骨架或非磁性圆环形绕线骨架上的二次绕组同时具备了测量功能和保护功能，测量用电流互感器和保护用电流互感器能够合并成一个电流互感器共用；并且本发明采用的技术方案是依据所选用的单芯交联电缆来作为互感器的单匝式一次绕组的，所以被选用的单芯交联电缆的额定电压就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定工作电压，单芯交联电缆的允许载流量就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定一次电流，大大简化互感器设计及工艺制造，扩大了互感器的适用范围。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器屏蔽盒和内装的二次绕组及两个接地电阻的正面局部剖视图；

图2本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器屏蔽盒和内装的二次绕组及两个接地电阻的侧面剖视图；

图3本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器安装应用接线示意图；

图4本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的信号处理电路的电路框图；

图5本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第一电路模块的电路图；

图6本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第二电路模块的电路图；

图7本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第三电路模块的电路图；

图8本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第四电路模块的电路图；

图9本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第五电路模块的电路图；

图10本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第六电路模块的电路图；

图11本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第七电路模块的电路图；

图12本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第八电路模块的电路图；

图13本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第九电路模块的电路图；

图14本发明电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的第十电路模块的电路图。

具体实施方式

如图1至图14之一所示，本发明包括作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1，由非磁性金属材料成型的屏蔽盒2以及设置于屏蔽盒2内部的二次绕组25，所述二次绕组25缠绕在圆环形绕线骨架26上，所述屏蔽盒2接地，屏蔽盒2对应二次绕组25的中心孔处设有非磁性金属管22构成的金属通孔，作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置，所述二次绕组25的两端分别通过一接地电阻23接地，所述二次绕组25的两端与一电子电路板9上指定的两个输入端通过两芯航空插接头8和双芯屏蔽信号电缆7进行电连接，所述电子电路板9设置于一接地的金属屏蔽箱3内，所述电子电路板9上设有信号处理电路，所述二次绕组25的两端向电子电路板9上的指定的两个输入端即信号处理电路的两个同相输入端输出采样信号，所述信号处理电路对输入的采样信号进行处理之后在电路的两个输出端同时输出一个用于电流测量计量的测量信号和一个用于电流保护控制用的保护信号，测量信号和保护信号均为正弦波形的模拟信号。

所述二次绕组25两端输出的采样信号是差模信号，为两个相位相反、幅值相等、并与一次电流成正比的对地电压信号。

所述的作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置，单芯交联电缆1的额定电压就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定工作电压，单芯交联电缆1的允许载流量就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定一次电流，单芯交联电缆1的铜带或铜丝屏蔽层按有关技术规定制作设置接地线接地，单芯交联电缆1的端部具有压接的接线端子并且该单芯交联电缆端部按有关技术规定制作设置与该单芯交联电缆1电压等级相应的电缆预制终端装置或电缆终端头5，所述的单芯交联电缆1作为互感器的单匝式一次绕组应串联连接在待测的电力线路上。

所述圆环形绕线骨架26为冷轧硅钢板材料制成的圆环形卷铁芯，所述设置于屏蔽盒2内部的二次绕组25是采用普通漆包线缠绕在圆环形卷铁芯上构成低压干式绝缘的单匝穿心式铁芯电流互感器，该铁芯电流互感器的额定二次电流为5A，准确级为0.5级，圆环形卷铁芯的截面积满足在一次电流达到设计的额定准确限值一次电流时圆环形卷铁芯不饱和，所述的二次绕组25的中心孔内径尺寸比单匝一次绕组所选用的单芯交联电缆1的外径大8～10mm,圆环形卷铁芯的内径、外径及高度根据圆环形卷铁芯的截面积、二次绕组的中心孔内径、二次绕组的匝数、漆包线线径以及满足圆环形卷铁芯具有最小平均磁路长并使圆环形卷铁芯有绕制漆包线空间的条件决定，所述二次绕组25的两端分别通过一接地电阻23接地，每个接地电阻23的阻值相同，为0.01Ω～0.1Ω。

所述圆环形绕线骨架26为非磁性圆环形绕线骨架，所述设置于屏蔽盒2内部的二次绕组25缠绕在圆环形绕线骨架26上则构成空心线圈，所述的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置构成空心线圈电流互感器，所述二次绕组25即空心线圈的两端分别通过一接地电阻23接地，每个接地电阻23的阻值相同，为50Ω～10KΩ。

所述屏蔽盒2包括可容纳缠绕在圆环形绕线骨架26上的二次绕组25的壳体、可拆卸的底盖24和非磁性金属管22；所述壳体相对两面对应二次绕组25的中心孔处设有与该中心孔同轴的圆孔；所述非磁性金属管22穿过圆孔设置，所述的非磁性金属管22在屏蔽盒2的壳体装入二次绕组25后穿过二次绕组25的中心孔且非磁性金属管22的两端分别与壳体的相对两面的圆孔孔边紧密电连接后形成屏蔽盒2的金属通孔；所述非磁性金属管22是一薄壁的管子，非磁性金属管子22的内径尺寸比作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆的外径大，非磁性金属管子22的外径尺寸比二次绕组的中心孔内径小；作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置；所述底盖24可拆卸安装于壳体的底部，所述底盖24的中心装配有一双芯航空插接头8；所述底盖24为内凹式，所述底盖24通过螺丝固定于壳体底部内侧，所述的屏蔽盒2接地。

所述二次绕组25的两端通过屏蔽盒2的底盖24上的两芯航空插接头8、双芯屏蔽信号电缆7的两芯以及设在接地的金属屏蔽箱3的箱体上的两芯航空插接头8与金属屏蔽箱3内的电子电路板9上信号处理电路的两个同相输入端一一对应连接，双芯屏蔽信号电缆7两端的屏蔽层接地。

