CN1967264B - 带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器 - Google Patents

带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器，包括内外两层套装的直筒形非磁性骨架以及一次线圈、二次传感线圈、二次补偿线圈，二次补偿线圈均匀紧密绕在外层的非磁性骨架上，二次传感线圈均匀紧密绕在内层的非磁性骨架上，一次线圈紧贴二次传感线圈绕制。二次传感线圈与二次补偿线圈根据绕向按限定的方式连接，另两端不连，作为二次感应信号的输出端。本发明明显改善了电流互感器的暂态特性和线性度，大大提高了测量精度和抗电磁干扰能力，适合用于制作电子式电流互感器的传感头，还可用于制作常规电流互感器的二次计量、测控和微机保护装置的电流传感器。

Description

带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器
技术领域
本发明涉及一种电流互感器，尤其是涉及一种电力系统中测量用和保护用的带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器。
背景技术
目前，在电力系统中使用的电流互感器主要是电磁式电流互感器。为了满足电力系统发展和电力系统自动化、数字化的需要，国内外也研制出了利用其它感应原理的的电流互感器。根据选用传感头的不同，主要分为两种：基于法拉第磁光效应原理的纯光学电流互感器和基于Rogowski(空心)线圈的电子式电流互感器。
电磁式电流互感器是由铁心和一、二次绕组构成的，其主要缺点有：1、绝缘技术要求复杂，易燃易暴。2、动态范围小，频带窄，误差大。3、成本高昂。对于超高压的电磁式电流互感器，由于其绝缘方式的复杂和材料的消耗，致使其体积庞大、生产成本大幅增加，也给运输带来了困难。4、增加了对二次侧要求严格。主要有：①二次侧负荷不能开路，否则会导致高电压，对设备或人员造成伤害；②对负荷要求严格，如若二次侧负荷过大，数值和相角误差就会增大。5、增加了中间转换环节。二次输出的电流一般为1A或5A的电流信号，需经过电流变换器转化成小电流信号，再输入到微机测量或保护装置。6、电磁式电流互感器还有易受电磁干扰、维护工作量大、漏油污染环境等缺点。电磁式电流互感器的这些缺点严重制约了电力系统智能化、设备小型化、功能多样化、保护可靠性高的要求。
基于法拉第磁光效应原理的纯光学电流互感器由于受温度、机械振动等因素的影响较大，国内虽然已有产品挂网试运行，但稳定性、可靠性不高，而且价格昂贵，还有许多关键问题没有得到解决，因此未能形成产品在电力系统应用。
基于Rogowski(空心)线圈的电子式电流互感器具有体积小、重量轻、造价低、无铁芯、动态响应范围大、频率响应宽的优点，不存在磁饱和和铁磁振荡问题；也避免了纯光学传感头中存在的温度和振动问题。但是，目前所研制的用于电子式电流互感器的空心线圈电流传感头，都是将一次直导体直接通过绕有二次线圈的非磁性环形骨架的中心，或将二次线圈制作在中间空心的印刷电路板(PCB)上，一次直导体通过PCB的中心。这两种空心线圈电流传感器主要有两个缺点：(1)一次导体与二次线圈的耦合较弱，以致互感系数较小，难以通过增加线圈匝数和面积来提高互感系数，否则会导致线圈电阻、面积、体积增大；(2)易受外界干扰磁场的影响；另外，环形骨架不便于传感线圈的均匀紧密绕制，这样也会影响测量的精度和抗电磁干扰性。由于以上这些缺点，现有的空心线圈电流传感技术用于电力系统三相电流测量时，其中一相的电流测量会受到其它两相电流产生的电磁场的干扰，尤其在测量小电流(电力系统轻载)时，感应信号弱，又易受到外界磁场干扰，导致测量误差较大。
发明内容
