CN113848369B - 带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器。该传感器由屏蔽壳、线圈、垫块三部分组成。屏蔽壳为金属材料，整体形状为环形，环形的轴向截面内部靠外侧的部分是由屏蔽壳包裹的内腔，靠内侧的部分则存在多层内壁，内壁之间留有气隙，且每层内壁留出缺口使层与层之间的气隙相通，从而形成折线形气隙通道，折线形气隙通道使屏蔽壳的内腔与外界相通。外部干扰的磁场经过折线形气隙通道的多层屏蔽后可以大幅衰减。线圈通过垫块固定在屏蔽壳环形截面内部靠外侧的内腔。本发明可以提高线圈型电流传感器的抗干扰能力，并且对被测电流磁场没有影响。

Description

带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器

技术领域

本发明属于电气设备的在线监测领域，具体是指一种可以在电气设备正常运行情况下有效地测量电流信号的带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器。

背景技术

随着电力能源互联网的深入发展，电能替代在更多领域推进，人类文明对电能的依赖只会不断增强。少停电或者不停电，提高供电可靠性，对于提高客户用电体验和保障现在工业体系持续稳定运行意义重大，对于电力市场发展也将产生深远影响，传统的电气装置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。在线监测最大的问题在于如何降低外部电磁的干扰，由于电网在运行时会产生复杂的电磁环境，严重影响传感器测量的准确性，因此需要提高传感器对外部电磁干扰的屏蔽能力。

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1所示的带有C型屏蔽外壳的罗氏线圈型电流传感器，C型金属屏蔽壳整体为环形，从环形的轴向截面看近似为C型，仅由单层屏蔽壳包裹，并在内侧留出缺口形成气隙通道。C型屏蔽外壳对外部干扰的屏蔽效果有限，对于需要大尺寸大直径的电流传感器进行测量时，C型金属屏蔽壳是否还能有效屏蔽外部干扰成为一大问题。

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。如图2所示，仿真在C型屏蔽外壳外围存在多角度通电导线(模拟杂乱外部干扰信号)的情况下，C型屏蔽壳周围的磁场分布。仿真及试验结果发现，非铁磁性材料与铁磁性材料的C型屏蔽外壳对于外界干扰信号的屏蔽效能都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上平面垂直的方向，屏蔽壳的屏蔽效果越差。对于完全与屏蔽壳上平面垂直的干扰磁场，C型外壳的屏蔽效果最差。并且对不同尺寸的C型屏蔽外壳进行仿真试验发现，尺寸越大，屏蔽外壳的屏蔽效果越差。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，对此进行验证。利用工频磁场抗扰度试验装置构造出一个工频磁场环境，将待测电流传感器放置在工频磁场环境内，将其输出信号通过信号电缆线进入到示波器内，测量出不同传感器的输出信号。同样构造射频磁场环境，测量该环境下传感器输出信号。通过试验结果我们发现，对于稍大尺寸的传感器在添加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。

C型外壳由于放置罗氏线圈的内腔仅通过单层屏蔽壳的缺口与外界直接相通，并随着屏蔽外壳的尺寸增大，干扰磁场更容易通过缺口绕进屏蔽壳内部，因而屏蔽效果不理想，。因此，设计具有多层结构、可以有效屏蔽外部各种电磁干扰的电流传感器屏蔽壳，对于提高在线监测的效率以及提高测量数据的准确性而言，有着十分积极的意义且非常必要。

通过仿真和试验验证，我们发现带有折线形气隙通道的外壳对外界干扰信号的屏蔽效果比C型屏蔽外壳要好很多。对于外部干扰，如图3所示，干扰磁场沿着折线形气隙通道从缺口往内腔传播，经过多层屏蔽之后得以有效衰减(灰度逐渐变深)。针对仿真结果，我们对带有折线形气隙通道的屏蔽外壳以及不带折线形气隙通道的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，对此进行验证。试验结果证明，带有折线形气隙通道的屏蔽外壳可以较好地屏蔽射频干扰磁场和工频干扰磁场。因此，设计发明这种带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器能够有效解决在线监测传感器电磁屏蔽失效的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器，实现电流传感器对外部电磁干扰的有效屏蔽。

本发明的具体内容是：

带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器，其特征是：该装置由屏蔽壳[1]、线圈[2]、垫块[3]组成；屏蔽壳[1]为金属材料，整体形状为环形，环形的轴向截面内部靠外侧的部分是由屏蔽壳[1]包裹的内腔，靠内侧的部分则存在多层内壁，内壁之间留有气隙，且每层内壁留出缺口使层与层之间的气隙相通，从而形成折线形气隙通道[4]；折线形气隙通道[4]使屏蔽壳[1]的内腔与外界相通；线圈[2]被垫块[3]固定在屏蔽壳[1]的轴向截面内部靠外侧的内腔。线圈[2]是骨架为磁性材料的罗氏线圈。垫块[3]为不导电、不导磁材料。

