CN107731497A - 电流互感器及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电流互感器技术领域，特别是一种电流互感器及其制备工艺。包括由闭合型铁芯和包覆于所述闭合型铁芯上的第一绝缘皱纹纸以及绕制在所述绝缘皱纹纸外侧的漆包线构成的电流互感器本体，还包括环氧树脂浇注体、弓形支架和底座，电流互感器本体连接在所述弓形支架上，弓形支架设置在所述底座上，环氧树脂浇注体通过浇注的方式紧密包覆于所述电流互感器本体和弓形支架外，漆包线的两头出线端分别设置有一个第一嵌件螺母，第一嵌件螺母设置在环氧树脂浇注体体外。采用嵌套结构对电流互感器进行整体环氧树脂浇注，结构紧凑、无拼装，提高了抗冲击能力；同时密封性好，避免受到盐雾腐蚀，具有良好的抗震能力和电气绝缘性能。

Description

电流互感器及其制备工艺

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，特别是一种电流互感器及其制备工艺。

背景技术

电流互感器因其具备电流变换和电气隔离作用而受到广泛应用。目前，船舶中压电力系统的运行监测与保护需要大量电流互感器来采集系统各部分不同性质的电流信号。由于电压等级高，母线电缆较粗，且采用多根并联安装，因此急需一种穿心式大口径电流互感器。

现有技术中的电流互感器主体部分为电流互感器本体，电流互感器本体通常由铁芯、包覆于铁芯上的绝缘皱纹纸和绕制在绝缘皱纹纸上的漆包线，电流互感器主体存在以下缺点：①铁芯导磁性能一般，导致电流检测精度不高；②通常采用塑壳包裹电流互感器线圈，塑壳的机械强度和抗震性能一般，由于电流互感器一般安装在配电室和配电柜内，无法满足高电压等级条件下绝缘性能的要求；并且，塑壳密封性差、在船载环境下，潮湿的空气、盐雾极易侵入塑壳对绝缘材料和金属部件造成腐蚀，进而导致电流互感器损坏；③一般用于计量或保护的电流互感器，精度为1级或0.5级，且二次负载不大，如10欧姆，精度等级不高；④不做底板而直接卡装在柜架上，或将底板用螺丝固定在电流互感器本体上，电流互感器的整体结构不够稳定；⑤只能提供立装这一种安装方式，无法适应更复杂的安装环境；⑥市场上还没有能够测量小电流(mA级)的大孔径(圆形铁心直径100mm以上)穿心式电流互感器。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、导磁性能好、计量精度高、性能稳定，以及具有良好的电气性能和绝缘性能，并且安装方式多样、实用性强、易于推广使用的电流互感器及其制备工艺。

对于本发明一种电流互感器，其采用的技术手段为，包括由闭合型铁芯和包覆于所述闭合型铁芯上的第一绝缘皱纹纸以及绕制在所述绝缘皱纹纸外侧的漆包线构成的电流互感器本体，还包括环氧树脂浇注体、弓形支架和底座，所述电流互感器本体连接在所述弓形支架上，所述弓形支架设置在所述底座上，所述环氧树脂浇注体通过浇注的方式紧密包覆于所述电流互感器本体和弓形支架外，所述漆包线的两头出线端分别设置有一个第一嵌件螺母，所述第一嵌件螺母设置在所述环氧树脂浇注体体外。

进一步的，所述电流互感器本体外部还设置有由绝缘皱纹纸包覆形成第二绝缘皱纹纸层。

进一步的，所述环氧树脂浇注体下部设置有二次接线盒，所述第一嵌件螺母设置在所述二次接线盒中。

进一步的，所述环氧树脂浇注体上设置有具有水平中心线的第一安装孔，所述底座上设置有具有竖直中心线的第二安装孔。

进一步的，所述闭合型铁芯由铁基纳米晶合金材料制成。

对于本发明一种电流互感器的制备工艺，其采用的技术手段为，它包括以下步骤：

步骤1：制作所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯；

步骤2：利用绝缘皱纹纸紧密包覆在所述闭合型铁芯上形成第一绝缘皱纹纸层；

步骤3：采用漆包线逐匝均匀缠绕在包覆有第一绝缘皱纹纸层的闭合型铁芯上，所述闭合型铁芯、第一绝缘皱纹纸层和漆包线构成电流互感器本体；

步骤4：漆包线绕制完成后，将漆包线出线头留出被预设长度作为出线端，然后在所述出线端的端头上连接第一嵌件螺母；

步骤5：将所述电流互感器本体安装在所述弓形支架上；

步骤6：将所述弓形支架安装在所述底座上；

步骤7：将所述电流互感器本体、弓形支架放入电流互感器浇注模具中，并加入环氧树脂浇注料进行浇注，形成包覆在所述电流互感器本体和弓形支架上的环氧树脂浇注体，浇注时将第一嵌件螺母留置在所述环氧树脂浇注体外部。

