CN111656473B - 电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流互感器(1)。电流互感器(1)包括初级导体(11)、初级导体(11)导引通过的壳体(9)、具有布置在壳体(9)中的至少一个次级线圈(21)的感应式交流电流传感器(13)和补偿电流传感器(15)，所述补偿电流传感器具有布置在壳体(9)中的、用于产生补偿磁场的补偿线圈(23)，补偿磁场对由初级导体(11)产生的初级磁场进行补偿，并且补偿电流传感器具有用于检测初级磁场与补偿磁场的和的磁力计(25)。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流互感器(或者说换流器)和一种用于利用这种电流互感器来测量电流的方法。
背景技术
本发明尤其涉及一种用于高压和中压电网的电流互感器。在交流电网中，通常使用基于变压器原理的感应式电流互感器。但是，利用这些感应式电流互感器不能检测到直流电流或混合电流中的直流电流分量。尤其需要对直流电流或直流电流分量进行检测来监视具有高压直流传输路径的电网。这种电网越来越重要，尤其是用于经由长距离低损耗地传输电能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电流互感器和一种用于测量电流的方法，所述电流互感器和方法尤其是在检测交流电流和直流电流方面进行了改进。
该技术问题通过根据本发明的电流互感器和根据本发明的方法来解决。
本发明的有利的设计方案是本发明的内容。
根据本发明的电流互感器包括：初级导体、初级导体导引通过的壳体、具有布置在壳体中的至少一个次级线圈的感应式交流电流传感器以及补偿电流传感器，该补偿电流传感器具有布置在壳体中的、用于产生补偿磁场的补偿线圈，该补偿磁场对由初级导体产生的初级磁场进行补偿，并且该补偿电流传感器具有用于检测初级磁场与补偿磁场之和的磁力计。
根据本发明的电流互感器既实现了对交流电流或混合电流中的交流电流分量的检测，也实现了对直流电流或混合电流中的直流电流分量的检测。
为了检测交流电流和混合电流的交流电流分量，电流互感器尤其具有感应式交流电流传感器，该交流电流传感器基于变压器原理：流过初级导体的交流电流或交流电流分量产生在时间上(或者说随时间)变化的初级磁场，所述初级磁场在次级线圈中感应产生次级电压和次级电流，通过该次级电压和次级电流可以检测流过初级导体的交流电流或交流电流分量。
附加地，该电流互感器具有补偿电流传感器，利用该补偿电流传感器尤其可以检测直流电流和混合电流的直流电流分量：流过初级导体的初级电流在初级导体的周围环境中产生初级磁场；在补偿线圈中调节补偿电流，该补偿电流产生补偿磁力计位置处的初级磁场的补偿磁场，并且通过磁力计检测初级电流。
因此，根据本发明的电流互感器可以尤其有利地用于监测具有直流电流和交流电流或混合电流的电网，否则在所述电网中必须使用单独的直流电流互感器和交流电流互感器。在此，将补偿电流传感器的补偿线圈安装在与感应式交流电流传感器的至少一个次级线圈相同的壳体中，从而针对根据本发明的电流互感器的结构可以使用一种壳体结构形式，这种壳体结构形式从常规的感应式交流电流互感器中已知并且在那里得到了证明。根据本发明的电流互感器可以单独实施，或者可以是组合式的电流和电压互感器的组成部分。
根据本发明的设计方案规定，感应式交流电流传感器具有至少一个测量铁芯和/或至少一个保护铁芯。测量铁芯或保护铁芯理解为次级线圈的软磁性的磁芯。在原理上，测量铁芯和保护铁芯彼此没有不同，而是只通过其针对测量目的或保护目的的设计进行区分。测量铁芯和保护铁芯的使用可以实现将由初级导体产生的初级磁场集中到所述铁芯的位置处。
根据本发明的另外的设计方案规定，磁力计是磁通门磁力计。磁通门磁力计尤其可以具有两个补偿铁芯和方向相反地围绕这两个补偿铁芯缠绕的励磁绕组，这两个补偿铁芯布置在壳体中并且环形地围绕初级导体延伸。磁通门磁力计相对于其它磁力计、例如相对于霍尔传感器具有的优点是，可以没有偏移地或只以较小的偏移提供信号。此外，磁通门磁力计基本上可以由与感应式交流电流传感器相同的部件和材料制成，从而不必设置单独的耗费的保护设备来保护其在壳体中的部件。具有两个补偿铁芯(在其上以相反的方向缠绕有励磁绕组)的磁通门磁力计还具有的优点是，补偿铁芯对初级导体的反作用在很大程度上被相互抵销。
