CN105988037A - 一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器 - Google Patents

一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器 Download PDF

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刘瑞云
倪明珏
林弘杰
刘常颖
刘海洋
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Abstract

本发明涉及电流传感器领域，特涉及一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器。本发明的铁心呈环形，二次绕组均匀地绕制在铁心上，二次绕组屏蔽层绕制在二次绕组上；地电位均压层套在高电压绝缘层上，铁心套在地电位均压层上。本发明的地电位均压层为两个小直径口端相连的喇叭状圆柱管构成，两个大口径端朝外。本发明通过电场均匀技术，将高电压端子电位与二次端子电位隔离，并将安装座处电位与高电压端子电位、二次端子电位通过绝缘设计完成隔离，而达到满足高压端子电位、安装点电位，二次端子电位三电位相互隔离，并满足绝缘要求之目的。

Description

一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器
技术领域
本发明涉及电流传感器领域，尤其涉及一种工作在三个不同电位，并要求三个电位相互绝缘隔离场合下的电流传感器。
背景技术
高电压电流传感器是将高电位的大电流转换成一个低电位的小电流信号的一种电器。但在高电压电器智能化的过程中，常常会出现要求电流传感器安装于与高电压端子电位不同的另一个高电位部位的状况。
常用的电流传感器二次出线端子是安装于安装底座上，底座通常处于地电位，二次出线端子与安装底座间的绝缘隔离能力很弱。由于只有高电压端子电位与二次端子电位隔离的功能，因此，无法应用于安装点是高电位场合。
目前的高电压电流传感器是将高电压端子的高电位通过绝缘将其与地电位隔离，高电压电流传感器的安装底座一般安装在地电位上，而高电压电流传感器的二次端子安装于地电位的端子箱内。虽二次端子与地电位是隔离的，但一般绝缘的耐受水平只是3kV/1min。这种绝缘结构足以满足将高电位的大电流转化成小电流信号，并供保护及测控使用。但当高电压电流传感器要求安装于某个高电位点时，这种电流传感器就无法使用了。因为二次端子是引入保护和测控系统的，这个系统通常电压很低，电位为低电位基本接近地电位若电流传感器安装到高电位处，则因这种电流传感器的安装底座电位与二次电位只做低电压隔离，难以承受安装点的高电位的作用，将发生安装点的高电位对二次端子间的击穿，其后果是高电位沿二次端子及连线窜入保护及测控二次系统，这将会导致二次系统的破坏和人员的电击伤害。因此，普通的高电压电流传感器是不能用于安装点为高电位处的。如果要安装，通常是在二次出线端子处再安装与安装点同一电压级别绝缘水平的隔离变压器，将二次信号由隔离变压器将高电位转换到低电位处，而避免发生高电位沿二次连线窜入二次系统，损坏设备和电击人员。但这个方法一者使接线变得复杂，二者由于电流传感器带负载能力都很弱，外界加隔离变后二次信号的准确性常受到很大影响。因此，该办法不常用，常只作为特殊的应急方法使用。但随着电力系统智能化的展开，这种高电压系统使用的传感器常常会出现需安装于高电位点处的情况，这种安装方式通常可使所测量到的信号更直观、更灵敏、更可靠。但为满足这种安装方式，就必须解决好三个不同电位点间的绝缘措施，以达到三电位点间的绝缘水平要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器。本发明的铁心呈环形，二次绕组均匀地绕制在铁心上，二次绕组屏蔽层绕制在二次绕组上；地电位均压层套在高电压绝缘层上，铁心套在地电位均压层上。本发明的地电位均压层为两个小直径口端相连的喇叭状圆柱管构成，两个大口径端朝外。本发明通过电场均匀技术，将高电压端子电位与二次端子电位隔离，并将安装座处电位与高电压端子电位、二次端子电位通过绝缘设计完成隔离，而达到满足高压端子电位、安装点电位，二次端子电位三电位相互隔离，并满足绝缘要求之目的。
本发明的技术方案是：一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器，包括高电压一次绕组、高电压绝缘层、地电位均压层、二次绕组、二次绕组屏蔽层、铁心，其中高电压一次绕组设置在中间，高电压绝缘层紧紧地包绕在高电压一次绕组上；其特征在于：所述的铁心呈环形，二次绕组均匀地绕制在铁心上，二次绕组屏蔽层绕制在二次绕组上；所述的地电位均压层套在高电压绝缘层上，所述的铁心套在地电位均压层上。
根据如上所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的由导电体或半导电体制成的地电位均压层为两个小直径口端相连的喇叭状圆柱管构成，两个大口径端朝外。
根据如上所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器还包括安装底座、二次出线端子、浇注绝缘层、接地端子、连接线、外壳，所述的二次绕组的输出用连接线接到二次出线端子上，高电压三电位绝缘隔离电流传感器外层设置外壳，安装底座设置在外壳上，外壳内浇满浇注绝缘层。
