CN111430140A - 宽温微型组合式电流互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及宽温微型组合式电流互感器，包括外盒以及设置在外盒上的上盖，其特征在于：所述外盒的内部依次并列设置注入CT线圈、垫圈一、测量CT线圈、垫圈二、检测CT线圈，所述外盒的一侧穿入一次CT电缆并依次穿过上述部件后由外盒的同一侧引出，所述一次CT电缆的两端分别设置接线端子，所述注入CT线圈、测量CT线圈、检测CT线圈的绕组分别与设置在上盖表面的排针相连接。本发明解决了现有技术中电流互感器的高低温稳定性差、多个线圈间磁场干扰等问题。

Description

宽温微型组合式电流互感器
技术领域
本发明涉及电流互感器技术领域，特别涉及一种宽温微型组合式电流互感器。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，用电量不断加大，电价不断抬升。不乏商埠、企业和个人通过窃电方式降低用电费用，并且窃电手段呈现科技含量高，隐蔽性强的特点。为实现整体电能计量装置智能诊断和综合分析，提升故障和窃电等问题的解决能力，CT二次回路状态巡检仪应运而生。这种二次回路状态巡检仪包括电源模块、电流互感器CT回路状态监测单元、处理器和通信单元，其中电流互感器CT回路状态监测单元中关键部件就是电流互感器模块。
电流互感器是用于电力系统的计量器具，电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。回路状态巡检仪是国家电网在2016年开始试点推广的，在这几年的实际使用过程中发现如下问题：(1)由于我国地域辽阔，很多区域昼夜和四季温差大，现有的用于CT二次回路状态巡检仪的互感器模块高低温稳定性差，导致巡检仪不能正常工作。(2)在交流电网中由于非全相整流负荷等原因或接地故障短路等原因存在直流分量。直流分量会对测量用仪表产生偏磁干扰，影响计量的准确性。(3)现有互感器模块一次电缆同时通过三个线圈，三个线圈极易受相互磁场的干扰，影响计量准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种宽温微型组合式电流互感器，以解决现有技术中电流互感器的高低温稳定性差、多个线圈间磁场干扰等问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：宽温微型组合式电流互感器，包括外盒以及设置在外盒上的上盖，其特征在于：所述外盒的内部依次并列设置注入CT线圈、垫圈一、测量CT线圈、垫圈二、检测CT线圈，所述外盒的一侧穿入一次CT电缆并依次穿过上述部件后由外盒的同一侧引出，所述一次CT电缆的两端分别设置接线端子，所述注入CT线圈、测量CT线圈、检测CT线圈的绕组分别与设置在上盖表面的排针相连接。
进一步的，所述注入CT线圈包括第一铁芯及其上绕制的第一绕组，所述第一铁芯为经高磁场处理的纳米晶铁芯，所述第一绕组绕制在第一铁芯靠近盒底的下半部分，所述第一绕组的匝数为20～50匝。
进一步的，所述第一铁芯为环形铁芯，且所述第一绕组的匝数为30匝。
进一步的，所述检测CT线圈包括第二铁芯及其上绕制的第二绕组，所述第二铁芯为经高磁场处理的纳米晶铁芯；所述第二绕组绕制在第二铁芯靠近盒底的下半部分，所述第二绕组的匝数为20～50匝。
进一步的，所述第二铁芯为环形铁芯，且所述第二绕组的匝数为30匝。
进一步的，所述测量CT线圈包括第三铁芯及其上绕制的第三绕组；所述第三铁芯为由高导磁铁芯和恒磁铁芯复合而成的复合铁芯；所述第三绕组均匀绕制在第三铁芯上且匝数为800～1200匝。
进一步的，所述第三铁芯为复合环形铁芯且内层为高导磁微晶部分、外层为恒磁非晶部分，所述第三绕组的匝数为1000匝。
进一步的，所述垫圈一、垫圈二的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
进一步的，所述第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯分别具有与其外形相适配的聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的保护盒。
进一步的，所述外盒内部装配完成后其内灌装环氧树脂。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果为：本发明提供的一种宽温微型组合式电流互感器的高低温稳定性好，可以在温度为-40℃到+80℃的范围内，电感量随温度变化保持近似线性减少，电感量变化率远小于当前同类产品，且此温度区间线圈阻值很小。
本发明提供的一种宽温微型组合式电流互感器的计量准确性好，测量CT线圈中第三铁芯为由高导磁铁芯和恒导磁铁芯复合而成的复合铁芯，可以有效的抵消计量回路中的直流分量，从而减小线路中的直流分量的干扰与影响。本发明使用垫圈对三个CT线圈进行定位间隔处理，减少干扰，解决了多个线圈间磁场干扰的问题。
本发明提供的一种宽温微型组合式电流互感器可以更为有效地适配现有的巡检仪其它部件，尤其是软件部分，这就使得巡检仪能更准确的判断二次回路的实际运行状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的电流互感器的侧面结构剖视图；
