CN114341654B - Rogowski电流传感器 - Google Patents

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Abstract

一种电流传感器(1)，包括在自由端(14b)和信号输出连接端(14a)之间延伸的Rogowski线缆(2)、连接到Rogowski线缆(2)的信号输出连接端(14a)的信号输出线缆(4)，以及包括导电磁芯(8)的连接器(6)，该导电磁芯(8)具有其中接纳Rogowski线缆的信号输出连接端(14a)的第一线缆端部容纳腔(26)以及其中接纳Rogowski线缆的自由端(14b)的第二线缆端部容纳腔(27)，该Rogowski线缆包括与被配置为接地连接的信号输出线缆的导体连接的外屏蔽层(18)。该电流传感器还包括在磁芯和Rogowski线缆的屏蔽导体之间建立电接触的导电接地连接(12、12')。

Description

ROGOWSKI电流传感器
本发明涉及一种Rogowski电流传感器，特别是一种以可以定位在一个或多个承载待测量电流的初级导体周围的线缆形式的Rogowski电流传感器。
在EP2009453B1中公开了一种以可以围绕初级导体定位的线缆形式的Rogowski电流传感器。Rogowski电流传感器的准确度受到Rogowski线圈分布不规则性的影响，因此在上述文档中，线缆端部被插入到包括软磁材料芯的连接器中，以减少由Rogowski线圈端部的互连形成的不规则性的影响。磁芯对磁场起到短路作用，从而减少线缆端部对Rogowski线圈产生的测量信号的干扰。信号输出线缆连接在位于包括磁芯的连接器内的Rogowski线缆的一端。
但是，已知的Rogowski型电流传感器的缺点之一是Rogowski线缆的端部对于可能对信号测量产生干扰的外部电场敏感。
鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种用于安装在一个或多个初级导体周围的Rogowski电流传感器，该Rogowski电流传感器可以易于安装，而且可靠、准确并能防止外部电气干扰。
提供一种易于实施且具有成本效益且紧凑的Rogowski电流传感器是有利的。
本发明的目的已经通过提供根据权利要求1的Rogowski电流传感器来实现。
本文公开了一种电流传感器，包括在自由端和信号输出连接端之间延伸的Rogowski线缆、连接到Rogowski线缆的信号输出连接端的信号输出线缆，以及包括导电磁芯的连接器，该导电磁芯具有其中接纳Rogowski线缆的信号输出连接端的第一线缆端部容纳腔，以及其中接纳Rogowski线缆的自由端的第二线缆端部容纳腔，该Rogowski线缆包括与被配置为接地连接的信号输出线缆的导体连接的外屏蔽层。电流传感器还包括在磁芯和Rogowski线缆的屏蔽导体之间建立电接触的导电接地连接。
在有利的实施例中，磁芯由导电铁氧体材料制成。
在有利的实施例中，Rogowski线缆包括内导体，该内导体被缠绕在介电层周围的外导体包围以形成Rogowski线圈，该Rogowski线圈还包括缠绕在Rogowski线圈周围的所述外屏蔽层。
在有利的实施例中，信号输出线缆是以同轴线缆的形式，包括由介电层隔开的内导体和外导体，信号输出线缆的内导体连接到Rogowski线缆的内导体，并且信号输出线缆的外导体连接到Rogowski线圈和Rogowski线缆的外屏蔽层两者。
在有利的实施例中，Rogowski线缆的外屏蔽层由缠绕在Rogowski线圈周围的电线形成。
在有利的实施例中，第二线缆端部容纳腔被配置为在其中可滑动且可移除地接纳Rogowski线缆的自由端。
在有利的实施例中，磁芯由组装在一起的至少两个部件形成，导电接地连接组装在磁芯的两个部件之间并且进一步在所述两个部件之间建立电接触。
在实施例中，接地连接在第一端和第二端之间延伸，外屏蔽线圈的连接端连接在接地连接的所述第一端和所述第二端之间的大致中点处。
在实施例中，接地连接可以是以线圈弹簧的形式，该线圈弹簧接纳在两个磁芯部件的接地连接接纳腔腔体中。