所述二次绕组25的两端向电子电路板9上指定的两个输入端即信号处理电路的第一电路模块的两个同相输入端输入采样信号，第一电路模块的两个输出端与第二电路模块的两个输入端电连接，第二电路模块的两个输出端的输出分成两路：一路与第三电路模块的两个输入端电连接，第三电路模块的两个输出端与第四电路模块的两个输入端电连接，第四电路模块的两个输出端与第五电路模块的两个输入端电连接，第五电路模块的两个输出端与第六电路模块的两个输入端电连接，在第六电路模块的电压跟随器输出端输出用于电流测量计量的测量信号V₀₁，所述测量信号V₀₁为正弦波形的模拟信号；第二电路模块输出的另一路与第七电路模块的两个输入端电连接，第七电路模块的两个输出端与第八电路模块的两个输入端电连接，第八电路模块的两个输出端与第九电路模块的两个输入端电连接，第九电路模块的两个输出端与第十电路模块的两个输入端电连接，在第十电路模块的电压跟随器输出端输出用于电流保护控制的保护信号V₀₂，所述保护信号V₀₂为正弦波形的模拟信号。

所述信号处理电路中的电路模块是可以增、减的，当被测量的电流中包含更为严重的谐波干扰时，可以在第一电路模块后面增添一个与第二或第三电路模块完全相同的、由两个其截止频率为工频频率的二阶巴特沃斯低通滤波器构成的具有固定增益的同相并联滤波放大电路，以便在信号处理电路的输出端获得更为精确的测量和保护信号；当被测量的电流中的谐波干扰较少且需要获取更为快捷的保护信号时，可以把第七电路模块的两个输入端由和第二电路模块两个输出端的电连接改为与第一电路模块两个输出端的电连接。

实施例一：

本发明包括作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1，由非磁性金属材料成型的屏蔽盒2以及设置于屏蔽盒2内部的二次绕组25，所述非磁性金属材料是指非磁性的不锈钢、铜、铝等金属的板材、丝网，或所述非磁性金属材料是在塑料的材质上喷涂或电镀非磁性金属层，或所述非磁性金属材料是将非磁性金属丝网与塑料材质相融合形成的材料，以及半导体漆、半导体纸、半导体橡胶等材料；所述二次绕组25缠绕在圆环形绕线骨架26上，所述屏蔽盒2接地，屏蔽盒2对应二次绕组25的中心孔处设有非磁性金属管22构成的金属通孔，作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置，所述二次绕组25的两端分别通过一接地电阻23接地，所述二次绕组25的两端与一电子电路板9上指定的两个输入端通过两芯航空插接头8和双芯屏蔽信号电缆7进行电连接，所述电子电路板9设置于一接地的金属屏蔽箱3内，所述电子电路板9上设有信号处理电路，所述二次绕组25的两端向电子电路板9上的指定的两个输入端即信号处理电路的两个同相输入端输出采样信号，所述信号处理电路对输入的采样信号进行处理之后在电路的两个输出端同时输出一个用于电流测量计量的测量信号V₀₁和一个用于电流保护控制用的保护信号V₀₂，测量信号和保护信号均为正弦波形的模拟信号。

所述的作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置，单芯交联电缆1的额定电压就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定工作电压，单芯交联电缆1的允许载流量就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定一次电流，单芯交联电缆1的铜带或铜丝屏蔽层按有关技术规定制作设置接地线接地，单芯交联电缆1的端部具有压接的接线端子并且该单芯交联电缆端部按有关技术规定制作设置与该单芯交联电缆电压等级相同的电缆预制终端装置或电缆终端头5，所述的单芯交联电缆1作为互感器的单匝式一次绕组应串联连接在待测的电力线路上。

所述的圆环形绕线骨架26为冷轧硅钢板材料制成的圆环形卷铁芯，所述设置于屏蔽盒2内部的二次绕组25是采用普通漆包线缠绕在圆环形卷铁芯上，它们构成低压干式绝缘的单匝穿心式铁芯电流互感器，该铁芯电流互感器的额定二次电流为5A，准确级为0.5级，圆环形卷铁芯的截面积满足在一次电流达到设计的额定准确限值一次电流时圆环形卷铁芯不饱和，所述的二次绕组25的中心孔内径尺寸比单匝一次绕组所选用的单芯交联电缆1的外径大8～10mm,圆环形卷铁芯的内径、外径及高度根据圆环形卷铁芯的截面积、二次绕组的中心孔内径、二次绕组的匝数、漆包线线径以及满足圆环形卷铁芯具有最小平均磁路长并使圆环形卷铁芯有绕制漆包线空间的条件决定，所述二次绕组25的两端分别通过一接地电阻23接地，每个接地电阻23的阻值相同，为0.01Ω～0.1Ω，优选的所述每个接地电阻23的阻值均为0.025Ω。

所述屏蔽盒2包括可容纳缠绕在圆环形绕线骨架26上的二次绕组25的壳体、可拆卸的底盖24和非磁性金属管22；所述壳体相对两面对应二次绕组25的中心孔处设有与该中心孔同轴的圆孔；所述非磁性金属管22穿过圆孔设置，所述的非磁性金属管22在屏蔽盒2壳体装入二次绕组25后穿过二次绕组25的中心孔且非磁性金属管22的两端分别与壳体的相对两面的圆孔孔边紧密电连接后形成屏蔽盒2金属通孔；所述非磁性金属管22是一薄壁的管子，其管子内径尺寸比作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1的外径稍大，其管子外径尺寸比二次绕组25的中心孔内径稍小；作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置；所述底盖24可拆卸安装于壳体的底部，所述底盖24的中心装配有一双芯航空插接头8；所述底盖24为内凹式，所述底盖24通过螺丝固定于壳体底部内侧，所述的屏蔽盒2接地。

所述二次绕组25的两端通过屏蔽盒2底盖24上的两芯航空插接头8、双芯屏蔽信号电缆7的两芯以及设在接地的金属屏蔽箱3箱体上的两芯航空插接头8与金属屏蔽箱3内的电子电路板9上信号处理电路的两个同相输入端一一对应电连接，双芯屏蔽信号电缆7两端的屏蔽层要接地。

