CN111540574A - 一种宽量程电流互感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽量程电流互感器及其制造方法，其中，电流互感器包括互感器铁心、互感器绕组，所述互感器铁心包括主铁心和电源绕组铁心，所述互感器绕组包括一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第三二次绕组，所述第一二次绕组、第二二次绕组均匀绕制于主铁心上，第三二次绕组均匀绕制于电源绕组铁心上，第二二次绕组与第三二次绕组绕向相反、相互串联形成闭合回路，所述主铁心和电源绕组铁心并列且中心穿过所述一次绕组。本发明实现了具有更宽量程、更高准确度的计量用电流互感器。此外，无缘零磁通电流互感器，不需要外接电源，实现成本低、更易推广。

Description

一种宽量程电流互感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及互感器技术领域，具体涉及一种一次系统电流在额定电流的1‰～200％的全范围内，全部能够准确转换信号的宽量程电流互感器及其制作方法。

背景技术

电流互感器是电力系统中关键设备之一。它能够把电网一次系统中的大电流信号，按照规定的比例，高准确度的转换为标准的小电流信号(1A或5A)，用于后接的二次计量、测量、保护系统使用，可以说，电流互感器的转换精度与电费的贸易结算准确性、电网运行数据采集和运行状态的监测以及电网运行安全密切相关。

按照互感器国家标准GB/T20840的规定，目前电力系统中采用的计量用电流互感器，最高准确级为0.2S级，其准确度范围和限定值见图1。图中可见，在额定电流20％以下，互感器计量的准确度就在逐步下降。而实际上，很多用户负荷的变化范围非常大，如制造企业、电力机车、居民小区等，因其满负荷运行时，一次电流很大，因此，计量用电流互感器的额定电流按照满负荷电流而设定，当企业大的用电设备停运、电力机车驶过后、小区入住率低的情况下，实际使用的电流可能远低于互感器设定额定电流的20％，甚至低于1％，造成电费计量不准确，而且，互感器原理及经验数据表明，这种下降的趋势是比值差偏负、相位差偏正，整体表现是计量的电费在减少，因此，在这种情况下，现有技术的电流互感器已经不能满足计量的需要了。国家电网公司官网显示数据：年售电量36051亿千瓦时，线损率达6.75％，年度损失电量超过2433亿千瓦时。

综上所述，实现一款可以在一次电流远低于互感器额定电流1％时，仍然能够准确计量的互感器，是当前电网电费计量领域亟待解决的问题。

公开号为CN 209198521 U的专利申请公开了一种零磁通高精度零序电流互感器，包括互感器铁心、互感器绕组和补偿电路，所述互感器铁心包括主铁心和辅助铁心，所述互感器绕组包括二次电流绕组、零磁通检测绕组和补偿绕组，所述零磁通检测绕组均匀绕制于主铁心上，所述补偿绕组均匀绕制于辅助铁心上，带有零磁通检测绕组的主铁心和带有补偿绕组的辅助铁心并排粘合，所述二次电流绕组均匀绕制于粘合后的主铁心和辅助铁心上，所述补偿电路分别与零磁通检测绕组、补偿绕组相连。

虽然其公开了零磁通的互感器，但其成本高、使用环境要求高、必须有外接电源用于控制电路供电等问题，导致这种产品很难在电力系统中大规模应用。

故，针对现有技术的缺陷，如何实现低成本宽量程计量用电流互感器的是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种宽量程电流互感器及其制作方法。利用无缘零磁通电流互感器，不需要外接电源，实现成本低、更易推广。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种宽量程电流互感器，其特征在于，包括：

互感器铁心、互感器绕组，所述互感器铁心包括主铁心和电源绕组铁心，所述互感器绕组包括一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第三二次绕组，所述第一二次绕组、第二二次绕组均匀绕制于主铁心上，第三二次绕组均匀绕制于电源绕组铁心上，第二二次绕组与第三二次绕组绕向相反、相互串联形成闭合回路，所述主铁心和电源绕组铁心并列且中心穿过所述一次绕组。

