CN108352249B - 电流传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于高压电力线路(12)的测量的电流互感器，其包括可打开的可磁化环芯(13)以及用于感测与所述高压电力线路的电流相关的电流的次级绕组(9)，所述可打开的可磁化环芯(13)包括环绕所述电力线路的多个铁条带。所述芯(13)包括具有重叠区域(14)的重叠端部(17a、17b)，并且所述芯接收高压电位。

Description

电流传感器

技术领域

本发明涉及电力线路中电流的测量。更确切地，本发明涉及高功率配电线路中用于电流的测量的装置和方法。特别地，本发明涉及用于电流测量的传感器。具体而言，本发明涉及用于高压的电流互感器。

“高压配电线路”的表达应当被理解为用于电力分配的空气绝缘电力线路。优选地，这种电力线路载送10至40千伏(kV)范围内的电力。

背景技术

用于高压电导体的电流测量的常用装置是具有初级绕组、圆形可磁化芯和次级绕组的电流互感器。初级绕组(其是要被测量的电力线路)中的交流电流在芯中产生交变磁场，该交变磁场随后在次级绕组中感应交流电流。电流互感器设计的基本目标是要确保初级和次级电路被有效地耦合，从而使得次级电流与初级电流成线性比例。对于高压应用，普通电流互感器的生产成本很高，以及为了安装而使得导体线路需要被切断并且系统需要断电。

具有可打开的芯的电流互感器，诸如钳形电流表，通常被用于低压应用。这种装置的芯包括一对可磁化材料的可打开的夹钳，以环绕导体。导体不需要被切断或断电。然而，钳形电流表包括开口和支点，它们两者都会干扰磁场。

然而，对于高压应用，导体与次级线圈之间需要足够的绝缘。特别是如果来自次级线圈的信号要在接地电平处被测量，则必须提供足够的保护以防止信号导体中的危险电压电平。因此，次级绕组和载送信号的导体必须具有足够的绝缘，并且能够被保护以防止闪络。电流互感器可以被认为是包括初级绕组、线圈和次级绕组三部分的系统。对于高压用途，初级绕组与芯之间或者芯与次级绕组之间必须有足够的绝缘。

已知钳形电流表被悬挂在高压线路上的的用途，其中来自次级线圈的信号通过光纤或空气传播信号被发送到接地电位上的仪器。钳形电流表的芯仍然与高压导体隔离。钳形电流表的芯同样包括开口和支点，它们两者都会干扰磁场。已知的解决方案需要在高电位电平上存在电子电路和诸如电池的电源。这是严重的复杂化，因为这种电源正在增加生产成本。电子电路具有有限的使用寿命，并且增加了故障风险。此外，这样的电源需要维护和不时更换。

从US 7557563(Gunn等)中先前已知一种电流传感器组件。该电流传感器包括具有两个可移动夹钳和电晕结构的钳形表。电晕结构具有围绕电子组件和导体可安装设备的外边界。电晕结构可以屏蔽电子组件和导体可安装装置以免受电力导体可产生的电晕的影响。电流传感器组件可以是包括多个互感器芯的分裂芯设计。电子组件和导体可安装设备可以由电力导体上的线电压源来供电。数据可以利用传感器装置被无线地发射和接收。

从US 5483215(Mies)中先前已知一种用于线路的电流互感器。该电流互感器能够被安装有在具有高压的导体上的转换杆。电流互感器具有围绕U形铁轭的线圈。U形接地铁(ground iron)被旋转安装在铁轭的一条腿上，并在断点处被支撑。弹簧被固定在互感器的壳体上。当电流互感器被安装时，导体将接地铁移动到闭合位置中并由弹簧保持在该位置中。测量信号由光纤传送。

从US 3725832(Edmund等)中先前已知一种磁芯结构。该结构的目的是提供一种不具有用于包围交流电流载送导体的枢轴连接的可打开的芯。磁芯由取向硅钢叠片的多个条带形成。在形成芯之后，施加次级绕组。为了避免腐蚀，芯被覆盖有可硬化塑料氯丁橡胶。在实施例中，芯以对接接触自动闭合，并且在又一个实施例中，芯包含耦合构件。

然而，如图中所示的未提及的已知的芯和次级绕组仅可应用在低压连接器上。

虽然提及了绝缘材料的涂层，但这种涂层的厚度(图8至图11)并不表示在高压环境下的用途。次级绕组及其连接仅被覆盖有胶带。因此，没有讨论来源于与高压导体接触的芯的电场的存在，以及如何控制这种电场来避免局部放电。