所述信号处理电路如图4所示，包括十个电路模块；第一电路模块是由两个其截止频率为工频频率的一阶低通滤波器构成的同相并联的滤波放大电路，其增益是可调的；第二和第三电路模块是相同的，都是由两个其截止频率为工频频率的二阶巴特沃斯低通滤波器构成具有固定增益的同相并联的滤波放大电路；第四、第五、第八和第九电路模块是相同的，都是由两个可调整的超前移相电路构成的同相并联的相位调整电路；第七电路模块是由两个电压跟随器构成的同相并联的阻抗变换电路；第六和第十电路模块是相同的，都是由一个差动放大电路后接一个电压跟随器构成的信号输出电路；

进一步地，所述二次绕组25的两端向电子电路板9上指定的两个输入端即信号处理电路的第一电路模块的两个同相输入端输入采样信号，第一电路模块的两个输出端与第二电路模块的两个输入端电连接，第二电路模块的两个输出端的输出分成两路：一路与第三电路模块的两个输入端电连接，第三电路模块的两个输出端与第四电路模块的两个输入端电连接，第四电路模块的两个输出端与第五电路模块的两个输入端电连接，第五电路模块的两个输出端与第六电路模块的两个输入端电连接，在第六电路模块的电压跟随器输出端输出正弦波形的模拟信号，它是用于电流测量计量的测量信号V₀₁；第二电路模块输出的另一路与第七电路模块的两个输入端电连接，第七电路模块的两个输出端与第八电路模块的两个输入端电连接，第八电路模块的两个输出端与第九电路模块的两个输入端电连接，第九电路模块的两个输出端与第十电路模块的两个输入端电连接，在第十电路模块的电压跟随器输出端输出正弦波形的模拟信号，它是用于电流保护控制用的保护信号V₀₂。

下面就双芯屏蔽信号电缆7的两端的电连接以及信号处理电路的各个电路模块的具体接线进行详细阐述：

如图1所示，所述双芯屏蔽信号电缆7的一端的两芯通过屏蔽盒2底盖24上的两芯航空插接头8与屏蔽盒2内的二次绕组25的两端一一对应电连接；

如图5所示，所述第一电路模块的接线图，所述双芯屏蔽信号电缆7的另一端的两芯通过设在接地的金属屏蔽箱3箱体上的两芯航空插接头8与金属屏蔽箱3内的电子电路板9上信号处理电路的两个同相输入端、即与图5中所示的第一电路模块的两个运放U₁、U₂的同相输入端V_a、V_b一一对应电连接，电阻R₃的一端与运放U₁的同相输入端V_a电连接，另一端接地；电阻R₅的一端与运放U₁的反相输入端电连接，另一端与运放U₁的输出端V₁电连接；电容C₁与电阻R₅并联；电阻R₄的一端与运放U₂的同相输入端V_b电连接，另一端接地；电阻R₆的一端与运放U₂的反相输入端电连接，另一端与运放U₂的输出端V₂电连接；电容C₂与电阻R₆并联；精密可调电阻R_W1的一个固定端与运放U₂的反相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₁的反相输入端电连接；

如图6所示，所述第二电路模块的接线图，电阻R₇的一端与第一电路模块的运放U₁的输出端V₁电连接，电阻R₇的另一端与电阻R₉的一端以及电容C₅的一端电连接，电阻R₉的另一端与运放U₃的同相输入端电连接，电容C₅的另一端与运放U₃的输出端V₃电连接；电容C₃的一端与运放U₃的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₁₁的一端与运放U₃的反相输入端电连接，另一端与运放U₃的输出端V₃电连接；电阻R₈的一端与第一电路模块的运放U₂的输出端V₂电连接，电阻R₈的另一端与电阻R₁₀的一端以及电容C₆的一端电连接，电阻R₁₀的另一端与运放U₄的同相输入端电连接，电容C₆的另一端与运放U₄的输出端V₄电连接；电容C₄的一端与运放U₄的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₁₂的一端与运放U₄的反相输入端电连接，另一端与运放U₄的输出端V₄电连接；固定电阻R_A1的一端与运放U₄的反相输入端电连接，另一端与运放U₃的反相输入端电连接；

如图7所示，所述第三电路模块的接线图，电阻R₁₃的一端与第二电路模块的运放U₃的输出端V₃电连接，电阻R₁₃的另一端与电阻R₁₅的一端以及电容C₉的一端电连接，电阻R₁₅的另一端与运放U₅的同相输入端电连接，电容C₉的另一端与运放U₅的输出端V₅电连接；电容C₇的一端与运放U₅的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₁₇的一端与运放U₅的反相输入端电连接，另一端与运放U₅的输出端V₅电连接；电阻R₁₄的一端与第二电路模块的运放U₄的输出端V₄电连接，电阻R₁₄的另一端与电阻R₁₆的一端以及电容C₁₀的一端电连接，电阻R₁₆的另一端与运放U₆的同相输入端电连接，电容C₁₀的另一端与运放U₆的输出端V₆电连接；电容C₈的一端与运放U₆的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₁₈的一端与运放U₆的反相输入端电连接，另一端与运放U₆的输出端V₆电连接；固定电阻R_A2的一端与运放U₆的反相输入端电连接，另一端与运放U₅的反相输入端电连接；

如图8所示，所述第四电路模块的接线图，电容C₁₁的一端与第三电路模块的运放U₅的输出端V₅电连接，电容C₁₁的另一端与运放U₇的同相输入端电连接；电阻R₁₉的一端与运放U₇的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₂₁的一端与运放U₇的反相输入端电连接，另一端与运放U₇的输出端V₇电连接；电容C₁₂的一端与第三电路块的运放U₆的输出端V₆电连接，电容C₁₂的另一端与运放U₈的同相输入端电连接；电阻R₂₀的一端与运放U₈的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₂₂的一端与运放U₈的反相输入端电连接，另一端与运放U₈的输出端V₈电连接；精密可调电阻R_W2的一个固定端与运放U₈的同相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₇的同相输入端电连接；精密可调电阻R_W3的一个固定端与运放U₈的反相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₇的反相输入端电连接；如图9所示，所述第五电路模块的接线图，电容C₁₃的一端与第四电路模块的运放U₇的输出端V₇电连接，电容C₁₃的另一端与运放U₉的同相输入端电连接；电阻R₂₃的一端与运放U₉的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₂₅的一端与运放U₉的反相输入端电连接，另一端与运放U₉的输出端V₉电连接；电容C₁₄的一端与第四电路模块的运放U₈的输出端V₈电连接，电容C₁₄的另一端与运放U₁₀的同相输入端电连接；电阻R₂₄的一端与运放U₁₀的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₂₆的一端与运放U₁₀的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₀的输出端V₁₀电连接；精密可调电阻R_W4的一个固定端与运放U₁₀的同相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₉的同相输入端电连接；精密可调电阻R_W5的一个固定端与运放U₁₀的反相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₉的反相输入端电连接；