进一步地，主铁心的磁势平衡方程为：

其中，通过一次绕组的一次电流为

通过第一二次绕组的二次电流为

通过第二二次绕组和第三二次绕组的电流为

激磁电流为

一次绕组的匝数为N₁，第一二次绕组、第二二次绕组的匝数为N₂、N₃。

进一步地，电源绕组铁心为：

其中，N₄为第三二次绕组的匝数。

进一步地，所述第二二次绕组匝数N₃与第三二次绕组匝数N₄满足：

进一步地，所述第一二次绕组为二次输出绕组，其首末两端引出到二次接线端子。

进一步地，所述一次绕组的首末两端接入一次接线端子。

进一步地，所述互感器铁芯的表面设置铁心绝缘及缓冲。

进一步地，所述互感器绕组设置外绝缘。

一种用于制作宽量程电流互感器的方法，包括步骤：

S1、主铁心绕制第一二次绕组、第二二次绕组，电源绕组铁心按与第二二次绕组相反的方向绕制第三二次绕组；

S2、将所述第二二次绕组、第三二次绕组串联连接；

S3、测试准确度，当所述准确度符合要求时执行步骤S4；

S4、将第一二次绕组首末两端引出到二次输出端子；

S5、绕制一次绕组，并在首端和末端焊接一次接线板；

S6、装入模具进行环氧树脂浇注、固化。

进一步地，步骤S3还包括：

当所述准确度不符合要求时，通过分数匝补偿、短路匝补偿、磁分路补偿和/或电容及电感补偿进行调整。

本发明提出的无缘零磁通的宽量程计量用电流互感器解决了电网中负荷变动较大的用户，在低于额定电流1％或超过额定电流120％运行时，计量不准确，影响贸易结算的难题，本发明所述的电流互感器工作范围在额定电流1‰～200％内，是具有更宽量程、更高准确度的计量用电流互感器。此外，本发明通过无缘零磁通的实现，不需要外接电源，成本低且使用方便，具有极高的应用价值。

附图说明

图1是传统电流互感器的比值差限值示例图；

图2是宽量程电流互感器电气原理图；

图3是宽量程电流互感器三维结构示意图；

图4是宽量程电流互感器平面结构示意图；

图5是本发明宽量程电流互感器与现有计量用电流互感器的性能比较示例图；

图6是本发明源零磁通的宽量程计量用电流互感器制作方法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例一

电流传感器中，设一次电流为

二次电流为

激磁电流为

二次阻抗为Z₂，二次感应电势为E₂，激磁磁势(IN)₀一次电流的一次安匝数为(IN)₁，铁心中的磁通密度为B，磁场强度为H，铁心材料的磁导率为μ，铁心中的平均磁路长度为L，K_F是铁心制造工艺水平系数决定的一个常数，根据磁势平衡原理，电流互感器的磁势平衡方程为

其中，N₁为一次绕组的匝数、N2为二次绕组的匝数。

在理想情况下，电流互感器的铁心不消耗有功功率，也不需要无功功率激磁，此时，

可以得出：

也就是说，理想状态下的电流互感器的电流比就是匝数比，是没有误差的。但实际的电流互感器中，要在二次绕组中产生感应电动势，就需要激磁电流供给铁心的激磁和功率损耗，也就是说，

这样就产生了电流互感器的二次输出的误差。误差分为比值差ε(％)和相位差δ(＇)，其理论计算值为：

其中，α为Z₂的阻抗角，θ为铁心的损耗角。

而

结合上述公式可以得出，互感器的误差与激磁电流I₀是正相关，当激磁电流I₀减小时，误差范围也会收窄，即准确度更高。因此，降低激磁电流I₀是本发明的核心。

本实施例提出了一种宽量程电流互感器，包括：

互感器铁心、互感器绕组，所述互感器铁心包括主铁心和电源绕组铁心，所述互感器绕组包括一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第三二次绕组，所述第一二次绕组、第二二次绕组均匀绕制于主铁心上，第三二次绕组均匀绕制于电源绕组铁心上，第二二次绕组与第三二次绕组绕向相反、相互串联形成闭合回路，所述主铁心和电源绕组铁心并列且中心穿过所述一次绕组。

具体地，如图2所示，本发明公开的宽量程电流互感器，设有两个铁心，A铁心为主铁心，B铁心为电源绕组铁心。A铁心绕制有两个二次绕组，匝数为N₂、N₃，N₂绕组为二次输出绕组，电流互感器绕组匝数N₂的二次输出绕组首末两端引出到二次接线端子，分别为首端s1、末端s2。在B铁心上绕制有一个二次绕组，作为电源绕组，匝数为N₄，N₃、N₄绕组绕向相反，相互串联形成闭合回路，两个铁心并列放置，中心穿过一次绕组，一次匝数为N₁，一次绕组的首末两端P1、P2接入一次接线端子。

图3示出了电流互感器的三维结构图，铁心A、铁心B并列放置，中心穿过一次绕组，P1、P2为一次绕组的首末两端，S1、S2为二次输出绕组的首末两端。

本发明提供了一种宽量程电流互感器，无源零磁通采用双铁心结构，铁心B为主铁心A提供激磁电流，使主铁心自身实现零磁通的效果，提高了产品的准确度和量程。主铁心绕制两个二次绕组，绕组匝数N₂为二次输出绕组，绕组匝数N₃为补偿激磁电流绕组。铁心B为供电绕组，与铁心A中的补偿激磁电流绕组绕向相反，串联连接，为主铁心A提供激磁电流。

本发明在互感器铁心表面设置有缓冲用的铁心绝缘及缓冲，例如皱纹纸或绝缘胶带。绕组外也设置外绝缘。

图4示出了电流互感器的平面结构示意图。其中，1为铁心，2为铁心绝缘及缓冲，3为绕组，4为绕组外绝缘，5为二次输出引线，6为二次输出端子，7为主铁芯，8为第一二次绕组，9为电源绕组铁心，10为第三二次绕组，11为第二二次绕组，12为一次绕组，13为一次接线板。