进一步的，还包括有步骤8：将二次接线盒安装在所述环氧树脂浇注体上，并将所述第一嵌件螺母设置在所述二次接线盒内。

进一步的，步骤3之后，还对所得到的电流互感器本体进行误差校验，若校验不合格，则采用分数匝补偿方式重新进行漆包线的绕制，直至误差校验结果合格。

进一步的，步骤1所述的闭合型铁芯为铁基纳米晶合金材料的铁芯。

进一步的，步骤1所述的闭合型铁芯的制备工艺，具体包括以下步骤：

a、将铁基纳米晶合金材料卷制成所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯；

b、将所述闭合型铁芯放入真空退火炉中，在炉内温度为500～650℃、真空度小于100Pa的条件下进行退火处理；

c、将退火处理后的闭合型铁芯定位安装到铁芯护盒中，并采用树脂对闭合型铁芯进行灌封固定。

本发明的有益效果是：采用嵌套结构对电流互感器进行整体环氧树脂浇注成为一个整体，结构紧凑稳定、无拼装，提高了抗冲击能力；同时密封性好，避免受到盐雾腐蚀，具有良好的抗震能力和电气绝缘性能。电流互感器整体结构稳定，可以提供两种垂直及水平两种安装方式，能够适应潮湿、盐雾等更严苛的现场环境，特别适合船用，尤其是军舰用，具有广阔的市场应用前景。采用具有高初始导磁率，低矫玩力且性能稳定的铁基纳米晶合金材料来制作闭合型铁芯，并且为了提高导磁性能，进行了高温退火工艺，使电流互感器具有0.2级的二次侧测量精度。

附图说明

图1是本发明所述电流互感器的结构示意图；

图2是本发明所述电流互感器的主视图；

图3是本发明图2的左视图；

图4是本发明图2的A-A向剖视图；

图5是本发明所述电流互感器浇注之前的结构示意图；

图6是本发明图5的左视图；

图7是本发明所述电流互感器浇注后拆掉互感器浇注模具的结构示意图；

图8是本发明图5的B-B向剖视图；

图9是本发明所述制备工艺的流程图。

图中：1—闭合型铁芯，2—第一绝缘皱纹纸层，3—漆包线，4—第二绝缘皱纹纸层，5—绝缘套管，6—弓形支架，61—支撑面，62—弯板，63—支撑板，64—底板，7—第一嵌件螺母，8—第二嵌件螺母，9—底座，10—环氧树脂浇注体，11—穿心孔，12—纱带，13—铭牌，14—二次接线盒，15—螺钉，16—第一安装孔，17—第二安装孔，18—电流互感器本体。

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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-8所示，电流互感器包括闭合型铁芯1，包覆于闭合型铁芯1上的第一绝缘皱纹纸层2、绕制在第一绝缘皱纹纸层2上的漆包线3、和第二绝缘皱纹纸层4、绝缘套管5、弓形支架6和底座9。闭合型铁芯1、第一绝缘皱纹纸层2和漆包线3构成电流互感器本体18。漆包线3出线头留出被刮净漆膜的预设长度作为出线端，第二绝缘皱纹纸层4包覆于电流互感器本体18上。绝缘套管5套设在出线端上，出线端的端头上焊接有第一嵌件螺母7，两个第一嵌件螺母7之间设有第二嵌件螺母8。弓形支架6设置在电流互感器本体18底部，弓形支架6具有支撑面，该支撑面与包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18外侧面相贴合，弓形支架6置于底座9上。