如图10所示，所述第六电路模块的接线图，电容C₁₅的一端与第五电路模块的运放U₉的输出端V₉电连接，电容C₁₅的另一端与电阻R₂₇的一端电连接，电阻R₂₇的另一端与运放U₁₁的同相输入端电连接；电阻R₂₉的一端与运放U₁₁的同相输入端电连接，另一端接地；电容C₁₆的一端与第五电路模块的运放U₁₀的输出端V₁₀电连接，电容C₁₆的另一端与电阻R₂₈的一端电连接，电阻R₂₈的另一端与运放U₁₁的反相输入端电连接；电阻R₃₀的一端与运放U₁₁的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₁的输出端V₁₁电连接；运放U₁₁的输出端V₁₁与运放U₁₂的同相输入端电连接，运放U₁₂的反相输入端与U₁₂的输出端电连接；运放U₁₂的输出端信号为V₀₁，作为测量信号输出。

如图11所示，所述第七电路模块的接线图，运放U₁₃的同相输入端与第二电路模块的运放U₃的输出端V₃电连接，运放U₁₃的反相输入端与运放U₁₃输出端V₁₃电连接；运放U₁₄的同相输入端与第二电路模块的运放U₄的输出端V₄电连接，运放U₁₄的反相输入端与U₁₄的输出端V₁₄电连接；

如图12所示，所述第八电路模块的接线图，电容C₁₇的一端与第七电路模块的运放U₁₃的输出端V₁₃电连接，电容C₁₇的另一端与运放U₁₅的同相输入端电连接；电阻R₃₁的一端与运放U₁₅的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₃₃的一端与运放U₁₅的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₅的输出端V₁₅电连接；电容C₁₈的一端与第七电路模块的运放U₁₄的输出端V₁₄电连接，电容C₁₈的另一端与运放U₁₆的同相输入端电连接；电阻R₃₂的一端与运放U₁₆的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₃₄的一端与运放U₁₆的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₆的输出端V₁₆电连接；精密可调电阻R_W6的一个固定端与运放U₁₆的同相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₁₅的同相输入端电连接；精密可调电阻R_W7的一个固定端与运放U₁₆的反相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₁₅的反相输入端电连接；

如图13所示，所述第九电路模块的接线图，电容C₁₉的一端与第八电路模块的运放U₁₅的输出端V₁₅电连接，电容C₁₉的另一端与运放U₁₇的同相输入端电连接；电阻R₃₅的一端与运放U₁₇的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₃₇的一端与运放U₁₇的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₇的输出端V₁₇电连接；电容C₂₀的一端与第八电路模块的运放U₁₆的输出端V₁₆电连接，电容C₂₀的另一端与运放U₁₈的同相输入端电连接；电阻R₃₆的一端与运放U₁₈的同相输入端电连接，另一端接地；电阻R₃₈的一端与运放U₁₈的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₈的输出端V₁₈电连接；精密可调电阻R_W8的一个固定端与运放U₁₈的同相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₁₇的同相输入端电连接；精密可调电阻R_W9的一个固定端与运放U₁₈的反相输入端电连接，另一个固定端和可调整端短接后与运放U₁₇的反相输入端电连接；

如图14所示，所述第十电路模块的接线图，电容C₂₁的一端与第九电路模块的运放U₁₇的输出端V₁₇电连接，电容C₂₁的另一端与电阻R₃₉的一端电连接，电阻R₃₉的另一端与运放U₁₉的同相输入端电连接；电阻R₄₁的一端与运放U₁₉的同相输入端电连接，另一端接地；电容C₂₂的一端与第九电路模块的运放U₁₈的输出端V₁₈电连接，电容C₂₂的另一端与电阻R₄₀的一端电连接，电阻R₄₀的另一端与运放U₁₉的反相输入端电连接；电阻R₄₂的一端与运放U₁₉的反相输入端电连接，另一端与运放U₁₉的输出端V₁₉电连接；运放U₁₉的输出端V₁₉与运放U₂₀的同相输入端电连接，运放U₂₀的反相输入端与运放U₂₀输出端电连接；运放U₂₀的输出端信号为V₀₂，作为保护信号输出。

所述信号处理电路中所用的运放可以是四运放、双运放或单运放，本实例的电路中所用的是单运放OP-07，所用的电阻、电容是高精度、低温漂的产品，所用的可调电阻是精密多圈可调电阻；且R₃＝R₄，R₅＝R₆，R₇＝R₈，R₉＝R₁₀，R₁₁＝R₁₂，R₁₃＝R₁₄，R₁₅＝R₁₆，R₁₇＝R₁₈，R₁₉＝R₂₀，R₂₁＝R₂₂，R₂₃＝R₂₄，R₂₅＝R₂₆，R₂₇＝R₂₈，R₂₉＝R₃₀，R₃₁＝R₃₂，R₃₃＝R₃₄，R₃₅＝R₃₆，R₃₇＝R₃₈，R₃₉＝R₄₀，R₄₁＝R₄₂；且C₁＝C₂，C₃＝C₄，C₅＝C₆，C₇＝C₈，C₉＝C₁₀，C₁₁＝C₁₂，C₁₃＝C₁₄，C₁₅＝C₁₆，C₁₇＝C₁₈，C₁₉＝C₂₀，C₂₁＝C₂₂。