发明内容

本发明的主要目的是寻求改进电流互感器的方式，该电流互感器能够感测高压电力线路上的电流并产生在接地电位电平处的非危险的信号。

根据本发明，该目的通过以独立权利要求1中的特征为特征的电流互感器或通过以独立权利要求7中的步骤为特征的方法来实现。优选实施例由从属权利要求所限定。

根据本发明，电流互感器包括在高压电位处环绕芯的电力线路。芯包括可磁化材料的可打开的均匀环。均匀环应当被理解为在各处包括相同材料和相同横截面的环。因此，芯不包含支点、接头或其它不连续点。在实施例中，芯材料包括多个堆叠的金属片。高压电位的表达应当理解为偏离电力线路电位的10％以内的电压电位。在实施例中，芯与电力线路电接触。因此，芯接收与电力线路相同的电位。在实施例中，芯被嵌入在薄保护涂层中，这将导致电压电位比电力线路略低。芯是可打开的以被悬挂在电力线路上。在实施例中，芯包括仅具有一个开口的柔性结构。在实施例中，芯包括可打开的重叠端部，当闭合时该重叠端部提供大的重叠表面，这加强了芯中的磁场。

电流互感器包括芯与次级绕组之间的高压绝缘。在实施例中，高压绝缘包括覆盖环形芯的一部分的管状绝缘体以及缠绕在该绝缘体上的次级绕组。管状绝缘体包括内导电层、绝缘层和外导电层。管状绝缘体包括在两个端部处的电场应力减小部件。这种部件包括例如场控制应力锥或场控制化合物，其被用于高压电缆末端。通过接收与电力线路导体基本上相同的电压，闭合磁路的芯表面不需要高压绝缘。这使得获得最小的气隙成为可能。在实施例中，磁路中的气隙几乎变为零。通过使次级绕组与芯和电力线路完全绝缘，信号可以在接地电平处被测量，而没有任何危险事故的风险。因此，根据本发明的电流互感器是完全无源的，并且不需要额外的功率以产生在接地电平处的可测量的信号。用于无线地发射信号的分析仪器和部件可以容易地在接地电平上被使用和被供电。

在实施例中，芯包括多个铁条带。在实施例中，该多个铁条带形成芯的正方形横截面。在实施例中，可打开的环芯包括为磁场提供大接触区域的重叠端部。通过重叠设计，磁阻被降低并且因此磁通量增加。该设计等同于使用具有更高磁导率的磁性材料。通过将重叠区域设计成大于芯的横截面，可以在不影响功能的情况下接受更大的气隙。因此重叠区域中的材料表面不需要完全接触。从而使得光滑表面的需求被减少。

根据本发明的电流互感器提供了在现场架空线路导体上易于安装的电流互感器，这需要电流互感器断开和闭合磁路。次级绕组的充分绝缘和可打开的芯的足够磁特性两者都被满足。铁芯是在全部360度都应当具有高磁导率的磁路。如果可打开段包含承受高压所需的绝缘，磁化电流将会过高而不能满足电流互感器的需求。因此铁心被定位在高压电位处。在实施例中，铁芯接收与架空线路导体相同的电压。所有不可打开的铁芯通常在低压或接地电位处。“铁芯”的表达被理解为同义于在封闭环中形成的高磁导率材料。

在实施例中，芯包括用于将芯的重叠端部保持在打开位置的机构。这使得操作员能够利用长的绝缘棒将芯推到电力线路上。在实施例中，机构包括锁定部件，用于在芯已被安装到线路上之后将重叠的端部朝向彼此按压。芯的重叠端部的存在提供了将芯定位成几乎与电力线路平行。电流互感器的要求仅是环芯环绕电力线路。通过将芯保持在与电力线路几乎平行的位置，与相邻线路的距离可以被保持较小而没有任何闪络风险。

在本发明的第一方面中，该目的通过一种用于高压电力线路的测量的电流互感器来实现，所述电流互感器包括环绕所述电力线路的可打开的可磁化环芯，以及用于感测与所述高压电力线路的电流相关的电流的次级绕组，其中所述芯包括具有延伸所述芯的横截面的重叠区域的重叠端部，并且所述芯接收高压电位。所述电流互感器包括封闭所述环芯的一部分的管状绝缘体，并且所述管状绝缘体使所述次级绕组与所述环芯绝缘，从而提供在接地电平处的非危险的可测量电流。

