CN114200254A - 一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，包括磁芯、绕线、屏蔽外壳和绝缘外壳；本发明能够直接向各种设备中耦合注入脉冲信号，从而实现故障的在线监测。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测领域，具体是一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置。
背景技术
高压电气设备在电力系统中长期运行时，会产生相应的运行故障，如局部放电、绕组变形、匝间短路等。而在高压电气设备故障监测过程中，脉冲信号注入是必不可少的。
因此，需要一种能够向高压电气设备注入脉冲信号的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，包括磁芯、绕线、屏蔽外壳和绝缘外壳；
所述绕线缠绕在磁芯上；
所述磁芯和绕线位于屏蔽外壳内部；其中，磁芯尺寸和绕线匝数的关系如下：
Smin＝Uton/N1(BS-BR)α (1)
式中，Smin为磁芯的最小截面积；U为高压脉冲装置输出电压幅值；ton为脉冲最大宽度；N1为绕线匝数；BS为饱和磁感应强度，BR为剩余磁感应强度；α为磁芯的填充系数；
所述屏蔽外壳位于绝缘外壳内部。
进一步，所述磁芯的材料包括纳米晶软磁合金。
进一步，所述屏蔽外壳的材料包括合金。
进一步，所述磁芯与屏蔽外壳的侧壁之间具有间隙。
进一步，所述屏蔽外壳与绝缘外壳的侧壁之间具有间隙。
进一步，所述绕线缠绕在磁芯上的方法包括三明治绕线法。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明能够直接向各种设备中耦合注入脉冲信号，从而实现故障的在线监测。
附图说明
图1为脉冲注入装置结构图。
图2为磁芯尺寸图；
图3为注入信号原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1至图3，一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，包括磁芯、绕线、屏蔽外壳和绝缘外壳；
所述绕线缠绕在磁芯上；
所述磁芯和绕线位于屏蔽外壳内部；其中，磁芯尺寸和绕线匝数的关系如下：
Smin＝Uton/N1(BS-BR)α (1)
式中，Smin为磁芯的最小截面积；U为高压脉冲装置输出电压幅值；ton为脉冲最大宽度；N1为绕线匝数；BS为饱和磁感应强度，BR为剩余磁感应强度；α为磁芯的填充系数；
所述屏蔽外壳位于绝缘外壳内部。
所述磁芯的材料包括纳米晶软磁合金。
所述屏蔽外壳的材料包括合金。
所述磁芯与屏蔽外壳的侧壁之间具有间隙。
所述屏蔽外壳与绝缘外壳的侧壁之间具有间隙。
所述绕线缠绕在磁芯上的方法包括三明治绕线法。
所述磁耦合脉冲注入装置向高压电气设备注入磁耦合脉冲，从而实现高压电气设备的在线监测。
实施例2：
本发明通过发明一种磁耦合脉冲注入装置，能够向各种设备中耦合注入脉冲信号实现故障的在线监测。具体实施方式如下：
1)磁芯的选择：
考虑到响应纳秒级的脉冲，并且综合对比了各种磁芯材料的特性，选择铁基纳米晶软磁合金作为磁芯材料，具有较高的饱和磁通密度以及磁导率。
2)磁芯尺寸
如图3所示，其中u1(t)为脉冲发生器的输出电压，在励磁电流的作用下，在副边产生感应电压u2(t)。从磁滞回线可以知道，当电流减小到零时，磁场强度也减小到零；但是由于磁滞效应，磁感应强度B不能同时降为0，而是降到剩磁点BR。所以有
N1(BS-BR)Sα≥∫u(t)dt (1)
其中，N1为初级绕组匝数，BS为饱和磁感应强度，BR为剩余磁感应强度，S为磁芯的横截面积，u(t)为脉冲发生器输出电压，α为磁芯的填充系数。积分区间为一个脉冲周期。则公式可以简化为
Smin＝Uton/N1(BS-BR)α (2)
其中Smin为所需磁芯的最小截面积，U为脉冲发生器输出电压幅值，ton为脉冲最大宽度，N1为初级绕组匝数。
经查阅磁芯手册，BS为1.25T，BR为0.1T，填充系数约为0.78。同时脉冲发生器输出电压幅值拟确定为2kV。为了使上式Smin最大，则令N1为1匝。经计算Smin≈1116mm2。考虑裕度后，因此选择了130mm*80mm*50mm尺寸的磁芯。
3)绕线材料和匝数
选用耐压5kV的橡胶高压导线绕制。由于副边匝数为1匝，拟耦合200V的脉冲电压于设备一端。若利用脉冲发生器产生2kV的高压脉冲，则原边需要10匝。为了尽量减小分布参数的影响，需要采用三明治绕线方法进行绕制，磁芯绕线如图2所示。
实施例3：
脉冲注入装置的结构设计，如图1所示。主要步骤如下：
1)屏蔽外壳设计
为了能够良好地屏蔽空间中的干扰信号，综合考虑选择性价比较高的铝合金作为屏蔽外壳材料，屏蔽外壳厚度为2mm，并且在磁芯与外壳之间留有5mm的间隙。
2)绝缘外壳设计
绝缘外壳需要套在屏蔽外壳外部，起到保护作用。选择耐老化、耐腐蚀性以及电气绝缘性能良好的硅橡胶作为绝缘外壳材料。同样在绝缘外壳与屏蔽外壳之间留有5mm的间隙。
Claims (6)
1.一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，其特征在于：包括磁芯、所述绕线、屏蔽外壳和绝缘外壳。
所述绕线缠绕在磁芯上；
所述磁芯和绕线位于屏蔽外壳内部；其中，磁芯尺寸和绕线匝数的关系如下：
Smin＝Uton/N1(BS-BR)α (1)
式中，Smin为磁芯的最小截面积；U为高压脉冲装置输出电压幅值；ton为脉冲最大宽度；N1为绕线匝数；BS为饱和磁感应强度，BR为剩余磁感应强度；α为磁芯的填充系数；
所述屏蔽外壳位于绝缘外壳内部。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，其特征在于：所述磁芯的材料包括纳米晶软磁合金。
3.根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，其特征在于：所述屏蔽外壳的材料包括合金。
4.根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，其特征在于：所述磁芯与屏蔽外壳的侧壁之间具有间隙。
5.根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，其特征在于：所述屏蔽外壳与绝缘外壳的侧壁之间具有间隙。
6.根据权利要求1所述的一种用于高压电气设备在线监测的磁耦合脉冲注入装置，其特征在于：所述绕线缠绕在磁芯上的方法包括三明治绕线法。
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| CN112837905A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-25 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种磁芯及包含该磁芯的平面变压器 |
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