在实施例中，接地连接可以是以插入件的形式，其中弹簧接触端部分以弹性压缩状态接纳在两个磁芯部件的接地连接接纳腔腔体中。
在实施例中，接地连接可以是以同轴安装在Rogowski线缆的信号输出连接端周围的多片簧的形式。
在实施例中，接地连接是以电线连接的形式，在一端包括弹性插入到磁芯中的接地连接腔中的弹簧接触部分，电线连接的另一端电连接到信号输出线缆的外部导体以建立接地连接。
在实施例中，连接器包括绝缘外壳，磁芯接纳在该绝缘外壳内，该外壳包括线缆端部入口部分，该线缆端部入口部分被配置为锁定接合信号输出线缆的线缆固定器(anchor)和Rogowski线缆的信号输出连接端，以将线缆固定到外壳。
在实施例中，由线导体形成的外屏蔽线圈包括与信号输出线缆的外导体连接的连接端。
从权利要求、具体实施方式和附图中，本发明的其它目的和有利特征将是清楚的，其中：
图1是根据本发明的实施例的Rogowski电流传感器的透视图，其中线缆部分被移除；
图2a是图1的电流传感器的透视图，其中线缆部分在顶部外壳部件被移除的部分分解图中被移除；
图2b是图2a的组件的视图，其中磁芯部件的顶部被移除；
图2c是图1和图2a的实施例的磁芯和导电弹簧的透视分解图；
图2d是根据本发明的实施例的与电流传感器的信号输出线缆连接的Rogowski线缆的连接端的透视图；
图3是类似于图2b的视图，示出了根据本发明的具有接地连接的不同变体的电流传感器的另一个实施例的一些部件；
图4是类似于图2c的视图，示出了根据本发明的具有接地连接的又一个变体的电流传感器的另一个实施例；
图5是根据本发明的另一个实施例的Rogowski电流传感器的磁芯和接地连接的透视图；
参考各图，根据本发明的实施例的电流传感器1包括在自由端14b和信号输出连接端14a之间延伸的Rogowski线缆2、与Rogowski线缆2的信号输出连接端连接的信号输出线缆4，以及用于在其中接纳Rogowski线缆的自由端14b和信号输出连接端14a的连接器。
Rogowski线缆2包括被同轴布置的介电层围绕的内导体15和围绕介电层缠绕的Rogowski线圈，Rogowski线圈也相对于内导体同轴布置。内导体和Rogowski线圈可以由单根连续导线形成，或者可以由串联互连在一起的两个或更多个导体部分形成。
外屏蔽层18进一步缠绕在Rogowski线圈周围，由此屏蔽层可以由作为线圈缠绕在Rogowski线圈周围的绝缘线形成。屏蔽层也可以是以缠绕在Rogowski线圈周围的绝缘金属带的形式。形成Rogowski线圈的电线和/或形成屏蔽的电线可以是绝缘的，并且可选地，绝缘层可以定位在Rogowski线圈周围并且在Rogowski线圈和屏蔽层之间。绝缘层可以同轴布置在Rogowski线圈周围，并且还可以以缠绕在Rogowski线圈周围的绝缘材料带的形式提供，或者可以是在Rogowski线圈周围形成护套的挤压出的或模制的绝缘层。为了保护Rogowski线缆，还可以在屏蔽层周围提供绝缘层。
信号输出线缆优选地是以同轴线缆的形式，包括内导体20和围绕其同轴布置并通过介电层与内导体隔开的外导体22。此外，保护绝缘层位于外导体22周围。信号输出线缆的一端包括用于固定到连接器的外壳10的固定器24。
连接器包括安装在外壳10中的磁芯8，优选地是导电的铁氧体芯，该外壳10可以由诸如模制的聚合物之类的绝缘材料制成。
在有利的实施例中，磁芯8由至少两个部件8a、8b形成，包括组装在一起的基部部件8a和盖部件8b。
磁芯8包括第一线缆端部容纳腔26和第二线缆端部容纳腔27。磁芯还可以包括接地连接接纳腔28，其中接纳接地连接12、12'。
接地连接12、12'由导电材料组成或包括导电材料，例如金属合金。
在有利的实施例中，例如如图2a-图2c和图3中所示，接地连接包括弹簧接触12，该弹簧接触12被配置为当磁芯的基部部件8a和盖部件8b闭合在一起时处于弹性压缩位置，以便弹性偏置磁芯并确保接地连接12和磁芯8之间的导电电接触。
