CN201036148Y

CN201036148Y - 螺旋管型空心线圈电流传感器

Info

Publication number: CN201036148Y
Application number: CNU2006200526588U
Authority: CN
Inventors: 周有庆; 龚伟; 吴桂清; 彭红海
Original assignee: CHANGSHA TONGQING ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA TONGQING ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2006-10-29
Filing date: 2006-10-29
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2016-10-29

Abstract

本实用新型公开了一种螺旋管型空心线圈电流传感器，包括4个以上的偶数个绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈，所有螺旋管传感线圈围绕一个轴心平行对称分布，按限定的方式串接，且其配置使得由一个公共的电磁场在所有螺旋管传感线圈中引起的感应电动势叠加相互抵消，保留两个端头作为输出信号端，构成二次线圈。一次线圈，紧绕半数个彼此不相邻的螺旋管传感线圈设制成一个单匝或多匝螺旋管线圈。本实用新型具有抗电磁干扰能力强、精度高、线性度好、响应快的优点，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

螺旋管型空心线圈电流传感器

技术领域

实用新型涉及一种电流传感器，特别是涉及一种电力系统中测量用和保护用的螺旋管型空心线圈电流传感器。

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。电磁式电流互感器都带有铁心。随着电网容量的不断提升，额定电压越来越高，短路电流越来越大。在非周期性电流的影响下，铁心会饱和，导致励磁不能正确的反应电流的增加，会引起很大的暂态误差，限制了其测量范围。如果铁心中有剩磁通，更会引起输出电流严重畸变，甚至会造成严重后果。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。

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。

实用新型内容

为解决现有电流传感器所存在的易饱和、响应慢、线性度较差、抗电磁干扰能力低的问题，本实用新型提供一种精度高、线性度好、抗电磁干扰能力强的螺旋管型空心线圈电流传感器。

实用新型解决上述技术问题的技术方案是：包括4以上的偶数个绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈，所有螺旋管传感线圈围绕一个轴心平行对称分布，按限定的方式串接，且其配置使得由一个公共的电磁场在所有螺旋管传感线圈中引起的感应电动势叠加相互抵消，保留两个端头作为输出信号端，构成二次线圈，一次线圈，紧绕半数彼此不相邻的螺旋管传感线圈设制成一个单匝或多匝螺旋管线圈，

上述的螺旋管型空心线圈电流传感器中，所述二次螺旋管传感线圈都采用相同的导线均匀密绕在骨架上制成多匝单层或多层的螺旋管线圈，并且所有二次螺旋管传感线圈的形状、尺寸和线圈的层数以及每层匝数都相同。

上述的螺旋管型空心线圈电流传感器中，所述绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈的截面为圆形、1/4圆形、矩形、三角形等任何形状的一种。

一种螺旋管型空心线圈电流传感器，包括4以上的偶数个绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈，所有螺旋管传感线圈围绕一个轴心平行对称分布，按限定的方式串接，且其配置使得由一个公共的电磁场在所有螺旋管传感线圈中引起的感应电动势叠加相互抵消，保留两个端头作为输出信号端，构成二次线圈；一次线圈紧贴每个二次螺旋管线圈绕制成相同个数串接的多匝单层或多层的螺旋管线圈。

上述的螺旋管型空心线圈电流传感器中，多个螺旋管线圈串接制成的一次线圈中，所有螺旋线圈形状、尺寸和线圈的层数以及每层匝数都相同，按限定的方式串接，且其配置使得由一个公共的电磁场在所有一次螺旋管线圈中引起的感应电动势叠加相互抵消，保留两个端头作为被测电流输入端。

本实用新型的技术效果在于：1)本螺旋管型空心线圈电流传感器无铁心，具有频带宽、快速响应的优点，克服了传统的电磁式电流传感器易饱和、响应慢、线性度较差的问题；2)本螺旋管型空心线圈电流传感器包括多个围绕中心均匀分布的螺旋管传感线圈，按限定的方式串接，且其配置使得由一个公共的电磁场在所有螺旋管传感线圈中引起的感应电动势叠加相互抵消，消除了外界磁场的干扰，不需另外加电磁屏蔽层；3)每个空心螺旋管二次线圈可以完全制成相同，便于批量生产，降低成本；4)一次线圈可根据需要紧贴半数个或所有二次螺旋管线圈绕一匝或多匝制成螺旋管，可以很方便增大或减小电流传感器的互感系数。

总之，本实用新型所涉及的螺旋管空心线圈电流传感器明显改善了电流传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；结构简单，重量轻，成本低，安装、校准、调试、维护均十分方便。

下面结合附图和具体实施例对实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型优选的一种螺旋管型空心线圈电流传感器的俯视图；

图2为图1中空心线圈电流传感器二次线圈的侧面结构图；

图3为图1中单个螺旋管传感线圈的结构示意图；

图4为本实用新型优选的电流传感器相对附近大电流产生的干扰磁场无响应的原理图；

图5为本实用新型另一实施例的结构示意图。

图6为本实用新型实施例3的结构示意图。

具体实施方式

参见图3，图3中1为非磁性直筒形骨架，2、3为绕在骨架上的二次线圈的首尾端，其中二次线圈采用较细的漆包铜线均匀密绕在骨架上，从骨架首端绕到尾端，可再绕回首端，这样重复绕制，最后可形成多层多匝螺旋管传感线圈，优选绕成奇数匝，便于分清线圈的首尾端，从而便于相邻骨架上的二次线圈依次首端或末端相连，从图2中可看出这一点。

