CN112198357A - 具有带状缠绕式屏蔽外壳的电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有带状缠绕式屏蔽外壳的电流传感器。该传感器由环形线圈骨架、线圈、带状缠绕式屏蔽壳三部分组成。带状缠绕式屏蔽外壳由带状材料缠绕在线圈上而成。带状材料由金属层和绝缘层叠在一起而成。外部干扰磁场大部分被带状材料的金属层屏蔽壳屏蔽，而被测电流的磁场透过带状材料的绝缘层在线圈上产生感应电动势，保证电流传感器能够准确测得电流信号。因此本发明可以提高线圈型电流传感器的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明属于变压器绕组领域，具体是指一种可以在变压器绕组变形在线监测试验过程中有效测量电流信号的具有带状缠绕式屏蔽外壳的大尺寸线圈型电流传感器。
背景技术
变压器绕组是变压器中最常发生故障的部分，近年来的绕组变形事故已经成为变压器的最主要故障类型。传统的绕组变形离线检测方法因为必须停电并解开高压引线，己经不能满足现在电网对于安全可靠性的需求，在线监测势在必行。目前变压器绕组变形在线监测遇到的重要问题之一是如何向在线变压器注入激励信号,并获取响应信号。近些年提出的利用大直径电流传感器通过电磁耦合的方式来解决此问题具有一定的可行性。图1为利用电磁耦合的方式向在线变压器进行信号注入与测量响应的示意图，大直径电流传感器套在变压器A相套管上对A相电流信号进行测量。在这种情况下，由于电流传感器的尺寸较大，在实验过程中我们发现B、C相套管的电流信号会通过磁场空间耦合的方式对A相测量电流信号的传感器产生干扰，传感器出现电磁屏蔽失效的问题，此时测量传感器的输出不能准确的反映出套管内流过的电流。
以往试验中罗氏线圈型电流传感器尺寸较小，电磁干扰也较小，没有关注到线圈的屏蔽问题。如今，我们在绕组变形试验中应用的传感器直径远大于截面半径，线圈的屏蔽问题变得突出。目前电流传感器的电磁屏蔽措施是加装金属性屏蔽外壳，然而对这种金属性屏蔽外壳具体作用以及其屏蔽效能影响因素的研究很少。现有的罗氏线圈型电流传感器金属外壳多为C型。由附图2可见，C型金属屏蔽壳整体为环形，其轴向截面近似为C型。对于一般尺寸的电流传感器，加装C型屏蔽外壳对于外部干扰具有一定的屏蔽作用。然而，变压器绕组变形等试验需要大尺寸大直径的电流传感器，C型金属屏蔽壳是否还能有效屏蔽外部干扰成为试验的一大问题。
我们通过仿真计算不同材料的C型传感器屏蔽外壳对于被测信号的影响以及对外界干扰信号的屏蔽效能，并对其进行实验验证，明确C型屏蔽外壳对于电流传感器的具体作用。仿真结果发现，C型屏蔽外壳对于外界干扰信号的屏蔽效能与外界干扰信号的角度有关，干扰磁场的方向越接近和环形屏蔽壳所在平面垂直，屏蔽壳的屏蔽效果越差。对于完全与屏蔽壳垂直的干扰磁场，C型外壳甚至起不到屏蔽作用。针对这一仿真结果，我们对带有C型屏蔽外壳以及不带C型屏蔽外壳的不同传感器进行了射频电磁场辐射抗扰度试验和工频磁场抗扰度试验，试验结果发现各个传感器在添加C型屏蔽外壳和脱离C型屏蔽外壳的情况下对于外界干扰信号的响应差别不大，说明C型屏蔽外壳对于抗射频干扰磁场和抗工频干扰磁场的效果有限。
传统的电流传感器金属屏蔽外壳如C型屏蔽外壳等对大尺寸的电流传感器外部干扰屏蔽效果有限，而且难以拆卸和组装，不能重复使用。因此，设计一种具有新型的可以
有效屏蔽外部各种电磁干扰的多屏蔽层的带状缠绕式屏蔽壳，对于提高变压器绕组变形试验的效率以及提高试验数据的准确性而言，有着十分积极的意义且非常必要。