在如图4中所示的变型中，弹簧接触12包括以弹性压缩状态插入到接地连接腔28中的弹簧接触端部部分31，以确保接地连接12和磁芯8之间的导电电接触。
在图2a-图2c所示的实施例中，接地连接12是以线圈弹簧的形式，但是在本发明的范围内可以提供诸如片簧之类的其它弹簧形状。本身已知的各种可压缩弹簧配置可以被插入在磁芯部件8a、8b之间以压靠芯部件并在它们之间产生电接触。在图3的示例中，接地连接包括同轴安装在Rogowski线缆2的信号输出连接端14a周围并弹性压缩在磁芯8的接纳腔26中的多片簧。
在图5中所示的实施例中，接地连接12'是以电线连接12'的形式，在一端包括弹簧接触部分31'，该弹簧接触部分31'弹性地插入到磁芯8中的接地连接腔28'中。电线连接的另一端31″可以焊接、熔焊、夹紧或压接至外屏蔽层18和/或信号输出线缆的外导体22以建立接地连接。
在实施例中，磁芯还可以由单个部件形成，特别是由单个部件导电铁氧体芯形成，如图5的实施例中所示。
Rogowski线缆2从自由端14a延伸到与信号输出线缆4的连接端连接的信号输出连接端14a。
磁芯包括用于接纳Rogowski线圈的信号输出连接端14a和信号输出线缆4的连接端的第一线缆端部容纳腔26，以及当围绕初级导体闭合电流传感器时其中允许插入Rogowski线缆的自由端14b的第二线缆端部容纳腔27。一旦外壳10和磁芯8围绕Rogowski线缆的信号输出连接端14a和信号输出线缆4的连接端组装，那么外壳10的经组装的部件就可以永久锁定在一起。第二线缆端部容纳腔27允许Rogowski线缆自由端14b在其中可滑动地插入和移除。Rogowski线缆自由端可以或者通过伸入到腔27中(未示出)以及接合在自由端的环形槽中的弹簧元件而保持在插入位置。在变型中，Rogowski线缆自由端可以通过卡口连接或通过允许自由端可移除地插入到腔27中并锁定的其它夹持耦合器而保持在插入位置。
如图2b和图2d最佳看到的，Rogowski线缆2的内导体15可以通过熔焊、焊接、压接或通过其它本身已知的互连方式互连到同轴信号输出线缆4的内导体20。形成Rogowski线圈的导体的外端可以通过熔焊、焊接或通过在其周围压接连接环而连接到信号输出线缆的外导体22。
形成外屏蔽线圈18的线导体的连接端19a也可以通过焊接、熔焊或压接环连接到信号输出线缆的外导体22。这种配置允许外屏蔽元件连接到可以连接到地的同轴线缆的外导体，并且进一步将接地连接连接到地，使得导电磁芯也连接到地。磁芯因此可以充当Rogowski线缆2的端部14a、14b的磁屏蔽和电屏蔽。
在实施例中，形成外屏蔽层18的电线的连接端19a还可以延伸到接地连接12并且可以通过熔焊、焊接或通过压接元件与其连接。在变型中，可以提供单独的导体以将信号输出线缆的接地导体互连到接地连接12。在线圈弹簧(图2b、图2c)或插入件(图4)形成导电接地连接12的情况下，导体端部19a可以有利地连接在线圈弹簧或插入件的中点处。
在图3的具有同轴布置的多片簧的实施例中，片簧的环形部分端部可以焊接或压接到信号输出线缆4的外层22和/或Rogowski线缆2的外屏蔽层18。
使用的附图标记列表
电流传感器 1
Rogowski线缆 2
信号输出连接端 14a
自由端 14b
内导体 15
连接 29
外线圈 18
线导体
连接端 19a
信号输出线缆 4(同轴线缆)
内导体 20
外导体 22
同轴导电护套 23
线缆固定器 24
连接器
磁芯 8(铁氧体芯)
基部部件和盖部件 8a、8b
线缆端部容纳腔 26、27
接地连接接纳腔 28、28'
外壳 10
线缆入口部分 30
接地连接 12、12’
弹簧接触 12
导电线圈弹簧
导电片簧
带弹簧梁端部的导电插入件
弹簧梁端部 31
线接触 12'
端部接触部分 31'、31″

Claims (14)