此外可以规定，磁通门磁力计除了两个补偿铁芯之外还具有附加铁芯和附加次级绕组，该附加铁芯布置在壳体中并且环形地围绕初级导体延伸，并且附加次级绕组和补偿线圈缠绕在附加铁芯上。通过附加铁芯和附加次级绕组，补偿电流传感器还可以用于检测交流电流或交流电流分量，例如用于检测以下的交流电流或交流电流分量，所述感应式交流电流传感器不设计用于测量这些交流电流或交流电流分量并且它们也没有借助两个补偿铁芯检测到。
备选地，补偿电流传感器代替磁通门磁力计可以具有带有霍尔传感器的磁力计。例如，补偿电流传感器可以具有磁芯，该磁芯布置在壳体中并且环形地围绕初级导体延伸，在该磁芯上缠绕有补偿线圈，并且该磁芯具有气隙(或者说空气间隙)，在所述气隙中布置有霍尔传感器。这可以实现，利用霍尔传感器来检测霍尔传感器的位置处的由初级导体产生的初级磁场与由补偿线圈产生的补偿磁场的和，并且这样调节在补偿线圈中流动的补偿电流，使得所述和消失。通过将霍尔传感器布置在缠绕有补偿线圈的磁芯的气隙中，磁场有利地集中在霍尔传感器的位置处。
本发明的另外的设计方案设置了布置在壳体中的绕组壳体，在该绕组壳体中布置有至少一个次级线圈和补偿线圈。通过也被称为铁芯壳的绕组壳体，例如通过将绕组壳体接地，可以确定次级线圈和补偿线圈的周围环境中的电势。
优选地，绕组壳体相对于壳体是电绝缘的。例如，壳体填充有绝缘气体或绝缘流体或绝缘材料。由此防止了壳体上的电压、尤其是高压被传输至绕组壳体。
本发明的另外的设计方案规定，感应式交流电流传感器具有第一测量电路，该第一测量电路布置在壳体的外部并且与每个次级线圈电连接，和/或补偿电流传感器具有第二测量电路，该第二测量电路布置在壳体的外部并且与补偿线圈和磁力计电连接。本发明的这些设计方案规定，将电流互感器的测量电路布置在壳体的外部。由此可以有利地将测量电路布置在受保护且易于接近的位置，例如布置在开关柜中。
本发明的另外的设计方案规定，补偿电流传感器是能够被去激活或者说停用的，其中尤其可以使补偿线圈短路。本发明的该设计方案考虑到了补偿电流传感器需要电能来向补偿线圈和磁力计供电。因此有利的是，将补偿电流传感器设计为能够被停用的，以便可以只在需要时、尤其是在需要检测直流电流或直流电流分量时将其激活。由此可以有利地降低电流互感器的能量消耗和运行成本。此外，通过只在需要时并且尽可能在之后才附加地购置补偿电流传感器的测量电路，可以降低用于电流互感器的购置成本或初始购置成本。
本发明的另外的设计方案设置了支承绝缘子(或者说支柱绝缘子)，在所述支承绝缘子上布置有壳体。当在初级导体上存在高压时，本发明的该设计方案是尤其有利的，以便在足够的高度上并且与地面电绝缘地布置壳体和初级导体。
在根据本发明的用于利用根据本发明的电流互感器来测量电流的方法中，利用感应式交流电流传感器检测在初级导体中流动的交流电流或者在初级导体中流动的电流的交流电流分量，并且利用补偿电流传感器检测在初级导体中流动的直流电流或者在初级导体中流动的电流的直流电流分量。
附图说明
结合以下对结合附图详细阐述的实施例的描述将能够更清楚且明晰地理解以上描述的本发明的特点、特征和优点以及实现它们的方式方法。在附图中：
图1示意性示出了电流互感器的实施例，
图2示意性示出了在图1中示出的电流互感器的电流互感器头的截面图，
图3示意性示出了在图1中示出的电流互感器，其具有被停用的补偿电流传感器，
图4示意性示出了具有霍尔传感器的补偿电流传感器的实施例。
在附图中，彼此对应的部分具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性示出了电流互感器1的实施例。电流互感器1具有电流互感器头3、支承绝缘子5和基座7，电流互感器头3布置在支承绝缘子5上，支承绝缘子5布置在基座7上，并且在基座7处布置有接线盒8。
图2示意性示出了电流互感器头3的截面图。电流互感器头3具有壳体9，初级导体11导引穿过壳体9。在壳体9中布置有环形的绕组壳体10，其围绕初级导体11布置。
电流互感器1具有感应式交流电流传感器13和补偿电流传感器15。