在另一个实施例中，所述可打开的环芯包括重叠端部。重叠距离大于所述芯的横截面。所述管状绝缘体包括内导电层、绝缘层和外导电层。所述管状绝缘体包括在每个端部部分处的应力分级部件。所述可磁化芯包括多个铁片。所述管状绝缘体包括具有多个突出的圆形伞裙(sheds)以用于增加爬电距离的天气保护部。

在本发明的第二方面中，该目的通过一种用于高压电力线路的电流测量的方法来实现，所述方法包括环绕所述电力线路的可打开的可磁化芯以及用于感测与所述高压电力线路的电流相关的电流的次级绕组，其中所述方法包含提供具有第一端部部分和第二端部部分的铁条带的叠堆，焊接所有条带的所述第一端部部分，将预制的管状绝缘体穿过条带的所述叠堆，将条带的所述叠堆与所述管状绝缘体一起弯折以形成具有重叠端部的环芯，将所述可打开的环芯穿过所述电力线路，以及在接地电平处读取电流。

所述方法还包括形成围绕所述环芯的一部分的内导电层，在所述内导电层上提供管状绝缘层，在所述管状绝缘层上提供外导电层，以及在所述外导电层的每个端部处提供应力分级部件。

附图说明

根据以下结合附图的详细描述，本发明的其它特征和优点对于本领域技术人员将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本发明的悬挂在高压电力线路上的电流互感器的视图，

图2是根据本发明的在环芯上的管状绝缘体的纵向切断的横截面，

图3是可打开的环芯的原理草图，和

图4是可打开的芯的打开和锁定布置的两个原理草图。

具体实施方式

根据图1的电流互感器包括环绕高压导体12的铁芯13，以及包括次级绕组的管状绝缘体1。管状绝缘体在芯与次级绕组之间提供高压绝缘。在所示的实施例中，绝缘体覆盖芯的一部分，留下芯的一部分以与导体接触。因此，芯接收与高压导体相同的电位。在实施例中，芯被嵌入在薄保护涂层中并因此接收比高压导体略低的电压电位。芯包括可磁化材料的可打开的均匀环。均匀的表达应当被理解为，环在各处包括相同的材料并且优选地包括相同的横截面。环可以具有任何几何形式，但优选为圆形。

绝缘体1包括承载次级绕组的中间段2、第一电场分级端部部分3和第二电场分级端部部分4。管状绝缘体包括具有多个圆形伞裙11的天气保护部10以加长爬电距离。次级绕组因此与铁芯完全绝缘。管状隔离体可以被认为是使内导体绝缘的短管，在这种情况下内导体是铁芯。在所示的实施例中，管状绝缘体包括连接至次级绕组的电缆16，以将来自次级绕组的信号载送到接地电平处的装置。

参照图2，管状绝缘体1包括内导电层6、绝缘层8和外导电层7。导电在本上下文中意味着足够的导电性以产生几乎等电位的层，但并非如此高的导电性以致通过磁通量而感应出任何明显的电流。次级绕组9被缠绕在导电层7上。管状绝缘体包括在远离次级绕组的每个方向上的应力消除垫5。应力消除垫与导电层7重叠。每个应力消除垫由高介电常数应力分级化合物制成，并且沿着表面在足够长的距离上逐级分布电场以避免局部放电。这可以看作两个镜像的常规电缆的末端。备选地，诸如应力锥的其它的电缆末端可以被应用以控制电场。铁芯的功能是传导磁场，而不是传导高压内导体载送的电流。

根据图3所示的本发明的左边实施例，铁芯13包括重叠端部17。图3中的优选实施例中的重叠区域14大于铁芯15的横截面。该重叠减小了芯中的磁阻。磁通量由虚线示出。该重叠还使得在气隙表面之间施加按压力F成为可能。磁通量在重叠区域中从一侧逐渐传递到另一侧。通过使重叠区域大于铁芯横截面的尺寸，磁阻或等效气隙被减小。在所示的实施例中，环芯包括多个铁片。如图3左下方所示的重叠布置使得将环芯与电力线路几乎平行取向成为可能。这是有利的，因为电力线路之间的距离能够被保持较小。铁芯的横截面在所示的实施例中大约为12平方毫米。在所示的实施例中，芯的直径大于200mm。