根据如上所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的二次出线端子和接地端子与安装底座的空间位置互差180°，也可根据需要按其它角度设置。
根据如上所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的高电压绝缘层、安装底座和浇注绝缘层一次浇注而成。
附图说明
图1为本发明的三电位绝缘隔离电流传感器剖视图；
图2为地电位均压层的立体图。
附图标记说明：一次绕组1、高电压绝缘层2、地电位均压层3、安装底座4、二次绕组5、二次绕组屏蔽层6、二次出线端子7、浇注绝缘层8、接地端子9、铁心10、连接线11、外壳12。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的高电压三电位绝缘隔离电流传感器包括高电压一次绕组1、高电压绝缘层2、地电位均压层3、安装底座4、二次绕组5、二次绕组屏蔽层6、二次出线端子7、浇注绝缘层8、接地端子9、铁心10、连接线11、外壳12。其中高电压一次绕组1设置在中间，高电压绝缘层2紧紧地包绕在高电压一次绕组1上。铁心10呈环形，其二次绕组5均匀地绕制在铁心10上，二次绕组屏蔽层6均匀地绕制在二次绕组5上；然后将地电位均压层3套在高电压绝缘层2上，这个地电位均压层3可以是导电的，也可是半导电的。再将绕制有二次绕组5和二次绕组屏蔽层6的铁心10套在地电位均压层3上，将二次绕组5的输出用连接线11接到二次出线端子7上，扣上外壳12，装上安装底座4，将壳体浇满浇注绝缘层8，本发明三电位绝缘隔离电流传感器完成。
本发明中，高电压绝缘层2紧贴着高电压一次绕组1，其厚度根据高电压一次绕组1的运行电压U1确定，如U1为10kV时，高电压绝缘层2的厚度一般在2mm至6mm，如U1电压更高时，高电压绝缘层2的厚度应适当增厚。
如图2所示，本发明的地电位均压层3为两个小直径口端相连的喇叭状圆柱管构成，两个大口径端朝外，紧密套装在绝缘层2上，地电位均压层3可由导电材料做成，也可由半导电材料做成，套装到绝缘层2上后，地电位均压层3在绝缘层2上构成一个地电位，对高压一次绕组1对地的电场分布进行均匀，而达到均匀电流传感器的电场分布的作用，有效地减小高电压绝缘层2的厚度及长度，而且在高压绝缘的最外侧形成一个地电位层，地电位的构成可使低电压的二次绕组与其他附件处于地电位上，而避免受到高电位的影响或破坏。地电位均压层3作为一种均压电场的措施，它不是唯一的，它还可用多层电容层构成的电容锥及其它均匀电场措施来实现，但在本发明中采用地地电位均压层3是最简单有效的。
如图1所示，本发明的二次绕组5绕包在环形铁心10，二次绕组5外层包绕二次绕组屏蔽层6，该设置可提高二次绕组5与安装点的高电位的绝缘隔离能力，且二次绕组屏蔽层6直接接地端子9，二次出线端子7通过连接线11与二次绕组5相连，使二次绕组可向外输出信号。二次绕组屏蔽层6使二次绕组5的外侧平整、无凸处，从而避免电场应力集中，同时使地电位面与安装底座4的高电位面形成一个平板对平板电场，使电场较均匀。同时，二次绕组屏蔽层6直接接地端子9，起到万一高电位破坏了绝缘层2时，高电位将被二次绕组屏蔽层6经接地端子9直接接地，而避免高电位窜入二次绕组5，而起到保护二次系统的作用。
为使高电压绝缘层2、二次绕组5、二次绕组屏蔽层6、二次出线端子7可以固定，将其全部包裹于浇注绝缘层8中，安装座4设置于浇注绝缘层8的一侧，二次出线端子7和接地端子9设置于浇注绝缘的另一侧，这样安装座4的高电位与高电压一次绕组1的高电位二次绕组5的低电位起到良好的隔离；高电压一次绕组1的高电位与二次绕组5的低电位也完成了隔离，从而达到这种传感器可安装于高电位处之目的。
如图1所示，本发明二次出线端子7和接地端子9与安装底座4的空间位置互差180°，这样能进一步提高二次绕组出线端子7和接地端子9与安装底座4的高电位的隔离能力。当然这不是唯一的，只要能满足三电位的相互隔离条件，其它位置布置都是可以。
本发明的高电压绝缘层2、安装底座4和浇注绝缘层8可以一次浇注而成，3个部件也可以独立的浇注，最后组装而成。
浇注绝缘层8可以是一次浇注而成的可固化材料，如环氧树脂；也可以是其它绝缘材料构成液态的、气态的、可固化、不可固化的材料。其过程是将高电压一次绕组1、地电位均压层3、二次绕组5、二次绕组屏蔽层6及连接线11密封在外壳12内，二次出线端子7、接地端子9、安装底座4等安装于外壳12上，然后在外壳12内部填充液态或气态的或胶质物质或固态绝缘材料即成。从而即满足一、二次绕组及其他部件的固定，又满足三个不同电位间的相互绝缘隔离。
本发明的有益效果是：本发明通过地电位均压层3或其他电场均匀技术的应用，使高电压绝缘层2的厚度及长度达到最小化，为传感器尺寸最小化奠定了基础。通过二次出线端子7与接地端子9的安装位置同安装底座4空间上互差180°，最大限度地利用浇注绝缘层8的绝缘爬距，使传感器尺寸达最小化成为可能。采用二次绕组屏蔽层6即均匀了电场，又有效防护高电位击穿时高电位窜入二次绕组5而达到三电位相互隔离的同时，又达到了在高电位发生击穿破坏条件下仍能保护了二次绕组5不受高电位的侵害，大大提高了传感器的安全可靠性。从而实现了安装点是高电位条件下的可靠安全应用。