包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18、弓形支架6、套有绝缘套管5的出线端通过环氧树脂浇注料浇注成环氧树脂浇注体10。第一嵌件螺母7和第二嵌件螺母8嵌固在环氧树脂浇注体10上；环氧树脂浇注体10中心具有供线缆穿过的穿心孔11。采用铁基纳米晶合金制成所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯1，闭合型铁芯1采用环形闭合型铁芯或矩形闭合型铁芯。当闭合型铁芯1采用环形闭合型铁芯时，弓形支架6的弯板62的支撑面61为弧形凹面；当闭合型铁芯1采用矩形闭合型铁芯时，弓形支架6的弯板62采用直板替代，其支撑面61为平面。漆包线3的绕制在闭合型铁芯1上，第一绝缘皱纹纸层2具有2层且以半叠方式包覆在闭合型铁芯1上；第二绝缘皱纹纸层4具有1层且以半叠方式包覆在电流互感器本体18上。包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18通过纱带12固定在弓形支架6上。

环氧树脂浇注体10上设置有铭牌13，另外，电流互感器还包括置于环氧树脂浇注体10侧面下部上的二次接线盒14；第一嵌件螺母7和第二嵌件螺母8均置于二次接线盒14中，二次接线盒14通过与第二嵌件螺母8相连接的螺钉15安装到环氧树脂浇注体10上。环氧树脂浇注体10上设有具有水平中心线的第一安装孔16，底座9上开设有具有竖直中心线的第二安装孔17。当闭合型铁芯1采用环形闭合型铁芯时，弓形支架6包括具有弧形凹面的弯板62、两个与弯板62两端分别连接的支撑板63、以及两个分别连接一支撑板63的底板64。纱带12可以采用白纱带，以多圈绕接方式将闭合型铁芯1和弓形支架6固定在一起，采用纱带12将电流互感器本体18与弓形支架6绑扎在一起，结构紧凑、提高了抗冲击和抗振动的能力；第一嵌件螺母7的规格可以选用M6；第二嵌件螺母8的规格可以选用M4。

本实施例的闭合型铁芯1采用铁基纳米晶合金，其具有高初始导磁率和低矫顽力、性能稳定、导磁性能好，尤其在磁化初始阶段对漏电流非常敏感；为提高互感器的精度，可以采用分数匝补偿的方式在闭合型铁芯1上绕制漆包线，具体地，如果应该绕制1000匝，可以只绕999匝，或者，将其中一根或几根漆包线相对于其它根漆包线，多绕或少绕一匝或几匝，以实现补偿；漆包线3形成的线圈在包覆有第一绝缘皱纹纸层2的闭合型铁芯1表面均匀排列。

第一安装孔16用于实现电流互感器的平装，在电流互感器平放时可以利用第一安装孔16将电流互感器固定在柜架上。第二安装孔17用于实现电流互感器的立装，进而对于安装环境的适应范围更广。本发明电流互感器具有多种安装方式，适用于空间小而需要多种安装方式的舰船环境；第一安装孔16和第二安装孔17均具有2个；底座9和弓形支架6采用不锈钢材料制成，耐腐蚀性强，具有很好的防污性能；本发明闭合型铁芯1可以安装到铁芯护盒中，铁芯护盒的形状与对应闭合型铁芯1的形状相同，铁芯护盒未在附图中示出；另外，由于出线端上套设有绝缘套管5，因此未在附图中示出。

本实施例的电流互感器制备工艺如图9所示，包括如下步骤：

步骤1：利用铁基纳米晶合金来制作所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯1；

步骤2：利用绝缘皱纹纸以半叠方式紧密包覆在闭合型铁芯1上形成2层第一绝缘皱纹纸层2；

步骤3：采用漆包线3逐匝均匀缠绕在包覆有第一绝缘皱纹纸层2的闭合型铁芯1上，并保证相邻匝不重叠接触，漆包线3的绕制匝数为1000匝，闭合型铁芯1、第一绝缘皱纹纸层2和漆包线3构成电流互感器本体18，之后通过微型互感器校验装置对电流互感器进行误差校验时，当测试误差符合电流互感器标准要求则表示校验合格，若校验不合格，则返回对电流互感器当前已完成的制备步骤重新修正调试，即采用分数匝补偿方式重新进行漆包线的绕制，直至误差校验结果合格；

步骤4：漆包线3绕制完成后将漆包线3出线头留出被刮净漆膜的预设长度作为出线端，将绝缘套管套5设在出线端上，然后在出线端的端头上焊接第一嵌件螺母7，然后在电流互感器本体18外以半叠方式包覆第二绝缘皱纹纸层4；