本发明的目的是在克服上述现有技术的不足，提供了一种带有抵消外磁场干扰的二次补偿线圈的螺旋管型空心线圈电流互感器，该空心线圈电流互感器相对传统的电磁式互感器明显地改善了电流互感器的暂态特性、线性度以及抗电磁干扰能力；相对现有的空心线圈电流互感器其线性度好、抗磁干扰能力强，尤其在测量小电流时，精度高，基本能完全避免外界磁场的干扰。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括内外两层套装的直筒形非磁性骨架以及一次线圈、二次传感线圈、二次补偿线圈，二次补偿线圈均匀紧密绕在外层的非磁性骨架上，二次传感线圈均匀紧密绕在内层的非磁性骨架上，二次传感线圈与二次补偿线根据绕向按限定的方式连接，另两端不连，作为二次感应信号的输出端，一次线圈紧贴二次传感线圈绕制成一匝或多匝的螺旋管线圈。
上述的带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器中，所述二次传感线圈与二次补偿线圈均由相同的绝缘导线绕制成两个共轴的多匝单层或多层螺旋管线圈，每层线圈匝数均相同，且两螺旋管线圈层数与其截面积的乘积相同。
本发明的技术效果：1)本空心线圈电流传感器采用空心线圈，没有铁磁材料，不会因被测电流大而饱和，具有很高的线性度、快速响应特性，且频带宽；2)本发明中的二次传感线圈和抵消外磁场干扰的二次补偿线圈串接，这样外界干扰磁场在二次传感线圈和二次补偿线圈上所产生的感应电动势大小相等、方向相反，最终串接相互抵消，起到了对外界干扰磁场无响应的作用，不需另外加电磁屏蔽层，既保证了测量精度，又使结构简单，便于生产制作，降低成本；3)该空心线圈电流互感器的一次螺旋管线圈紧贴二次传感螺旋管线圈，这样使得，该电流互感器的互感系数可以很方便增大或减小。
总之，本发明所涉及的螺旋管空心线圈电流互感器明显改善了电流互感器的饱和特性和线性度，大大提高了测量精度和抗电磁干扰能力。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明优选的一种螺旋管空心线圈电流互感器的结构图；
图2为图1中空心线圈电流互感器的俯视图；
具体实施方式
参见图1、图2，图1为本发明实施例的结构示意图。图中2为二次螺旋管传感线圈，1为抵消外界磁场干扰的二次补偿螺旋管空心线圈，两者由相同的漆包细铜丝均匀紧密绕制成长度相同的螺旋管，每层的线圈匝数相同，且两者线圈的绕向相同，首端或末端相连，螺旋1上有一层空心线圈，2上有三层空心线圈。3为一次螺旋管线圈，紧围绕螺旋管传感线圈2绕制成螺旋管，使得二次传感线圈能更加强烈地耦合一次线圈，便于互感系数的提高或减小，能分别满足电力系统中测量和保护用的电子式电流互感器的要求。结合图2，螺旋管1的面积为螺旋管2的三倍，且两者共一个中心轴。这样使得两螺旋管空心线圈的线圈层数与螺旋管截面积的乘积相等，从而使得外界干扰磁场在这两个螺旋管空心线圈中产生的感应电动势大小相等、方向相反，通过4连接，相互抵消，如图1中所示，避免了外界电磁的干扰，保证了测量的精度。一次线圈3中通入被测电流时，二次螺旋管传感线圈产生的感应电动势较二次螺旋管补偿线圈产生的感应电动势大、方向相反，相互叠加，最终产生一个正比于被测电流变化率的电压信号从二次输出端5直接输出，也可经积分放大电路处理后再输出。
图1的实施例中二次传感线圈与二次补偿线的绕向相反时，两者首末两端串接。

Claims (2)

1.一种带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器，其特征在于：包括内外两层套装的直筒形非磁性骨架以及一次线圈、二次传感线圈、二次补偿线圈，二次补偿线圈均匀紧密绕在外层的非磁性骨架上，二次传感线圈均匀紧密绕在内层的非磁性骨架上，二次传感线圈的一端与二次补偿线圈的一端根据绕向按限定的方式连接，另两端不连，作为二次感应信号的输出端，一次线圈紧贴二次传感线圈绕制成一匝或多匝的螺旋管线圈。
2.根据权利要求1所述的带补偿线圈的螺旋管空心线圈电流互感器，其特征在于：所述二次传感线圈与二次补偿线圈为相同的绝缘导线绕制成的两个共轴的多匝单层或多层螺旋管线圈，每层线圈匝数均相同，且两螺旋管线圈的线圈层数与螺旋管截面积的乘积相同。
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