CN200989916Y - 电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，包括由空心线圈组成的一次线圈、二次线圈、感应电压信号处理电路，一次线圈中串接电阻或电容，二次线圈的输出端接感应电压信号处理电路。本实用新型可以用于制作电力系统各个电压等级满足IEC61850标准的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，还可以用于现有各种微机保护、测控装置和电子式计量表计的电压测量传感器。本实用新型的电压互感器实现了二次电压与一次电压的电气隔离，并且采用了完善的抗干扰措施和温度补偿电路，二次线圈短路不会损坏电压互感器。且具有测量精度高、抗干扰能力强、工作安全、稳定可靠的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电压互感器，尤其是涉及一种用于电力系统中各种电压等级电压测量的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器。
背景技术
现有的电压互感器主要是电磁式电压互感器和电容式电压互感器。近年来国内外也出现了较为先进的光学电压互感器(OVT)和基于电容或电阻分压的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器。
电磁式电压互感器绝缘结构日趋复杂，体大质重，造价高，可能发生铁磁谐振，对小信号测量精度低。而电容式电压互感器由于带有中间变压器和补偿电抗器，其暂态响应差，且易发生铁磁谐振，威胁设备的安全运行。
光学电压互感器的基本原理是利用光学材料的物理效应，如泡克尔斯(Pockels)效应、电光克尔(Kerr)效应以及逆压电效应等进行电压测量的。但由于光学材料受温度、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，还有相角测量等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。
基于电容或电阻分压的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器的传感原理是基于电容或电阻分压原理，被测高压直接加于高压臂电容或电阻上，在低压臂上分出与一次高压成正比的小电压。这种电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器的缺陷是易受温度的影响，尤其是二次侧电压与一次侧高电压直接耦合，没有电气隔离，易受干扰，且存在安全隐患，可能造成设备损坏和人身安全事故。
实用新型内容
为解决上述电压互感器所存在的技术问题，本实用新型提供一种体积小、重量轻、成本低、抗干扰能力强、测量精度高的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：包括一次线圈、二次线圈，电阻与空心线圈的一次线圈串联构成电压传感器的一次侧，空心线圈的二次线圈作为电压传感器的输出端。
上述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器中，还包括感应电压信号处理电路，感应电压信号处理电路包括差分放大电路、反馈放大电路，差分放大电路与反馈放大电路串联，差分放大电路的输入端接二次线圈的输出端，反馈放大电路采用与一次回路电阻相同特性的电阻做反馈电阻。
上述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器中，所述反馈放大电路为运算放大器构成的比例放大器。
一种电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，包括一次线圈、二次线圈，电容与空心线圈的一次导线串联构成电压传感器的一次侧，空心线圈的二次线圈作为电压传感器的输出端。
上述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器中，还包括感应电压信号处理电路，感应电压信号处理电路包括差分放大电路、积分电路，差分放大电路与积分电路串联，差分放大电路的输入端接二次线圈的输出端，积分电路采用与一次回路电容相同特性的电容。
上述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器中，所述积分电路由运算放大器构成。
本实用新型的技术效果：1)一次线圈、二次线圈没有耦合铁芯，不会出现饱和现象，其线性度高、暂态特性好，提高了测量精度；2)电压互感器的二次侧与一次侧实现了电气隔离，并采用完善的抗电磁干扰能力措施，提高了可靠性和抗干扰能力；3)提供了一次侧电容、电阻的温度补偿电路；4)动态范围大，输出的电压信号，可方便地与微机系统相连，易于实现电力系统智能化和网络化管理的需要；5)体积小、重量轻、成本低、安全性高，二次输出短路不会损坏互感器。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型中高压用的电容串接空心线圈的电压互感器的结构原理图。
图2为本实用新型中高压用的电阻串接空心线圈的电压互感器的结构原理图。
图3为本实用新型低压用的电容串接空心线圈的电压互感器的原理图。
图4为本实用新型中感应电压信号处理电路的实施例结构图1。
图5为本实用新型中感应电压信号处理电路的实施例结构图2。
图6为本实用新型中空心线圈的一个实施例结构图。
图7为本实用新型中空心线圈的另一个实施例的截面图。