步骤5：将包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18通过纱带12固定在弓形支架6上，同时保证弓形支架6具有的支撑面61与包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18外侧面相贴合；

步骤6：将弓形支架安装在所述底座9上，底座9上开设有具有竖直中心线的第二安装孔17；

步骤7：将包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18、弓形支架6、套有绝缘套管5的出线端、第一嵌件螺母7、以及置于两个第一嵌件螺母7之间的第二嵌件螺母8均装入互感器浇注模具中，并将互感器浇注模具同与弓形支架6相连接的底座9一起放入箱内温度为105～120℃的烘箱中进行干燥，干燥8小时后加入环氧树脂浇注料进行浇注，形成包覆在电流互感器本体18和弓形支架6上的环氧树脂浇注体10，浇注时将第一嵌件螺母7留置在所述环氧树脂浇注体10外部；

步骤8：通过与第二嵌件螺母8相连接的螺钉15将二次接线盒14安装在环氧树脂浇注体10侧面下部，并将第一嵌件螺母7设置在二次接线盒14内。

其中，步骤1具体包括如下步骤：

a、铁基纳米晶合金带材卷制成所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯1；

b、将闭合型铁芯1放入真空退火炉中，在炉内温度为550～600℃、真空度小于100Pa的条件下，对闭合型铁芯进行退火处理8～10小时；

c、将退火处理后的闭合型铁芯1定位安装到闭合型铁芯护盒中，并采用灌封材料对闭合型铁芯1进行灌封固定，本实施例采用采用的灌封材料为树脂。

通过上述方式制成的铁基纳米晶合金闭合型铁芯1提高了抗冲击和抗振动的能力，不易破碎；经过高温退火后，使电流互感器具有0.2级的二次侧测量精度，二次负载大，二次电流低，大大提高了电流互感器的精度磁性能。

本实施例中，步骤7具体包括以下步骤：

1、采用的环氧树脂浇注料为E39D型互感器用环氧树脂；

2、在温度为80～100℃、真空度小于100Pa的环境下，向干燥后的互感器浇注模具中注入上述环氧树脂浇注料，并保持被浇注的互感器浇注模具和与弓形支架6相连接的底座9均处于温度为80～100℃、真空度小于100Pa的环境中处理2～4小时；

3、将浇注好的互感器浇注模具同与弓形支架6相连接的底座9移入箱内温度为105～120℃的烘箱中进行固化8～10小时，然后拆掉互感器浇注模具，包覆有第二绝缘皱纹纸层4的电流互感器本体18、弓形支架6、套有绝缘套管5的出线端被浇注成环氧树脂浇注体10，第一嵌件螺母7和第二嵌件螺母8嵌固在环氧树脂浇注体10上；环氧树脂浇注体10上设有具有水平中心线的第一安装孔16、以及供线缆穿过的穿心孔11；

4、将已拆掉互感器浇注模具的环氧树脂浇注体10放入箱内温度为105～120℃的烘箱中进行后固化8小时。

本发明的互感器可以根据其进行电流计量时所穿的电缆根数，来决定闭合型铁芯的窗口尺寸，可根据窗口大小、二次容量大小和精度要求，计算出闭合型铁芯截面积，使得互感器产品拥有较高精度。本发明所述电流互感器可以用于计量三相电缆在运行中产生的三相不平衡电流，三相电缆直接穿过设置在电流互感器中间的穿心孔，所述三相电缆规格具体可以为3×95mm2、外径为55.5-61.0mm，所述穿心孔可穿1～10根电缆，当多根电缆穿过时，所述穿心孔规格可以为500mm×200mm、240mm×180mm、240mm×90mm、φ240mm、φ160mm、φ90mm等；由于电流互感器要计量的电流是电缆在运行中所产生的不平衡电流，该电流在0.5～5A之间，而电流互感器二次感应出的电流应在0.5～5mA之间，这是微型电流互感器所计量的电流值，本发明电流互感器虽然具有电力电流互感器的外形，但电流互感器的二次输出只有几毫安，执行微型电流互感器标准，电流互感器应用的是电磁感应原理，一次电流为0.5～5A，由于二次绕组的匝数优选为1000匝，因此二次输出可以得到0.5～5mA，另外，由于有损耗，且二次负载大，大约为10～50欧姆，故二次电流要比上述0.5～5mA小；另外，为了避免穿心孔相对较大造成二次感应到的电流精度不高，本发明可以采用分数匝补偿的方法来提高电流互感器的精度。当电流互感器可以采用铁基纳米晶合金为导磁材料，导磁性能优异；计量精度高，二次负载大，二次电流低，大大提高了电流互感器的精度；在额定二次电流3mA的1～1000％时，精度能达到0.2级，且二次输出要在10～50Ω之间。电流互感器具有的穿心孔相对较大，能够穿过多根电缆；电流互感器耐腐蚀性强，适用于对防污性要求较高的现场环境。