所述信号处理电路中除了第六电路模块和第十电路模块外，其余各个电路模块都是由下标为奇数的元器件构成了该电路模块的上半部分，由下标为偶数的元器件构成了该电路模块的下半部分，各个电路模块的上、下两半部分电路的结构是对称的，在对应位置上所使用的元器件的型号、参数和元器件的连接方法都是一样的；精密可调电阻R_W1、R_W3、R_W5、R_W7、R_W9的一个固定端和另一个固定端与可调整端短接后分别与所处该电路模块的两个运放的反相输入端电连接，分别调整它们可以使所处该电模模块上、下两半部分电路的增益同时得到调整，该电路模块的两个运放的输出信号可以同时得到相同倍数的放大，其中，调整精密可调电阻R_W1可以对输入的微弱的差模信号进行放大，调整R_W3、R_W5、R_W7、R_W9则可以对相位调整电路在进行移相时对信号的幅度产生不同程度的衰减进行一定的幅度补偿，也可以在调整需要时增加电路的增益和放大，以使电路的输出信号的幅度达到设计的要求；固定电阻R_A1、R_A2两端分别与所处该电路模块的两个运放的反相输入端电连接，使该电路模块在滤波过程中对信号的幅度产生不同程度的衰减有一定的补偿增益且不出现自激；精密可调电阻R_W2、R_W4、R_W6、R_W8的一个固定端和另一个固定端与可调整端短接后分别与所处该电路模块的两个运放的同相输入端电连接，分别调整它们可以使所处该电路模块上、下两半部分电路的输出信号的相位同时得到调整。

所述的圆环形绕线骨架26为冷轧硅钢板材料制成的圆环形卷铁芯，现以额定工作电压10KV、额定一次电流200A的电缆穿心式铁芯电子电流互感器为例作进一步的具体说明。

假设该电缆穿心式铁芯电子电流互感器安装设置在电压为10KV、正常工作电流为150A、额定准确限值一次电流为2000A的电力线路的一个高压隔离开关的接线端子与一个高压真空开关的一个输入端之间位置时，根据提供的条件可选用额定电压U₀/U为8.7/15KV、1×50mm²的单芯铜芯交联电缆，全称为单芯的铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯/聚乙烯护套电力电缆，其电缆外径为25～26mm，根据资料可知，此种铜芯交联电缆的热稳定允许短路电流在持续时间为3.0秒时的短路电流值是4.1KA，安全载流量为205A。再根据高压隔离开关的接线端子与高压真空开关输入端两个接点间的距离(假设该距离为1.6米)量取相应长度且留有余量的单芯交联电缆1待用，其长度为2米。

设计穿心式铁芯电流互感器时，主要依据以下五点要求，第一，该铁芯电流互感器的额定二次电流一般为5A，准确级为0.5，额定一次电流则以具体需求为准，在本例中的额定一次电流是200A；第二，只需选用冷轧硅钢板材料作为圆环形卷铁芯绕线骨架26就可以，不必追求高级的铁芯材料作为绕线骨架；第三，该卷铁芯的截面积应保证在额定准确限值一次电流时不出现饱和，这是对铁芯的基本要求，在本例中的额定准确限值一次电流为2000A；第四，缠绕在圆环形卷铁芯26上制成的二次绕组25的中心孔内径Φa1的尺寸是以所选用的单芯交联电缆1的外径加上一固定的余量10mm来计算得出的，本例中单芯交联电缆1的外径26mm再加10mm，共计36mm；第五，圆环形卷铁芯的内径Φa、外径ΦA及高度h根据计算得出的圆环形卷铁芯截面积、二次绕组的中心孔内径Φa1、二次绕组的匝数、漆包线线径以及满足圆环形卷铁芯具有最小平均磁路长并使铁芯有适当绕制漆包线空间的条件后决定。以上五点要求作为该铁芯电流互感器设计的主要依据，都是公知的知识技术，可参考肖祖荣、高祖绵编著的辽宁科学技术出版社2003年2月出版的“互感器原理与设计基础”一书的第二、四、五章，相关章节中有设计计算的方法、公式、示例等诸多详细介绍。本实例的单匝穿心式铁芯电流互感器根据计算并由此制得的互感器的具体尺寸和参数是：铁芯26尺寸，铁芯内径Φa为50mm，外径ΦA为85mm，厚度δ为17.5mm，高度h为40mm，截面积为6.65mm²，磁路长为21.20cm；在铁芯26绕制普通的漆包线后制成的二次绕组25的具体尺寸是，二次绕组25的中心孔内径Φa1＝36mm，二次绕组25的外径ΦA1＝99mm，二次绕组25的高h1＝54mm，其余的请参看“表1.铁芯电流互感器设计计算单”中所列数据。这样就把传统复杂繁琐的高压电流互感器的设计、制造变成简单的低压干式绝缘的单匝穿心式铁芯电流互感器的生产加工。