该实施例的感应式交流电流传感器13具有两个环形的保护铁芯17和两个环形的测量铁芯19，在所述保护铁芯和测量铁芯上分别缠绕有次级线圈21，并且所述保护铁芯和测量铁芯分别在绕组壳体10内围绕初级导体11延伸。
补偿电流传感器15具有补偿线圈23和磁力计25。该实施例的磁力计25设计为磁通门磁力计，并且具有两个软磁性的补偿铁芯27、可选的软磁性的附加铁芯29、励磁绕组31和可选的附加次级绕组33。补偿铁芯27和附加铁芯29分别设计为环形并且在绕组壳体10内围绕初级导体11延伸。励磁绕组31以相反的方向缠绕在两个补偿铁芯27上。附加次级绕组33缠绕在附加铁芯29上。补偿线圈23围绕两个补偿铁芯27和附加铁芯29缠绕。
在补偿电流传感器15的运行中，在励磁绕组31中产生励磁交流电流，所述励磁交流电流周期性地使补偿铁芯27达到磁饱和。由于励磁绕组31以相反的方向缠绕在两个补偿铁芯27上，所以在此产生的补偿铁芯27的磁场彼此相反地指向。除了缠绕方向，这些补偿铁芯27和其通过励磁绕组31的缠绕是相同的，因此当没有外部磁场作用在补偿铁芯27上时，补偿铁芯27的磁场在数值上也是大小相等的。但是，当外部磁场作用在补偿铁芯27上时，外部磁场导致补偿铁芯27的磁场具有彼此不同的值，所述值的差是外部磁场的磁场强度的量度。作用在补偿铁芯27上的外部磁场是由初级导体11中的初级电流产生的初级磁场与由补偿线圈23中的补偿电流产生的补偿磁场的和。这样调节补偿线圈23中的补偿电流，使得补偿磁场补偿所述补偿铁芯27中的初级磁场，或者使得补偿铁芯27的磁场的值大小相等。因此，补偿电流的电流强度是初级电流的电流强度的量度，并且可以实现对初级电流的电流强度的测量。补偿铁芯27用于测量在初级导体11中流动的直流电流或直流电流分量。
可选的附加铁芯29用于附加地测量在初级导体11中流动的交流电流或交流电流分量，例如用于测量以下的交流电流或交流电流分量，所述感应式交流电流传感器13的测量铁芯19不设计用于测量这些交流电流或交流电流分量。在此，通过补偿线圈23中的补偿电流还补偿了通过在初级导体11中流动的交流电流或交流电流分量在附加铁芯29中产生的初级磁场。初级电流和补偿电流的交流电流分量在附加铁芯29中产生磁场的变化，该磁场的变化在附加次级绕组33中感应产生次级电流。因此，这样调节补偿电流的交流电流分量，使得在附加次级绕组33中不感应产生次级电流。
为了检测在次级线圈21中流动的次级电流(该次级电流由在初级导体11中流动的交流电流或交流电流分量感应产生)，感应式交流电流传感器13具有第一测量电路35。为了产生在励磁绕组31中流动的励磁电流，为了产生和调节在补偿线圈23中流动的补偿电流，以及可选地为了检测在附加次级绕组33中流动的次级电流，补偿电流传感器15具有第二测量电路37。第一测量电路35通过第一连接线路39与次级线圈21连接。第二测量电路37通过第二连接线路41与励磁线圈31和补偿线圈23连接，以及可选地与附加次级绕组33连接。连接线路39、41从绕组壳体10和壳体9引出，并且导引通过支承绝缘子5到达接线盒8，并且从那里导引至测量电路35、37。
补偿电流传感器15是可停用的。为此，将接线盒8与第二测量电路37连接的第二连接线路41的部件例如通过插接连接可脱离地(或者说可拆卸地)与接线盒8连接。在第二连接线路41的这些部件与接线盒8脱离之后，可以将励磁绕组31、可选的附加次级绕组33和补偿线圈23分别短路，例如利用短路插头43，其可以代替第二连接线路41的这些部件与接线盒8连接。
图3示出了具有短路插头43的电流互感器1，所述短路插头分别将励磁绕组31、可选的附加次级绕组33和补偿线圈23短路。
支承绝缘子5设计为中空绝缘子并且具有多个绝缘屏蔽罩6，它们分别环形地围绕支承绝缘子5的纵轴延伸。支承绝缘子5例如由陶瓷材料制成或者设计为由玻璃纤维增强的塑料制成的管，在其上布置有由硅酮制成的绝缘屏蔽罩6。
绕组壳体10相对于壳体9是电绝缘的。为此，壳体9例如填充有诸如六氟化硫或氮气的绝缘气体，或者填充有诸如绝缘油的绝缘液体，或者填充有诸如硅酮绝缘材料的绝缘材料。
在附图中示出的实施例可以以不同的方式进行改变。例如，感应式交流电流传感器13可以具有数量不同于两个的保护铁芯17和/或测量铁芯19。尤其地，感应式交流电流传感器可以完全不具有保护铁芯17或完全不具有测量铁芯19。此外，补偿电流传感器15可以具有不同于磁通门磁力计的其它磁力计25，例如具有霍尔传感器49的磁力计25(参见图4)。