Claims (10)

1.一种电流互感器，包括由闭合型铁芯(1)和包覆于所述闭合型铁芯(1)上的第一绝缘皱纹纸(2)以及绕制在所述绝缘皱纹纸(2)外侧的漆包线(3)构成的电流互感器本体(18)，其特征在于：还包括环氧树脂浇注体(10)、弓形支架(6)和底座(9)，所述电流互感器本体(18)连接在所述弓形支架(6)上，所述弓形支架(6)设置在所述底座(9)上，所述环氧树脂浇注体(10)通过浇注的方式紧密包覆于所述电流互感器本体(18)和弓形支架(6)外，所述漆包线(3)的两头出线端分别设置有一个第一嵌件螺母(7)，所述第一嵌件螺母(7)设置在所述环氧树脂浇注体(10)体外。

2.如权利要求1所述的电流互感器，其特征在于：所述电流互感器本体(18)外部还设置有由绝缘皱纹纸包覆形成第二绝缘皱纹纸层(4)。

3.如权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述环氧树脂浇注体(10)下部设置有二次接线盒(14)，所述第一嵌件螺母(7)设置在所述二次接线盒(14)中。

4.如权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述环氧树脂浇注体(10)上设置有具有水平中心线的第一安装孔(16)，所述底座(9)上设置有具有竖直中心线的第二安装孔(17)。

5.如权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于：所述闭合型铁芯(1)由铁基纳米晶合金材料制成。

6.一种权利要求1所述电流互感器的制备工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：制作所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯(1)；

步骤2：利用绝缘皱纹纸紧密包覆在所述闭合型铁芯(1)上形成第一绝缘皱纹纸层(2)；

步骤3：采用漆包线(3)逐匝均匀缠绕在包覆有第一绝缘皱纹纸层(2)的闭合型铁芯(1)上，所述闭合型铁芯(1)、第一绝缘皱纹纸层(2)和漆包线(3)构成电流互感器本体(18)；

步骤4：漆包线(3)绕制完成后，将漆包线(3)出线头留出被预设长度作为出线端，然后在所述出线端的端头上连接第一嵌件螺母(7)；

步骤5：所述电流互感器本体(18)安装在所述弓形支架(6)上；

步骤6：将所述弓形支架安装在所述底座(9)上；

步骤7：将所述电流互感器本体(18)、弓形支架(6)放入电流互感器浇注模具中，并加入环氧树脂浇注料进行浇注，形成包覆在所述电流互感器本体(18)和弓形支架(6)上的环氧树脂浇注体(10)，浇注时将第一嵌件螺母(7)留置在所述环氧树脂浇注体(10)外部。

7.如权利要求6所述电流互感器的制备工艺，其特征在于，还包括有步骤8：将二次接线盒(14)安装在所述环氧树脂浇注体(10)上，并将所述第一嵌件螺母(7)设置在所述二次接线盒(14)内。

8.如权利要求6或7所述电流互感器的制备工艺，其特征在于：步骤3之后，还对所得到的电流互感器本体(10)进行误差校验，若校验不合格，则采用分数匝补偿方式重新进行漆包线的绕制，直至误差校验结果合格。

9.如权利要求6或7所述电流互感器的制备工艺，其特征在于：步骤1所述的闭合型铁芯为铁基纳米晶合金材料的铁芯。

10.如权利要求9所述电流互感器的制备工艺，其特征在于：步骤1所述的闭合型铁芯的制备工艺，具体包括以下步骤：

a、将铁基纳米晶合金材料卷制成所需形状和窗口尺寸的闭合型铁芯(1)；

b、将所述闭合型铁芯(1)放入真空退火炉中，在炉内温度为500～650℃、真空度小于100Pa的条件下进行退火处理；

c、将退火处理后的闭合型铁芯(1)定位安装到铁芯护盒中，并采用树脂对闭合型铁芯(1)进行灌封固定。