图2是本发明提供的电流互感器的顶面结构剖视图；
图3是本发明提供的电流互感器的注入CT线圈的结构示意图；
图4是本发明提供的电流互感器的检测CT线圈的结构示意图；
图5是本发明提供的电流互感器的测量CT线圈的结构示意图；
图6是本发明提供的电流互感器的第三铁芯的结构示意图；
图7是本发明提供的电流互感器的保护盒的安装示意图。
附图标记说明：
1-外盒，2-上盖，3-排针，4-一次CT电缆，41-接线端子，5-注入CT线圈，51-第一铁芯，52-第一绕组，6-垫圈一，7-测量CT线圈，71-第三铁芯，72-第三绕组，711-微晶部分，712-非晶部分，8-垫圈二，9-检测CT线圈，91-第二铁芯，92-第二绕组，10-保护盒。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
实施例1
本实施例提供的一种宽温微型组合式电流互感器，根据说明书附图1至附图2所示，包括外盒1、上盖2、排针3、一次CT电缆4、注入CT线圈5、垫圈一6、测量CT线圈7、垫圈二8、检测CT线圈9。
本实施例的外盒1为长方形盒体，外盒1的内部依次并列设置注入CT线圈5、垫圈一6、测量CT线圈7、垫圈二8、检测CT线圈9。在外盒1的一侧穿入一次CT电缆4，一次CT电缆4依次穿过注入CT线圈5、垫圈一6、测量CT线圈7、垫圈二8、检测CT线圈9后由外盒1的同一侧引出。一次CT电缆4的两端分别设置接线端子41。
本实施例的上盖2设置在外盒1上，可采用扣合、螺栓、螺钉等方式固定在外盒1上，外盒1和上盖2可选用聚对苯二甲酸乙二醇酯材质注塑加工而成。上盖2上并列设置排针3，排针3可选择六针一体黄铜镀金排针。
在本实例中，根据说明书附图1、附图3所示，注入CT线圈5为低阻抗电感线圈，具有通低频阻高频的作用。包括第一铁芯51及其上绕制的第一绕组52；第一铁芯51为经高磁场处理的纳米晶铁芯；第一绕组52采用偏置设置方式绕制在第一铁芯51靠近盒底的下半部分，第一绕组52与排针3相连接。第一铁芯51为环形铁芯，且第一绕组52匝数为30匝。
在本实例中，根据说明书附图1、附图4所示，检测CT线圈9为低阻抗电感线圈，具有通低频阻高频的作用。包括第二铁芯91及其上绕制的第二绕组92；第二铁芯91为经高磁场处理的纳米晶铁芯；第二绕组92采用偏置设置方式绕制在第二铁芯91靠近盒底的下半部分，第二绕组92与排针3相连接，第二铁芯91为环形铁芯，第二绕组92匝数为30匝。
本实施例中，注入CT线圈5和检测CT线圈9的线圈部分集中置于远离排针3的盒底，有利于减少排针3外接电器元件对电感线圈的干扰。
在本实施例中，第一绕组52与第二绕组92匝数相同为30匝，需要说明的是在不同应用条件下，根据实际需要，第一绕组52与第二绕组92匝数可以不相同。
经高磁场处理的纳米晶铁芯在条件为温度25℃、频率5kHz、电平2V情况下，电感系数AL＝11～13.8μH/N2，电阻值Rs≤22Ω@30T，因此，由此材质制成的第一铁芯51和第二铁芯91具有高低温稳定性和低阻值性。需要说明的是第一铁芯51和第二铁芯91不局限于纳米晶铁芯，可以采用在高低温稳定性和低阻值性方面与纳米晶铁芯等同或更优异的铁芯。
在本实例中，根据说明书附图1、附图5和附图6所示，测量CT线圈7包括第三铁芯71及其上绕制的第三绕组72；第三铁芯71为由高导磁和恒导磁复合而成的复合铁芯，具有抗直流分量作用；第三绕组72均匀绕制在第三铁芯71上，匝数为1000匝。该复合铁芯内层为高导磁微晶部分711，外层为恒导磁非晶部分712，且伏安特性满足3mA≥0.045mV，最大抗直流能力40A，即使用第三铁芯制作的互感器可承受的直流偏磁的能力限值为40A，可以有效的抵消计量回路中的直流分量，从而减小对线路中的直流分量干扰与影响。伏安特性和最大抗直流能力都是用来检测第三铁芯的磁化饱和程度的，这两个值会影响到互感器的比值差和相位差，即互感器的精度等级。需要说明的是第三铁芯71不局限于由高导磁和恒导磁复合而成的复合铁芯，可以采用在抗直流分量方面与复合铁芯等同或更优异的铁芯。
在本实施例中，使用垫圈一6、垫圈二8将注入CT线圈5、测量CT线圈7、检测CT线圈9进行了定位间隔处理，可以有效减少线圈之间的磁场干扰，保证计量结果的准确性。垫圈一6、垫圈二8的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，具有定位和隔离作用，有效减少了线圈间的磁场干扰。
在本实施例中，根据说明书附图7所示，第一铁芯51、第二铁芯91和第三铁芯71分别具有与其外形相适配的聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的保护盒10。保护盒10分为对称的两个盒体，并可以采用扣合、粘结等方式将铁芯包裹在其内部，起到对铁芯进行有效保护的作用。
在本实施例中，外盒1内部装配完成后其内灌装环氧树脂，可以将三个线圈及其之间设置的垫圈6和8、排针3进行有效固定，实现了产品结构的稳定性。
对比例1
以尺寸为φ12/φ19×8的铁芯，其上使用0.2mm2线绕制30匝为例，现有技术中使用的铁氧体铁芯在-10℃～20℃温度区间内，电感值Ls变化量超30％，且常温下电阻值Rs大于50Ω；本发明使用的纳米晶铁芯在-40℃～80℃温度区间内，电感值Ls值变化量可控制在25％以内，且常温下电阻值Rs小于20Ω，即使在-40℃时电阻值Rs也不超25Ω。本发明使用的纳米晶铁芯在高低温稳定性和低阻值上都明显优于铁氧体铁芯。