设通过一次绕组的一次电流为

通过第一二次绕组的二次电流为

通过第二二次绕组和第三二次绕组的电流为

则铁心A中的磁势平衡方程为

得出

由于铁心B仅用于给铁心A补偿激磁电流，因此，可以忽略铁心B自身的激磁电流，则有

将式

中

带入式

中，得

由于N₃、N₄绕组绕向相反，且合金铁心的激磁电流

值很小，为此，当

且与

值匹配，就可以保证

使得

进而达到当一次电流电网低于1％或高于120％额定电流时，计量用电流互感器也能实现高精度的要求。

具体地，本发明铁心B绕组匝数N₄远远大于主铁心A中与之相串联的绕组匝数N₃，达到即补偿主铁心A中的激磁电流，又不影响其正常准确度输出的目的。本发明对

的值不作限定，这个值可以随着产品的不同进行调整，实现了对主铁心A的激磁电流的补偿，使得主铁心的激磁电流不需要自身的一次绕组电流提供，达到了更高准确度、更宽量程的目的，最主要的是产品成本低、无需外接电源，适合于配电电力系统的需要。优选地，本发明设定

图5示出了采用本发明提出的电流互感器测量的准确度指标和测量范围，由图5可知，本发明远远高于现有标准的0.2S级产品。

实施例二

本实施例提出一种用于制作宽量程电流互感器的方法，适用于本发明所提出的电流互感器，包括步骤：

S1、主铁心绕制第一二次绕组、第二二次绕组，电源绕组铁心按与第二二次绕组相反的方向绕制第三二次绕组；

S2、将所述第二二次绕组、第三二次绕组串联连接；

S3、测试准确度，当所述准确度符合要求时执行步骤S4；

S4、将第一二次绕组首末两端引出到二次输出端子；

S5、绕制一次绕组，并在首端和末端焊接一次接线板；

S6、装入模具进行环氧树脂浇注、固化。

本发明提出了一种双铁心结构、无源零磁通的计量用电流互感器，主铁心7绕制两个绕组8和11，绕组8第一二次绕组，绕组11为第二二次绕组。在电源绕组铁心9绕制第三二次绕组10，第三二次绕组10匝数元大于第二二次绕组11，二者绕向相反，串联连接，为主铁心7提供激磁电流。铁心表面有缓冲用的皱纹纸或绝缘胶带。绕组绕制完成后，组合在一起做准确度试验，通过分数匝补偿、短路匝补偿、磁分路补偿和(或)电容及电感补偿手段对比值误差、相位误差进行调整，直到数据符合准确度要求。第一二次绕组8首末两端引出到二次输出端子6，分别为首端s1、末端s2。绕制一次绕组12，并在首端和末端焊接一次接线板13，整体装入模具进行环氧树脂浇注、固化工序，最后形成成品。

由此可知，本发明无缘零磁通的宽量程计量用电流互感器的工作范围在额定电流1‰～200％内，及本发明实现了具有更宽量程、更高准确度的计量用电流互感器。此外，本发明实现的是无缘零磁通电流互感器，不需要外接电源，实现成本低、更易推广。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种宽量程电流互感器，其特征在于，包括：

互感器铁心、互感器绕组，所述互感器铁心包括主铁心和电源绕组铁心，所述互感器绕组包括一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第三二次绕组，所述第一二次绕组、第二二次绕组均匀绕制于主铁心上，第三二次绕组均匀绕制于电源绕组铁心上，第二二次绕组与第三二次绕组绕向相反、相互串联形成闭合回路，所述主铁心和电源绕组铁心并列且中心穿过所述一次绕组。

2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，主铁心的磁势平衡方程为：

其中，通过一次绕组的一次电流为

通过第一二次绕组的二次电流为

通过第二二次绕组和第三二次绕组的电流为

激磁电流为

一次绕组的匝数为N₁，第一二次绕组、第二二次绕组的匝数为N₂、N₃。

3.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，电源绕组铁心为：

其中，N₄为第三二次绕组的匝数。

4.根据权利要求3所述的电流互感器，其特征在于，所述第二二次绕组匝数N₃与第三二次绕组匝数N₄满足：

5.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述第一二次绕组为二次输出绕组，其首末两端引出到二次接线端子。

6.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述一次绕组的首末两端接入一次接线端子。

7.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述互感器铁芯的表面设置铁心绝缘及缓冲。

8.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述互感器绕组设置外绝缘。

9.一种用于制作宽量程电流互感器的方法，适用于权利要求1-8任一项所述的电流互感器，包括步骤：

S1、主铁心绕制第一二次绕组、第二二次绕组，电源绕组铁心按与第二二次绕组相反的方向绕制第三二次绕组；

S2、将所述第二二次绕组、第三二次绕组串联连接；

S3、测试准确度，当所述准确度符合要求时执行步骤S4；

S4、将第一二次绕组首末两端引出到二次输出端子；

S5、绕制一次绕组，并在首端和末端焊接一次接线板；

S6、装入模具进行环氧树脂浇注、固化。

10.根据权利要求9所述的制作宽量程电流互感器的方法，其特征在于，步骤S3还包括：

当所述准确度不符合要求时，通过分数匝补偿、短路匝补偿、磁分路补偿和/或电容及电感补偿进行调整。

Images