图4示意性示出了补偿电流传感器15的实施例，该补偿电流传感器15具有磁芯45，该磁芯布置在绕组壳体10中，并且环形地围绕初级导体11延伸，围绕该磁芯缠绕有补偿线圈23，并且该磁芯具有气隙47，在气隙中布置有霍尔传感器49。利用霍尔传感器49来检测霍尔传感器49的位置处的由初级导体11产生的初级磁场与由补偿线圈23产生的补偿磁场的和，并且对在补偿线圈23中流动的补偿电流这样进行调节，使得该和消失。
虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了详细的阐述和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于监测具有直流电流和交流电流或混合电流的电网的电流互感器(1)，包括：
- 初级导体(11)，
- 壳体(9)，所述初级导体(11)导引通过所述壳体，
- 感应式交流电流传感器(13)，所述感应式交流电流传感器具有布置在所述壳体(9)中的至少一个次级线圈(21)，以及
- 补偿电流传感器(15)，所述补偿电流传感器具有布置在所述壳体(9)中的、用于产生补偿磁场的补偿线圈(23)，所述补偿磁场对由所述初级导体(11)产生的初级磁场进行补偿，并且所述补偿电流传感器具有用于检测初级磁场与补偿磁场的和的磁力计(25)，
其中，所述感应式交流电流传感器(13)具有至少一个测量铁芯(19)和至少一个保护铁芯(17)，
其中，所述磁力计(25)是磁通门磁力计，
其中，所述磁通门磁力计具有两个补偿铁芯(27)和励磁绕组(31)，所述两个补偿铁芯布置在所述壳体(9)中并且环形地围绕初级导体(11)延伸，所述励磁绕组以相反的方向围绕所述两个补偿铁芯(27)缠绕，并且
其中，所述磁通门磁力计具有附加铁芯(29)和附加次级绕组(33)，所述附加铁芯布置在所述壳体(9)中并且环形地围绕所述初级导体(11)延伸，并且所述附加次级绕组(33)和所述补偿线圈(23)围绕所述附加铁芯(29)缠绕。
2.根据权利要求1所述的电流互感器(1)，其特征在于布置在所述壳体(9)中的绕组壳体(10)，在所述绕组壳体中布置有至少一个次级线圈(21)和补偿线圈(23)。
3.根据权利要求2所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述绕组壳体(10)相对于所述壳体(9)是电绝缘的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述壳体(9)填充有绝缘气体或绝缘液体。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述感应式交流电流传感器(13)具有第一测量电路(35)，所述第一测量电路布置在所述壳体(9)的外部并且与每个次级线圈(21)电连接。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述补偿电流传感器(15)具有第二测量电路(37)，所述第二测量电路布置在所述壳体(9)的外部并且与所述补偿线圈(23)和所述磁力计(25)电连接。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述补偿电流传感器(15)是能够被停用的。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电流互感器(1)，其特征在于支承绝缘子(5)，在所述支承绝缘子上布置有所述壳体(9)。
9.一种用于利用根据权利要求1至8中任一项设计的电流互感器(1)测量电流的方法，其中
- 利用感应式交流电流传感器(13)检测在初级导体(11)中流动的交流电流或者在初级导体(11)中流动的电流的交流电流分量，并且
- 利用补偿电流传感器(15)检测在初级导体(11)中流动的直流电流或者在初级导体(11)中流动的电流的直流电流分量。
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