表1.铁芯电流互感器设计计算单

根据铁芯电流互感器的尺寸制作屏蔽盒2。屏蔽盒2的作用就是屏蔽一次绕组及其他外部空间对于二次绕组采样信号的电磁干扰，所以所述屏蔽盒2的壳体尺寸只要能满足容纳一个缠绕在圆环形卷铁芯绕线骨架26上的二次绕组25及其两端所分别连接的一个接地电阻23的空间需要就可以了。其中屏蔽盒2的壳体、底盖24可以用非磁性金属材料通过冲压、铸造或焊接成型的方法来制成，本实例是应用焊接来完成制作的，所述壳体相对两面互相平行且相距为60mm；每个面由一个直径为110mm的半圆形和一个短边也同样为110mm的矩形组成；矩形的长边为115mm；屏蔽盒的高为半圆形的直径110mm与屏蔽盒壳体内的二次绕组位置下方用作安装两个接地电阻的空间尺寸60mm的和，共计170mm；所述壳体相对两面对应二次绕组25的中心孔处设有与该中心孔同轴的圆孔，圆孔直径为33mm；所述壳体相对两面之间用厚度为0.8mm，宽为60mm，长度为矩形长边115mm的2倍与直径110mm圆形的半圆周长173mm的和，共计403mm的长条形非磁性不锈钢薄板的两个长边分别同壳体相对两个面的边沿搭接并焊接形成牢固的屏蔽盒壳体。所述非磁性金属管22是一壁厚为0.5mm，内径Φb为32mm，长度为60mm的管子，在屏蔽盒2壳体装入二次绕组25后所述的非磁性金属管22要先穿过壳体前面的圆孔、再穿过二次绕组25的内径为36mm的中心孔后与壳体后面的圆孔相接且非磁性金属管22的两端分别与壳体的前、后相对两面的圆孔孔边紧密电连接后形成屏蔽盒2金属通孔；所述的安装在屏蔽盒2内的二次绕组25的两端分别通过一接地电阻23接地，每个接地电阻23的阻值相同，本实例中所述每个接地电阻23的阻值均为0.025Ω。所述底盖24长约为110mm，宽约为60mm，凹进的深度为15mm，所述底盖24的中心装配有一双芯航空插接头8；所述的二次绕组25的两端分别与底盖24上的双芯航空插接头8的两芯分别一一对应电连接后把底盖24安装在壳体的底部，所述的屏蔽盒2接地。把前述待用的、2米长的、外径为26mm的单芯交联电缆1穿过屏蔽盒2金属通孔设置，使屏蔽盒2牢靠地固定在电缆1的中间位置，再按照有关技术规定在单芯交联电缆1的铜带或铜丝屏蔽层制作设置接地线接地，单芯交联电缆1的两端的端部压接电缆的接线端子，按有关技术规定制作设置与该单芯交联电缆1的电压等级相应的电缆预制终端装置或电缆终端头5。随后，依照国家电力部门的有关技术规定和试验办法进行耐压试验，耐压试验主要是对单芯交联电缆1本身的绝缘对地耐压能力以及安装在单芯交联电缆1上的电缆预制终端装置或电缆终端头5的对地绝缘耐压能力所进行的试验；耐压试验时，电缆1的接地线接地，屏蔽盒2接地。耐压试验合格后，把屏蔽盒2内的二次绕组25的两端分别通过底盖24上的双芯航空插接头8、双芯屏蔽信号电缆7的两芯和一接地的金属屏蔽箱3箱体上的两芯航空插接头8同箱内的电子电路板9上信号处理电路的两个同相输入端一一对应连接，双芯屏蔽信号电缆7两端的屏蔽层要接地。电子电路板9上信号处理电路所需的±15V工作电源也安装在金属屏蔽箱3内，先由交流220V供电给开关电源，再由开关电源提供±15V电源供给信号处理电路中的运算放大器的正、负电源端。电子电路板9上的信号处理电路包括十个电路模块，其中，第一、二、三、四、五和六电路模块构成了同相并联的、电路的结构和元器件的配置及参数都是对称的、平衡地进行处理的、五阶低通滤波并同步移相放大的、最后经过差分运算并输出信号的新型的电路，其输出端的信号V₀₁用于电流测量信号；第一、二、七、八、九和十电路模块也同样的构成了同相并联的、电路的结构和元器件的配置及参数都是对称的、平衡地进行处理的、三阶低通滤波并同步移相放大的、最后经过差分运算并输出信号的新型的电路，其输出端的信号V₀₂用于电流保护信号。在正常工作条件下，铁芯电流互感器的二次电流实质上与一次电流成正比，而且在连接方向正确时，二次电流对一次电流的相位差接近于零(参考“互感器原理与设计基础”肖耀荣高祖绵编著P68沈阳辽宁科学技术出版社2003年2月)。由于实际的电力系统中已经存在严重的污染，使电流互感器二次侧的采样信号包括电流信号和电压信号也同样因污染而受到影响，微弱的二次信号会被湮没，谐波的干扰导致信号波形畸变，使互感器测量量程范围缩小，测量精确度下降。传统的铁芯电流互感器因为多种原因不可能对二次信号进行抗干扰及滤波处理，所以其互感器的误差定义“只在电流为正弦时正确”(参考国家标准GB1208-1997中对电流互感器误差的定义说明)；在保护用电流互感器的“复合误差”的定义中也表明了“因为短路电流流经电流互感器的一次绕组时……二次电流也不是正弦的”而所以要采用“复合误差”这一概念的理由(参考GB1208-1997的复合误差定义)。现代的电子仪器仪表对信号的干扰大多采取数字滤波技术(数字滤波器)进行处理，但对信号中的干扰成分也无法大部清除。本实例把采样到的差模信号输入到信号处理电路中，把有用的差模信号放大，提高系统的信噪比，抑制无用的、有害的共模信号干扰，设置多阶滤波器进行滤波，消除各类电力污染，使处理后输出的电压信号重新恢复工频正弦波形，其用于电流测量的模拟信号V₀₁和用于电流保护信号的模拟信号V₀₂都与互感器一次电流成正比、相位差为零或接近于零，不仅扩大了采样信号的可测量范围，而且提高了信号的精确度。接下依照国家电力部门的有关技术规定和试验办法对该电缆穿心式铁芯电子电流互感器进行电流校验。校验时，把单芯交联电缆1通过其两端的接线端子串联在校验设备的电流线路上，把电缆接地线、屏蔽盒2接地线、双芯屏蔽信号电缆7两端的屏蔽层、金属屏蔽箱3的箱体都要可靠接地，接通金属屏蔽箱3内的工作电源后，用标准的校验设备对信号处理电路的运放U₁₂的输出端输出的用于电流测量的模拟信号V₀₁进行比对，通过调整电路中的精密可调电阻，用R_W1、R_W3、R_W5来调整比差，用R_W2、R_W4来调整角差，当校验电流在0.2A～200A的范围内变化时，调整以上精密可调电阻使运放U₁₂的输出端输出的模拟信号V₀₁的信号幅度也能在10mv～10v的范围内成比例的变化并达到IEC60044-8：2002所列测量用电子式电流互感器的0.2S级的准确度要求，实际上本实例的电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器在符合0.2S级的准确度要求时，其测量范围的下限还可以低到额定一次电流的0.1％，即用于测量的量程范围为额定一次电流的0.1％～120％；调整完测量用的模拟信号V₀₁以后，继续用标准的校验设备对信号处理电路的运放U₂₀的输出端的用于电流保护的模拟信号V₀₂进行比对，通过调整电路中的精密可调电阻，用R_W7、R_W9来调整比差，用R_W6、R_W8来调整角差，当校验电流在2A～2000A的范围内变化时，调整以上精密可调电阻使运放U₂₀的输出端输出的模拟信号V₀₂的信号幅度也能在10mv～10v的范围内成比例的变化并达到IEC60044-8：2002所列保护用电子式电流互感器的准确度5P级时的要求，实际上本实例的电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器在额定准确限值一次电流下的电流误差和相位差不超过0.5％。实际使用时要把信号处理电路输出的测量用模拟信号V₀₁和保护用模拟信号V₀₂接入到后续的单片机或微机应用装置中进行模数转换以显示数字式的电流值并对电流保护信号进行即时的判断以便输出一个操作电压到线路上的真空开关，对其进行跳闸等相应的动作控制等。投入使用时，所述的本实例电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器的单匝式一次绕组即单芯交联电缆1应串联连接在待测的电力线路上，其单芯交联电缆1的接地线接地，所述屏蔽盒2接地，所述双芯屏蔽信号电缆7的两端屏蔽层接地，金属屏蔽箱接地，再接通金属屏蔽箱内的开关电源，最后给该被测的电力线路送电。当被测的某相线路正常工作时，在信号处理电路的运放U₁₂的输出端输出的模拟信号V₀₁送入微机应用装置后会在显示窗口显示正常的电流数字值，一旦被测的某相线路异常、比如电流达到2000A，微机应用装置对信号处理电路的运放U₂₀输出的模拟信号V₀₂进行即时判断并瞬时对线路上的真空开关的动作机构输出一个操作电压令其跳闸。