图8为图7中空心线圈中二次线圈的结构图。
具体实施方式
参见图1，用于中高压电压互感器，1为高压引线，直接接于高电压母线端；空心线圈电流传感器2的一次线圈与精密电容3串连，构成电压传感器的一次侧，空心线圈电流传感器2的二次线圈作为电压传感器的输出端；电压传感器还依次设有内绝缘层、屏蔽层、外绝缘层。一次回路中产生一个与被测一次电压成正比变化的一次电流，通过空心线圈2的一次侧，其二次线圈感应一个与一次电流成比例变化的二次感应电压信号，即成比例地反映一次被测电压的变化。同样的原理，电阻串接空心线圈的电压互感器，参见图2，其中4为精密电阻。
上述实施例中，电压传感器和感应电压信号处理电路可以集中制作在一个装置里，也可以分开制作。
上述电压传感的原理还可以用于与现有常规电磁式和电容式电压互感器接口的各种微机保护、测控装置和电子式电能表计的电压传感器。参见图3，用于额定电压100V、220V和380V的电容串接空心线圈的电压互感器，U1为输入的被测电压，经精密电容9和空心线圈电流传感器10的一次导体构成电压互感器的一次回路，二次线圈10作为电压互感器的二次侧，感应输出二次电压U2，作为处理电路的输入信号。图3中的电容9可以由精密电阻替代，构成电阻串接空心线圈的电压互感器。这两种低压用的电压互感器便于与各种微机保护、测控装置和电子式电能表计集成，具有很高的测量精度，且实现了二次感应电压信号与一次电压的电气隔离，提高了系统的抗干扰能力和可靠性。
图4为电容串接空心线圈的电压互感器的感应信号处理电路，电压传感器二次侧的感应信号先经过差分放大器；再经过积分电路，其中R0为高精度电阻，电容C与电压传感器一次侧精密电容具有相同的温度系数，对一次侧电容进行温度补偿。
同样，电阻串接空心线圈的电压互感器中的感应信号处理电路，参见图5，包括差分放大电路、反馈放大电路，差分放大电路与反馈放大电路串联，差分放大电路的输入端接电压传感器的输出端，反馈放大电路采用与一次回路电阻相同特性的电阻Rf做反馈电阻，对一次侧电阻进行温度补偿。
参见图6，图6为本实用新型中所采用线圈的结构示意图。12为二次螺旋管传感线圈，11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11上有一层空心线圈，12上有三层空心线圈。13为一次螺旋管线圈，紧围绕螺旋管传感线圈12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；15、16为二次感应电压输出端。螺旋管11的截面积为螺旋管12截面积的三倍，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14连接，相互抵消，避免了外界电磁的干扰，保证了测量的精度。将该空心线圈用于图1、图2中，空心线圈的一次线圈13中会通过与被测电压成比例变化的电流，其二次侧感应产生一个与被测电压成比例变化的电压信号，从15、16端输出。
图7中，17、18、19、20均为相同的绕有二次线圈的螺旋管传感线圈，并围绕一个中心紧密均匀分布在一个圆上，彼此所留的空隙供一次导体21通过。一次导体21围绕上述半数不相邻的二次螺旋管传感线圈制成一匝或多匝的螺旋管一次线圈。其中一次螺旋管线圈绕成多匝时不要过于紧密，要考虑一次螺旋管的散热以及与二次螺旋管的绝缘。结合图8，相邻的螺旋管二次线圈依次首端或末端相连，22、23为整个二次螺旋管线圈首尾引线端，作为二次感应信号的输出端。一次导体中通入被测交流电流时，17、18、19、20的二次线圈产生的感应电动势方向都相同，串接相互叠加，总的感应电动势从22、23输出。根据实际应用的需要，空心线圈也可以其它的结构形式。
Claims (6)
1、一种电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，其特征在于：包括一次线圈、二次线圈，电阻与空心线圈的一次线圈串联构成电压传感器的一次侧，空心线圈的二次线圈作为电压传感器的输出端。
2、根据权利要求1所述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，其特征在于：还包括感应电压信号处理电路，感应电压信号处理电路包括差分放大电路、反馈放大电路，差分放大电路与反馈放大电路串联，差分放大电路的输入端接二次线圈的输出端，反馈放大电路采用与一次回路电阻相同特性的电阻做反馈电阻。
3、根据权利要求2所述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，其特征在于：所述反馈放大电路为运算放大器构成的比例放大器。
4、一种电容或电阻串接空心线圈的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，其特征在于：包括一次线圈、二次线圈，电容与空心线圈的一次导线串联构成电压互感器的一次侧，空心线圈的二次线圈作为电压传感器的输出端。
5、根据权利要求4所述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，其特征在于：还包括感应电压信号处理电路，感应电压信号处理电路包括差分放大电路、积分电路，差分放大电路与积分电路串联，差分放大电路的输入端接二次线圈的输出端，积分电容采用与一次回路电容相同特性的电容。
6、根据权利要求5所述的电容或电阻串接空心线圈的电子式电压互感器，其特征在于：所述积分电路由运算放大器构成。
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