在本发明的实施例中，芯包括根据图4的锁定机构。第一弹簧构件20和第二弹簧构件21被用于安装电流互感器。在左边的实施例中，弹簧机构被充能至打开位置。在安装时，第二弹簧构件21将被高压导体12向下按压。当进一步被导体12按压时，弹簧构件21翻转(扣入)到右侧草图示出的位置中。第一弹簧构件20保持铁芯端部之间的按压力并确保气隙被保持在最小。弹簧设备上的弹簧锁包含部件，其保持铁芯几乎平行于架空电力线路并且由此增加到相邻相线的距离。气隙由箔片保护，当架空电力线路进入到铁环中时，箔片被架空电力线路移除。这防止了微粒在安装期间被困在气隙中。在实施例中，气隙表面包括胶合化合物，当芯被安装在电力线路上时，该胶合化合物长时间固定重叠端部。

在接地电平处测量高功率电导体的电流要求次级绕组呈现足够的绝缘，该次级绕组为接地电位处的测量仪器产生测量信号。然而，架空电力线路包括裸露的金属线。如果来自电流互感器的信号应当在接地电位处以服务于低压电子设备，则绝缘必须使得防止闪络或升高的电压。载送初级电流的架空线路包含10-40千伏(kV)的高压。

环形铁芯优选地通过卷绕多层铁条带或取向硅钢的叠片以形成环。当完全卷绕时，环被切断，从而导致了具有第一和第二端部部分的不同长度条带的叠堆。条带被平行取向，并且在一侧处的所有端部部分被焊接在一起。预制管状绝缘体1被压踏到现在扁平的铁芯上。条带的集合随后与管状体一起被弯折以形成具有重叠端部17a、17b的环芯。在该位置，芯的另一侧的所有端部部分都被焊接在一起。

尽管所给出的实施例是有利的，但本发明的范围不应受到所给出的实施例的限制，而是还包含对于本领域技术人员而言显而易见的实施例。例如，环芯不必是圆形的，而是可以包括环绕线路的任何几何形状，例如椭圆形。

Claims (9)

1.用于空气绝缘高压电力线路(12)的测量的电流互感器，其包括环绕所述空气绝缘高压电力线路的可打开的可磁化环芯(13)以及用于感测与所述空气绝缘高压电力线路的电流相关的电流的次级绕组(9)，其特征在于，

所述环芯(13)包括轴向取向的重叠端部(17a、17b)，以及所述电流互感器包括管状绝缘体(1)，所述管状绝缘体(1)包含所述次级绕组并提供所述环芯(13)与所述次级绕组(9)之间的高压绝缘；

其中所述管状绝缘体(1)包括围绕所述环芯(13)的一部分形成的内导电层(6)、设置在所述内导电层(6)上的管状绝缘层(8)和设置在所述管状绝缘层(8)上的外导电层(7)，所述次级绕组(9)围绕所述外导电层(7)被缠绕。

2.根据权利要求1所述的电流互感器，其中所述重叠端部(17)包括延伸所述环芯的横截面(15)的重叠区域(14)。

3.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其中所述管状绝缘体(1)包裹所述环芯(13)的一部分，以及所述管状绝缘体使所述次级绕组(9)与所述环芯(13)绝缘以在接地电平处提供无危险的可测量电流。

4.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其中所述环芯(13)包括多个铁条带。

5.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其中所述管状绝缘体(1)包括在每个端部部分(3、4)处的应力分级部件(5)。

6.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其中所述管状绝缘体(1)包括具有多个突出的圆形伞裙(11)以用于增加爬电距离的天气保护部(10)。

7.用于空气绝缘高压电力线路(12)的电流测量的方法，其包括环绕所述空气绝缘高压电力线路的可打开的可磁化环芯(13)以及用于感测与所述空气绝缘高压电力线路的电流相关的电流的次级绕组(9)，其特征在于，

提供具有第一端部部分和第二端部部分的铁条带的叠堆，焊接所有条带的所述第一端部部分，将铁条带的所述叠堆穿过预制的管状绝缘体(1)，所述预制的管状绝缘体(1)包括内导电层(6)、设置在所述内导电层(6)上的管状绝缘层(8)、设置在所述管状绝缘层(8)上的外导电层(7)，将所述次级绕组(9)围绕所述外导电层(7)缠绕，将条带的所述叠堆与所述管状绝缘体(1)一起弯折以形成具有轴向重叠端部(17a、17b)的环芯，将所述环芯穿过所述空气绝缘高压电力线路，以及在接地电平处读取所述电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述管状绝缘体(1)通过以下步骤形成：提供围绕所述环芯(13)的一部分的内导电层(6)，在所述内导电层(6)上提供管状绝缘层(8)，在所述管状绝缘层上提供外导电层(7)，以及在所述外导电层(7)的每个端部处提供应力分级部件(5)。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的电流互感器或者根据权利要求7或8中任一项所述的方法在用于配电电力线路上的测量的用途。

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