实施例二：本实施例其与实施例一的不同之处在于，所述圆环形绕线骨架26为非磁性圆环形绕线骨架，其尺寸与实施例一中的圆环形铁芯的几何尺寸相同，所述二次绕组25的漆包线缠绕匝数大致为圆环形绕线骨架的内圆周长度除以漆包线的线径0.60mm所得的商，在本例中匝数约为230～250匝，所述二次绕组25的两端分别通过一个接地电阻23接地，每个接地电阻23的阻值相等，优选的本实施例所述接地电阻23的每个阻值均为100Ω。在空心线圈中，二次绕在非磁性圆环形骨架上，无铁磁材料使这种传感器的线性度良好，不饱和也无磁滞现象，具有优良的稳态性能和暂态响应。空心线圈应用安倍定理时表明，当负荷为高阻抗时，线圈的输出电压是穿过线圈的一次电流的函数(参考国际电工委员会标准IEC60044-8：2002互感器第8部分：电子式电流互感器C.6)，因此，本实施例的空心线圈即二次绕组25两端的采样信号经过信号处理电路处理后输出的电流测量信号V₀₁和电流保护信号V₀₂与一次电流成比例。本实施例的电缆穿心式全屏蔽空心电子电流互感器的电流校验与电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器的电流校验稍有不同，用标准的校验设备对信号处理电路的运放U₁₂的输出端输出的用于电流测量的模拟信号V₀₁进行比对，通过调整电路中的精密可调电阻，用R_W1、R_W3、R_W5来调整比差，用R_W2、R_W4来调整角差，当校验电流在1A～1000A的范围内变化时，调整以上精密可调电阻使运放U₁₂的输出端输出的模拟信号V₀₁的信号幅度也能在10mv～10v的范围内成比例的变化并达到IEC60044-8：2002所列测量用电子式电流互感器的0.2S级的准确度要求，实际上本实例的电缆穿心式全屏蔽空心电子电流互感器在符合0.2S级的准确度要求时，其测量范围的下限还可以低到额定一次电流的0.5％，即用于测量的量程范围为额定一次电流的0.5％～120％，它的扩大一次电流远远超过电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器额定一次电流的5倍；调整完测量用的模拟信号V₀₁以后，继续用标准的校验设备对信号处理电路的运放U₂₀的输出端输出的用于电流保护的模拟信号V₀₂进行比对，通过调整电路中的精密可调电阻，用R_W7、R_W9来调整比差，用R_W6、R_W8来调整角差，当校验电流在10A～4000A的范围内变化时，调整以上精密可调电阻使运放U₂₀的输出端输出的模拟信号V₀₂的信号幅度也能在10mv～4v的范围内成比例的变化并达到IEC60044-8：2002所列保护用电子式电流互感器的准确度5P级时的要求，实际上本实例的电缆穿心式全屏蔽空心电子电流互感器在额定准确限值一次电流下的电流误差和相位差不超过0.5％，其额定准确限值一次电流也是电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器的2倍。本实施例电缆穿心式全屏蔽空心电子电流互感器的单芯交联电缆1、屏蔽盒2及信号处理电路的结构、使用的材料和元器件等与电缆穿心式全屏蔽铁芯电子电流互感器的一样，无须改变；其耐压试验方法、使用时的方法也相同。可见，电缆穿心式全屏蔽空心电子电流互感器比电缆穿心式全屏蔽铁芯电流互感器具有更大的测量、保护范围，因此，前者适用在高压电流大于1A、保护电流范围更广、需要暂态保护用的场合，而后者则适用于高压电流低于1A、保护电流范围不大的场合。

以上所述仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。这些实施例也并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

本发明申请产生的有益效果是，它公开了一种适用于工频交流电力系统的电缆穿心式电子电流互感器，能够单独使用其一个二次绕组的两端提供一个采样信号并通过电子电路的处理把这个来源于同一采样点、即来自同一信号源的采样信号变成为一个测量信号和一个保护信号同时为电流测量、计量、继电保护和控制使用，进而使得测量用电流互感器和保护用电流互感器能够合并为一个电流互感器共用。本发明的电缆穿心式电子电流互感器测量范围是现有测量用电流互感器量程的10倍以上；在稳态的额定准确限值一次电流下的误差限值为0.5％，是现有保护用电流互感器误差限值要求的10倍以上；产品体积小、重量轻、安装简单、检修方便，可装置在高压开关柜、箱式变内的空间狭小的位置。选择不同电压等级、不同导体截面的单芯、三芯交联电缆并依据单芯的电缆直径设计单匝穿心式铁芯或空心互感器等即可制造出不同额定电压、不同额定电流的电缆穿心式电子电流互感器。这种互感器具有优异的技术优点、出众的性能和低廉的制造成本，完全能够在电力行业中获得广泛的应用，产生显著的社会经济及技术效果。