1.一种电流传感器(1)，包括在自由端(14b)和信号输出连接端(14a)之间延伸的Rogowski线缆(2)、连接到Rogowski线缆(2)的信号输出连接端(14a)的信号输出线缆(4)，以及包括导电的磁芯(8)的连接器(6)，所述磁芯(8)具有第一线缆端部容纳腔(26)以及第二线缆端部容纳腔(27)，在所述第一线缆端部容纳腔(26)中接纳Rogowski线缆的信号输出连接端(14a)，在所述第二线缆端部容纳腔(27)中接纳Rogowski线缆的自由端(14b)，所述Rogowski线缆包括与被配置为接地连接的信号输出线缆的导体连接的外屏蔽层(18)，其特征在于，所述电流传感器还包括在磁芯和Rogowski线缆的屏蔽导体之间建立电接触的导电接地连接(12、12')。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，磁芯(8)由铁氧体材料制成。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，Rogowski线缆包括内导体(15)，所述内导体(15)被缠绕在介电层周围的外导体包围以形成Rogowski线圈，所述Rogowski线圈还包括缠绕在Rogowski线圈周围的所述外屏蔽层(18)。
4.根据权利要求3所述的电流传感器，其中，信号输出线缆(4)是以同轴线缆的形式，包括由介电层隔开的内导体和外导体(22)，信号输出线缆的内导体(20)连接到Rogowski线缆的内导体(15)，并且信号输出线缆的外导体连接到Rogowski线圈和Rogowski线缆的外屏蔽层(18)两者。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，Rogowski线缆的外屏蔽层由缠绕在所述Rogowski线圈周围的电线形成。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，第二线缆端部容纳腔(27)被配置为在所述第二线缆端部容纳腔(27)中可滑动且可移除地接纳Rogowski线缆的自由端(14b)。
7.根据权利要求6所述的电流传感器，其中，磁芯由组装在一起的至少两个部件(8a、8b)形成，导电接地连接(12)组装在磁芯(8)的两个部件之间并且进一步在所述两个部件之间建立电接触。
8.根据权利要求7所述的电流传感器，其中，接地连接(12)在第一端和第二端之间延伸，外屏蔽线圈(18)的连接端(19a)连接在接地连接(12)的所述第一端和所述第二端之间的大致中点处。
9.根据权利要求7所述的电流传感器，其中，接地连接(12)是以线圈弹簧的形式，所述线圈弹簧接纳在磁芯部件(8a、8b)的接地连接接纳腔腔体(28)中。
10.根据权利要求7所述的电流传感器，其中，接地连接(12)是以插入件的形式，其中，弹簧接触端部分(31)以弹性压缩状态接纳在磁芯部件(8a、8b)的接地连接接纳腔腔体(28)中。
11.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，接地连接(12)是以同轴安装在Rogowski线缆的信号输出连接端(14a)周围的多片簧的形式。
12.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，接地连接是以电线连接(12')的形式，在一端包括弹性插入到磁芯中的接地连接腔(28')中的弹簧接触部分(31')，电线连接的另一端(31”)电连接到信号输出线缆的外导体(22)以建立接地连接。
13.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，连接器(6)包括绝缘外壳(10)，磁芯(8)接纳在所述绝缘外壳(10)内，外壳包括线缆端部入口部分(30)，所述线缆端部入口部分(30)被配置为锁定接合信号输出线缆(4)的线缆固定器(24)和Rogowski线缆(2)的信号输出连接端(14a)，以将线缆固定到外壳。
14.根据权利要求4所述的电流传感器，其中，由线导体(19)形成的外屏蔽线圈(18)包括与信号输出线缆(4)的外导体(22)连接的连接端(19a)。
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