根据对比例1可知，注入CT线圈5和检测CT线圈9使用经高磁场处理的纳米晶铁芯，在-40℃～80℃温度区间内，电感量变化率远小于当前同类产品，且此温度区间线圈阻值很小。
实施例2
本发明中的电流互感器用作CT二次回路状态巡检仪的互感器模块时，电流互感器内部的注入CT线圈5、测量CT线圈7、检测CT线圈9，通过排针3与巡检仪中安装有处理器的电路板相连接。
使用巡检仪对计量回路检测时，一次CT电缆4一端的接线端子41用于连接计量回路中的电流感应器，一次CT电缆4另一端接线端子41与电能表相连接，即巡检仪串接进计量回路中。
具体工作原理为：巡检仪工作时，处理器会给到注入CT线圈5一个中低频信号，经过线圈间的耦合作用会在检测CT线圈9中产生一个反馈信号，该反馈信号通过排线3传送至电路板上的处理器中，巡检仪通过对两个数据的分析对比来判断计量回路的工作状态，即线路中是否有电流，以及实际电流与设定电流有无差异。测量CT线圈7是一个有抗直流分量作用的电流互感器线圈，可以有效的抵消计量回路中的直流分量，将计量回路中电流互感器的输出电流通过一定的变比准确反应出来，巡检仪通过与电能表电流的对比，以判断计量回路中电能表是否短接。
根据实施例1、对比例1，并结合实施例2可知，本发明中的电流互感器适配巡检仪使用后，与现有的巡检仪相比，具有更优良的高低温稳定性，可以在更广阔的区域进行准确检测。而且，本发明中的电流互感器可以有效的减少线圈间磁场、直流分量等的干扰，保证了巡检仪可以更准确的判断二次回路的实际运行状态。
需要说明的是，在本专利申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.宽温微型组合式电流互感器，包括外盒(1)以及设置在外盒(1)上的上盖(2)，其特征在于：所述外盒(1)的内部依次并列设置注入CT线圈(5)、垫圈一(6)、测量CT线圈(7)、垫圈二(8)、检测CT线圈(9)，所述外盒(1)的一侧穿入一次CT电缆(4)并依次穿过上述部件后由外盒(1)的同一侧引出，所述一次CT电缆(4)的两端分别设置接线端子(41)，所述注入CT线圈(5)、测量CT线圈(7)、检测CT线圈(9)的绕组分别与设置在上盖(2)表面的排针(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述注入CT线圈(5)包括第一铁芯(51)及其上绕制的第一绕组(52)，所述第一铁芯(51)为经高磁场处理的纳米晶铁芯，所述第一绕组(52)绕制在第一铁芯(51)靠近盒底的下半部分，所述第一绕组(52)的匝数为20～50匝。
3.根据权利要求2所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述第一铁芯(51)为环形铁芯，且所述第一绕组(52)的匝数为30匝。
4.根据权利要求1所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述检测CT线圈(9)包括第二铁芯(91)及其上绕制的第二绕组(92)，所述第二铁芯(91)为经高磁场处理的纳米晶铁芯；所述第二绕组(92)绕制在第二铁芯(91)靠近盒底的下半部分，所述第二绕组(92)的匝数为20～50匝。
5.根据权利要求4所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述第二铁芯(91)为环形铁芯，且所述第二绕组(92)的匝数为30匝。
6.根据权利要求1所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述测量CT线圈(7)包括第三铁芯(71)及其上绕制的第三绕组(72)；所述第三铁芯(71)为由高导磁铁芯和恒磁铁芯复合而成的复合铁芯；所述第三绕组(72)均匀绕制在第三铁芯(71)上且匝数为800～1200匝。
7.根据权利要求6所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述第三铁芯(71)为复合环形铁芯且内层为高导磁微晶部分(711)、外层为恒磁非晶部分(712)，所述第三绕组(72)的匝数为1000匝。
8.根据权利要求1～7任一项所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述垫圈一(6)、垫圈二(8)的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
9.根据权利要求8所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述第一铁芯(51)、第二铁芯(91)和第三铁芯(71)分别具有与其外形相适配的聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的保护盒(10)。
10.根据权利要求9所述的宽温微型组合式电流互感器，其特征在于：所述外盒(1)内部装配完成后其内灌装环氧树脂。
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