图1中，4、5、6、7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通过。一次导体8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2，相邻的螺旋管二次线圈依次首端或末端相连，9、10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，4、5、6、7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9、10输出。

图4中，11、12、13均为实用新型上述的螺旋管空心线圈电流传感器附近的导电体，并可通过大电流。当导体11中通以交流电流时，相对传感器产生干扰的交变磁场，而5与6的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势大小相等、方向相反，串接后相互抵消；同样4与7的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势也相互抵消。当导体12中通以交流电流时，相对传感器产生干扰的交变磁场，而6与7的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势大小相等、方向相反，串接相互抵消；同样4与5的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势也相互抵消。当导体13中通以交流电流时，相对传感器产生干扰的交变磁场，5与7的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势方向相同，4与6的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势方向相同，而5、7的二次线圈与4、6的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势方向相反，又直导线13中电流产生的是一个线形梯度磁场，那么5、7的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势之和与4、6的二次线圈因该干扰磁场产生的感应电动势之和大小相等，方向相反，最终串接相互抵消。同样，实用新型所涉的空心线圈电流传感器用于电力系统三相电流测量时，某一相的电流传感器也能避免其它两相电流产生的电磁干扰，即保证了三相电流的测量互不受影响。当远端产生的干扰交变磁场(均匀磁场)垂直穿过上述的二次线圈时，原导体内侧的半数螺旋管二次线圈因该干扰磁场产生的电动势之和与其外侧半数螺旋管二次线因该干扰磁场产生的电动势之和大小相等、方向相反，相互抵消。外界干扰磁场水平穿过上述的二次线圈时，二次线圈无感应。

因此，本实用新型所述的螺旋管空心线圈电流传感器对外界干扰电磁无响应。

图5中，采用六个非磁性直筒骨架，18、19、20、21、22、23均为相同的绕有二次线圈的螺旋管空心线圈，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螺旋管线圈17通过，其绕法如图中所示，可绕一匝或多匝。其中每个螺旋管空心线圈的二次绕线如图1，相邻螺旋管空心线圈依次首端或末端相连接，留一处不连作为二次感应信号的输出，类似图2中螺旋管二次线圈的接法。

图6中，28、29、30、31均为相同的绕有二次线圈的螺旋管空心线圈，其侧面图以及连接类似图2，串接构成二次线圈。24、25、26、27均为相同的绕有一次线圈的螺旋管空心线圈，其侧面图以及连接类似图2，串接构成一次线圈。这种方法可以大大增加传感器的互感系数，且保证一次线圈和二次线圈均不受外界磁场的干扰。

以上所有实施例中，每个二次螺旋管线圈的的绕向也可以不同，连接方式也可以做相应的改变，相邻二次螺旋管线圈的连接应使一次线圈在二次螺旋管线圈产生的感应电势叠加，公共的电磁场在所有二次螺旋管线圈中引起的感应电动势叠加相互抵消，即避免外界电磁场的干扰。实施例3中的每个一次螺旋管线圈的绕向也可以不同，连接方式也可以做相应的改变，同样使得一次线圈避免外界电磁场的干扰。

Claims

1.一种螺旋管型空心线圈电流传感器，其特征在于：包括4以上的偶数个绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈，所有螺旋管传感线圈围绕一个轴心平行对称分布，相邻的螺旋管线圈按一次线圈产生的感应电势叠加方式串接，保留两个端头作为输出信号端，构成二次线圈；一次线圈，紧绕半数彼此不相邻的螺旋管传感线圈设制成一个单匝或多匝螺旋管线圈，

2.根据权利要求1所述的螺旋管型空心线圈电流传感器，其特征在于：所述二次螺旋管传感线圈都采用相同的导线均匀密绕在骨架上制成多匝单层或多层的螺旋管线圈，并且所有二次螺旋管传感线圈的形状、尺寸和线圈的层数以及每层匝数都相同。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋管型空心线圈电流传感器，其特征在于：绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈的截面为圆形、1/4圆形、矩形、三角形等任何形状的一种。

4.一种螺旋管型空心线圈电流传感器，其特征在于：包括4以上的偶数个绕在非磁性直筒形骨架上的螺旋管传感线圈，所有螺旋管传感线圈围绕一个轴心平行对称分布，相邻的螺旋管线圈按一次线圈产生的感应电势叠加方式串接，保留两个端头作为输出信号端，构成二次线圈；一次线圈紧贴每个二次螺旋管线圈绕制成相同个数串接的多匝单层或多层的螺旋管线圈。

5.根据权利要求4所述的螺旋管型空心线圈电流传感器，其特征在于：所述二次螺旋管传感线圈都采用相同的导线均匀密绕在骨架上制成多匝单层或多层的螺旋管线圈，并且所有二次螺旋管传感线圈的形状、尺寸和线圈的层数以及每层匝数都相同。