Claims (5)

1.一种高电压三电位绝缘隔离电流传感器，包括高电压一次绕组(1)、高电压绝缘层(2)、地电位均压层(3)、二次绕组(5)、二次绕组屏蔽层(6)、铁心(10)，其中高电压一次绕组(1)设置在中间，高电压绝缘层(2)紧紧地包绕在高电压一次绕组(1)上；其特征在于：所述的铁心(10)呈环形，二次绕组(5)均匀地绕制在铁心(10)上，二次绕组屏蔽层(6)绕制在二次绕组(5)上；所述的地电位均压层(3)套在高电压绝缘层(2)上，所述的铁心(10)套在地电位均压层(3)上。
2.根据权利要求1所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的由导电体或半导电体制成的地电位均压层(3)为两个小直径口端相连的喇叭状圆柱管构成，两个大口径端朝外。
3.根据权利要求1或2所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器还包括安装底座(4)、二次出线端子(7)、浇注绝缘层(8)、接地端子(9)、连接线(11)、外壳(12)，所述的二次绕组(5)的输出用连接线(11)接到二次出线端子(7)上，高电压三电位绝缘隔离电流传感器外层设置外壳(12)，安装底座(4)设置在外壳(12)上，外壳(12)内浇满浇注绝缘层(8)。
4.根据权利要求3所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的二次出线端子(7)和接地端子(9)与安装底座(4)的空间位置互差180°。
5.根据权利要求3所述的高电压三电位绝缘隔离电流传感器，其特征在于：所述的高电压绝缘层(2)、安装底座(4)和浇注绝缘层(8)一次浇注而成。
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