这种带有折线形气隙通道的屏蔽外壳在有限的空间内尽可能增加屏蔽壳层数，气隙通道更加曲折，这样当外部电磁干扰进入气隙时经过多层屏蔽后得以有效衰减，从而极大增强了对外部电磁干扰的屏蔽效果，克服了电流传感器大尺寸情况下屏蔽失效的问题。同时该屏蔽壳对被测磁场没有影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1为带有C型屏蔽外壳的罗氏线圈型电流传感器的俯视图(上)、轴向截面立体图(中)及轴向截面平面图(下)。

图2为模拟干扰信号的仿真示意图。

图3为外部干扰磁场在C形外壳(左)和带有折线形气隙通道的屏蔽外壳(右)中的轴向截面分布图对比。

图4为带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器的俯视图(上)、轴向截面立体图(中)及轴向截面平面图(下)。

图5为具体实施中电流传感器装配体的俯视图(上)、轴向截面立体图(中)及轴向截面平面图(下)。

具体实施例

如图5所示，本实施给出了一种可以套在变压器套管上在线测量电流信号的带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器。

(1)线圈

线圈[2]由铜漆包线[5]缠绕在环形磁芯[6]上而成。铜漆包线的直径为1mm，均匀地缠绕在环形磁芯[6]上，根据需要缠绕200匝。环形磁芯[6]为具有良好导磁性能的铁氧体，形状为圆环形，其内直径为404mm，外直径为428mm，高为12mm。当被测电流沿线圈环的中轴线穿过线圈环时，该电流会在周围产生一个随时间变化的磁场，则铜漆包线[5]两端将会感应出电动势。

(2)屏蔽壳

屏蔽壳[1]材料为具有良好导磁性能的金属铝。屏蔽壳[1]整体形状为环形，其内直径为348mm，外直径为440mm，高为24mm，由上半壳[7]和下半壳[8]装配而成。环形轴向截面除内侧外皆只有一层金属铝，厚度为2mm。内侧则是由上半壳[7]和下半壳[8]各自的3层内壁内外交叉排列，每层内壁到另一半壳之间留出2mm高度的气隙，相邻层间留出2mm宽度的气隙，每层金属铝的厚度为2mm，从而形成折线形气隙通道[4]，整个折线形区域轴向截面宽24mm。气隙通道[4]宽度为2mm，从轴向截面看共折了6回。从外部开口处沿着气隙通道[4]通过折线形区域继续向内则是宽和高皆为20mm的内腔，线圈[2]放置在内腔处。被测信号的磁场通过气隙通道[4]进入屏蔽壳[1]内腔，并在铜漆包线[5]两端感应出电动势。包裹内腔的屏蔽壳壳体与线圈[2]之间有3mm的间隙。

(3)垫块

垫块[3]支撑线圈[2]，从而将线圈[2]固定在屏蔽壳[1]的内腔。垫块[3]为不导电、不导磁的塑料。

上面通过特别的实施例内容描述了本发明，但是本领域技术人员还可意识到变型和可选的实施例的多种可能性，例如，通过组合和/或改变单个实施例的特征。因此，可以理解的是这些变型和可选的实施例将被认为是包括在本发明中，本发明的范围仅仅被附上的专利权利要求书及其同等物限制。

Claims (3)

1.带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器，其特征是：该装置由屏蔽壳[1]、线圈[2]、垫块[3]组成；屏蔽壳[1]为金属材料，整体形状为环形，环形的轴向截面内部靠外侧的部分是由屏蔽壳[1]包裹的内腔，靠内侧的部分则存在多层内壁，内壁之间留有气隙，且每层内壁留出缺口使层与层之间的气隙相通，从而形成折线形气隙通道[4]；折线形气隙通道[4]使屏蔽壳[1]的内腔与外界相通；线圈[2]被垫块[3]固定在屏蔽壳[1]的轴向截面内部靠外侧的内腔；

屏蔽壳[1]材料为具有良好导磁性能的金属铝；屏蔽壳[1]整体形状为环形，其内直径为348mm，外直径为440mm，高为24mm，由上半壳[7]和下半壳[8]装配而成；环形轴向截面除内侧外皆只有一层金属铝，厚度为2mm；内侧则是由上半壳[7]和下半壳[8]各自的3层内壁内外交叉排列，每层内壁到另一半壳之间留出2mm高度的气隙，相邻层间留出2mm宽度的气隙，每层金属铝的厚度为2mm，从而形成折线形气隙通道[4]，整个折线形区域轴向截面宽24mm；气隙通道[4]宽度为2mm，从轴向截面看共折了6回；从外部开口处沿着气隙通道[4]通过折线形区域继续向内则是宽和高皆为20mm的内腔，线圈[2]放置在内腔处；被测信号的磁场通过气隙通道[4]进入屏蔽壳[1]内腔，并在铜漆包线[5]两端感应出电动势；包裹内腔的屏蔽壳壳体与线圈[2]之间有3mm的间隙。

2.根据权利要求1所述的带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器，其特征在于，所述线圈[2]是骨架为磁性材料的罗氏线圈。

3.根据权利要求1所述的带有折线形气隙通道的罗氏线圈型电流传感器，其特征在于，所述垫块[3]为不导电、不导磁材料。

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