Claims

1.电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：其包括作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆，由非磁性金属材料成型的屏蔽盒以及设置于屏蔽盒内部的二次绕组，所述二次绕组缠绕在圆环形绕线骨架上，所述屏蔽盒接地，屏蔽盒对应二次绕组的中心孔处设有非磁性金属管构成的金属通孔，作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置，所述二次绕组的两端分别通过一接地电阻接地，所述二次绕组的两端与一电子电路板上指定的两个输入端通过两芯航空插接头和双芯屏蔽信号电缆进行电连接，所述电子电路板设置于一接地的金属屏蔽箱内，所述电子电路板上设有信号处理电路，所述二次绕组的两端向电子电路板上的指定的两个输入端即信号处理电路的两个同相输入端输出采样信号，所述信号处理电路对输入的采样信号进行处理之后在电路的两个输出端同时输出一个用于电流测量计量的测量信号和一个用于电流保护控制用的保护信号，测量信号和保护信号均为正弦波形的模拟信号。

2.根据权利要求1所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述二次绕组两端输出的采样信号是差模信号，为两个相位相反、幅值相等、并与一次电流成正比的对地电压信号。

3.根据权利要求1所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述的作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置，单芯交联电缆的额定电压就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定工作电压，单芯交联电缆的允许载流量就是该电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器的额定一次电流，单芯交联电缆的铜带或铜丝屏蔽层按有关技术规定制作设置接地线接地，单芯交联电缆的端部具有压接的接线端子并且该单芯交联电缆端部按有关技术规定制作设置与该单芯交联电缆电压等级相应的电缆预制终端装置或电缆终端头，所述的单芯交联电缆作为互感器的单匝式一次绕组应串联连接在待测的电力线路上。

4.根据权利要求1所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述圆环形绕线骨架为冷轧硅钢板材料制成的圆环形卷铁芯，所述设置于屏蔽盒内部的二次绕组是采用普通的漆包线缠绕在圆环形卷铁芯上，构成低压干式绝缘的单匝穿心式铁芯电流互感器，该铁芯电流互感器的额定二次电流为5A，准确级为0.5级，圆环形卷铁芯的截面积满足在一次电流达到设计的额定准确限值一次电流时圆环形卷铁芯不饱和，所述的二次绕组的中心孔内径尺寸比单匝一次绕组所选用的单芯交联电缆的外径大8～10mm,圆环形卷铁芯的内径、外径及高度根据圆环形卷铁芯的截面积、二次绕组的中心孔内径、二次绕组的匝数、漆包线线径以及满足圆环形卷铁芯具有最小平均磁路长并使圆环形卷铁芯有绕制漆包线空间的条件决定，所述二次绕组的两端分别通过一接地电阻接地，每个接地电阻的阻值相同，为0.01Ω～0.1Ω。

5.根据权利要求1所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述圆环形绕线骨架为非磁性圆环形绕线骨架，所述设置于屏蔽盒内部的二次绕组缠绕在非磁性圆环形绕线骨架上构成空心线圈，所述的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置构成空心线圈电流互感器，所述二次绕组即空心线圈的两端分别通过一接地电阻接地，每个接地电阻的阻值相同，为50Ω～10KΩ。

6.根据权利要求1所述电流穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述屏蔽盒包括可容纳缠绕在圆环形绕线骨架上的二次绕组的壳体、可拆卸的底盖和非磁性金属管；所述壳体相对两面对应二次绕组的中心孔处设有与该中心孔同轴的圆孔；所述非磁性金属管穿过圆孔设置，所述的非磁性金属管在屏蔽盒的壳体装入二次绕组后穿过二次绕组的中心孔且金属管的两端分别与壳体的相对两面的圆孔孔边紧密电连接后形成屏蔽盒的金属通孔；所述非磁性金属管是一薄壁的管子，管子的内径尺寸比作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆的外径大，管子的外径尺寸比二次绕组的中心孔内径小；作为单匝式一次绕组的单芯交联电缆穿过屏蔽盒金属通孔设置；所述底盖可拆卸安装于壳体的底部，所述底盖的中心装配有一双芯航空插接头；所述底盖为内凹式，所述底盖通过螺丝固定于壳体底部内侧，所述的屏蔽盒接地。

7.根据权利要求1所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述二次绕组的两端通过屏蔽盒底盖上的两芯航空插接头、双芯屏蔽信号电缆的两芯以及设在接地的金属屏蔽箱箱体上的两芯航空插接头与金属屏蔽箱内的电子电路板上信号处理电路的两个同相输入端一一对应电连接，双芯屏蔽信号电缆两端的屏蔽层接地。

8.根据权利要求1所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述信号处理电路包括十个电路模块；第一电路模块是由两个其截止频率为工频频率的一阶低通滤波器构成的同相并联的滤波放大电路，其增益是可调的；第二和第三电路模块是相同的，都是由两个其截止频率为工频频率的二阶巴特沃斯低通滤波器构成具有固定增益的同相并联的滤波放大电路；第四、第五、第八和第九电路模块是相同的，都是由两个可调整的超前移相电路构成的同相并联的相位调整电路；第七电路模块是由两个电压跟随器构成的同相并联的阻抗变换电路；第六和第十电路模块是相同的，都是由一个差动放大电路后接一个电压跟随器构成的信号输出电路；

9.根据权利要求8所述电缆穿心式全屏蔽电子电流互感器，其特征在于：所述信号处理电路中的电路模块是可以增、减的，当被测量的电流中包含更为严重的谐波干扰时，可以在第一电路模块后面增添一个与第二或第三电路模块完全相同的、由两个其截止频率为工频频率的二阶巴特沃斯低通滤波器构成的具有固定增益的同相并联滤波放大电路；当被测量的电流中的谐波干扰较少且需要获取更为快捷的保护信号时，可以把第七电路模块的两个输入端由和第二电路模块两个输出端的电连接改为与第一电路模块两个输出端的电连接。