发明内容
本发明提供了一种具有带状缠绕式屏蔽外壳的大尺寸电流传感器，如图3所示。其特征是：该传感器由环形线圈骨架[1]、线圈[2]、带状缠绕式屏蔽壳[3]组成；线圈骨架[1]整体为环形，截面为正方形；线圈[2]均匀缠绕在线圈骨架[1]上；带状缠绕式屏蔽外壳[3]由带状材料[4]缠绕包裹线圈[2]的整个表面而成，并且根据对屏蔽效果的需要来确定缠绕层数；带状材料[4]由金属层 [5]和绝缘层[6]叠在一起而成。
目前变压器绕组变形试验中的电流传感器采用的金属性屏蔽外壳对外部电磁干扰屏蔽效果有限，不能满足变压器绕组变形试验准确性的要求。本发明通过设计一种新型的带状缠绕式屏蔽外壳，在线圈的外部形成金属层[5]与绝缘层[6]交替重叠而成的多层屏蔽。外部干扰大部分被金属层[5]屏蔽，极少部分通过绝缘层[6]侵入线圈时，经过金属层[5]的多次折反射大幅减弱了，该屏蔽壳有效实现了对外部各种电磁干扰的屏蔽。同时，内部被测电流的磁场能够顺利通过绝缘层[6]进入线圈[2],从而在线圈[2]上产生感应电动势，保证电流传感器的线圈能够准确测得内部电流信号。该屏蔽壳直接缠绕于线圈上，不需要传统金属屏蔽壳垫块等支撑，降低了外壳的制作加工费用，同时方便组装和拆卸。因此，本发明对于变压器绕组变形在线检测试验是十分有益且非常必要的。
附图说明
图1为利用电磁耦合方式实现变压器绕组变形在线监测示意图。
图2为C型屏蔽外壳的俯视图及轴向截面细节图。
图3为本发明具有带状缠绕式屏蔽壳的电流传感器俯视图及轴向截面细节图。
图4为带状材料[4]的结构示意图。
图5为带状缠绕式屏蔽壳的缠绕结构剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图3，一种具有带状缠绕式屏蔽外壳的电流传感器，由线圈骨架[1]、线圈[2]、带状缠绕式屏蔽壳[3]组成。
环形线圈骨架[1]整体为环形，截面为正方形，材料为具有良好导磁性能的铁氧体；其内直径为78mm，外直径为122mm，高为22mm。
线圈[2]由铜漆包线绕制而成。铜漆包线的直径为0.5mm，均匀地缠绕在环形的线圈骨架[1]上，绕制200匝，形成线圈[2]。当被测电流穿过线圈[2]的中轴线时，该电流会在周围产生一个随时间变化的磁场，该磁场在线圈[2]内感应出电动势。将线圈[2]的输出端引出，连接到测量仪器上，就可以测到与被测电流幅值成对应关系的信号。
如图3，带状缠绕式屏蔽外壳[3]由带状材料[4]在线圈[2]上缠绕并布满线圈[2]的圆周而成，根据需要缠绕了两层。
如图4，带状材料[4]宽度D为10mm，分为两层，上层为金属层[5]，下层为绝缘层[6]；金属层[5]为铜箔，厚度0.1mm；绝缘层[6]绝缘橡胶，厚度为1mm。
如图5，带状材料[4]在线圈[2]上螺旋式缠绕，绕制间距d为6mm；绕满一周后，再继续绕制第二层。第二层与第一层带状材料[4]之间的搭接重叠宽度为2mm。
Claims (1)
1.一种具有带状缠绕式屏蔽外壳的电流传感器，其特征在于，该传感器由环形线圈骨架[1]、线圈[2]、带状缠绕式屏蔽壳[3]组成；线圈骨架[1]整体为环形，截面为正方形；线圈[2]均匀缠绕在线圈骨架[1]上；带状缠绕式屏蔽外壳[3]由带状材料[4]缠绕包裹线圈[2]的整个表面而成，并且根据对屏蔽效果的需要来确定缠绕层数；带状材料[4]由金属层 [5]和绝缘层[6]叠在一起而成。
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