CN207396599U - 数字式零序电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字式零序电流互感器，包括缠绕有线圈的圆环形铁芯以及将所述的圆环形铁芯容纳其中的壳体，以及设置在壳体内的信号电路板和主电路板，其中，所述的铁芯由坡莫合金制成，本互感器采用了新型的铁芯材料‑坡莫合金，本材料的磁导率恒定，线性度极高，可保证零序互感器在一次输入电流为50mA‑60A的超宽范围内，其二次输出电流保持线性，极大的提高了互感器的测量精度。

Description

数字式零序电流互感器

技术领域

本实用新型涉及信号采集技术领域，特别是涉及一种数字式零序电流互感器。

背景技术

目前，零序电流互感器的输出信号一般都是直接通过导线接到零序保护装置，当电网系统发生故障，如单相接地故障时，各馈线会产生零序电流，保护装置通过检测零序互感器的输出信号是否超过自身设定的整定值来找出故障支路或跳闸断开故障支路。一方面，零序电流互感器的输出信号精度一般在其额定电流附近才能达到较高的精度，在偏离其额定电流，尤其是一次输入电流只有数十毫安的情况下，误差会增大到不可接受的程度；所以如何让互感器在比较宽泛的一次电流输入范围内(上下限比值>100)，保持较高的测量精度成为一个迫切需要解决的问题；另一方面，由于保护装置一般距离互感器都比较远，所以零序互感器器的二次输出线都比较长，造成信号衰减严重，影响测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种数字式零序电流互感器。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种数字式零序电流互感器，包括缠绕有线圈的圆环形铁芯以及将所述的圆环形铁芯容纳其中的壳体，以及设置在壳体内的信号电路板和主电路板，其中，所述的铁芯由坡莫合金制成，

所述的信号电路板上设置有信号采集调理模块，其包括多个不同变比且并接至所述的零序互感器的输出的调理电路，所述的调理电路将输入的电流信号转换为电压信号；

所述的主电路板上设置有录波模块、通讯模块和电源模块，所述的录波模块包括连接至所述的信号调理电路输出的AD转换芯片，用以存储AD转换芯片转换后数字数据的存储芯片以及与所述的AD转换芯片和存储芯片可控连接的控制器，所述的通讯模块用以将存储芯片内的波形数据远传；所述的电源模块用以给所述的信号采集调理模块、录波模块和通讯模块供电。

所述的控制器为单片机，所述的通讯模块为CAN收发器，所述的存储芯片为EEPROM，所述的电源模块为具有多种直流电压输出的AC/DC模块。

所述的信号采集调理模块包括三段并联的调理电路，所述的三段并联的调理电路的信号输入范围1-15mA、10-150mA和0.1A-1.5A，三段调理电路统一转换成0.45-6.75V电压信号，同时输入所述的AD转换芯片。

所述的壳体为“7”字型结构，所述的主电路板和信号电路板垂直设置且通过插针信号连接，所述的壳体为塑料材质，所述的壳体的上表面开有两个贯通的安装孔。

所述的安装孔与主电路板的二次输出线的两个接线螺纹孔相对应并通过铜螺栓与其固定连接。

所述的壳体包括形成有对应圆形凹槽的上壳体和下壳体，所述的上壳体和下壳体分别包括对应固定连接的对扣两部分，上壳体和下壳体内形成有与所述的铁芯匹配的定位凹槽，所述的铁芯被分割成上下两个半环并将对应线圈连接，所述的壳体内的空间由环氧树脂浇筑。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本互感器采用了新型的铁芯材料-坡莫合金，本材料的磁导率恒定，线性度极高，可保证零序互感器在一次输入电流为50mA-60A的超宽范围内，其二次输出电流保持线性，极大的提高了互感器的测量精度。同时在互感器本体上还安装了一个信号转换装置，作用是把互感器输出的电流信号直接变成数字信号，然后通过通信线实现数据远传；这样的设计能有效的解决数字式零序电流互感器二次信号随着接线距离的加长而造成的信号衰减问题。

附图说明

图1所示为本实用新型的数字式零序电流互感器内部结构示意图。

图2所示为本实用新型的数字式零序电流互感器侧视示意图。

图3所示为本实用新型的数字式零序电流互感器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图所示，本实用新型的数字式零序电流互感器，包括缠绕有线圈的圆环形铁芯2以及将所述的圆环形铁芯容纳其中的壳体1，以及设置在壳体内的信号电路板和主电路板，其中，所述的铁芯由坡莫合金制成，利用坡莫合金做成铁芯，相当于改变了铁芯磁导率μ值，此值为铁芯的关键参数，坡莫合金材料的磁导率比一般硅钢片制作的铁芯的磁导率高出1-2个数量级，而且基本为恒铁芯磁导率，而不像硅钢片磁滞回曲线的范围较大，从而大幅提高了铁芯的线性区。具体地，坡莫合金型号如为1J85，铁芯截面为正方形，面积为20mm×20mm，铁芯为环形，内径为120mm，铁芯厚度20mm。

所述的信号采集调理模块其包括多个不同变比且并接至所述的零序互感器的输出的调理电路，所述的调理电路将输入的零序电流采集信号转换为有效电压信号；

录波模块，其包括连接至所述的信号调理电路输出的AD转换芯片，用以存储AD转换芯片转换后数字数据的存储芯片以及与所述的AD转换芯片和存储芯片可控连接的控制器，优选地，所述的控制器为单片机，如DSPIC33EP512GP502，所述的存储芯片为EEPROM，如24LC256EEPROM，所述的AD转换芯片，型号 TLC2574，该芯片具有高达200KSPS的转换速率，支持最高25M频率的输入时钟，具有12位字长，四路转换通道，完全满足本实用新型的多通道式波形采样的需求；单片机主要作用是控制AD转换芯片TLC2574对经过调理电路处理后的信号进行模数转换，并对转换的结果进行判别，选择变比最合适的转换结果作为原始数据，然后把数据写入EEPROM，并且通过运算把AD转换的数据转化为浮点数作为最终的波形数据，通过通信模块进行远传。

通讯模块，用以将存储芯片内的波形数据远传；如所述的通讯模块为CAN 收发器，如CAN收发器MCP2551，

具体来说，因为调理电路将零序电流信号按不同的变比分成三段同时输入 AD芯片，所以每一个采样周期，单片机会同时得到3组AD转换的数值，因为3 段变比不同，3组AD数据可能会出现有1组或2组数据超过AD芯片所能转换的最大电压而造成波形失真，单片机通过对3组数据的运算，自动选择变比最合适的一组数据作为原始数据进行存储。

原始数据为数字量，不可以直接使用，必须通过数据转换将其转换为同输入电流信号数值上相等的电压瞬时值即波形数据。通信模块传输的是经过转换后的电压瞬时值(即以浮点形式)，这样远方计算机接收到数据后，无需进行任何转换，直接在坐标轴上把这些瞬时值画出即可得到零序电流波形。

装置存储的是AD转换后的数字量，远传的是经过数据转换后的电流瞬时值 (浮点形式)。对于装置来说，存储AD转换后的数字量可以最大限度的节省存储空间，降低成本，提高读写效率；而远传经过数据转换后的电流瞬时值(浮点形式)，则方便远方计算机处理波形数据。

电源模块，用以给所述的信号采集调理模块、录波模块和通讯模块供电。所述的电源模块为具有多种直流电压输出的AC/DC模块，如LH05-10C0512-01 型AC/DC模块，它具备体积小，功率大，可输出+5V、±15V多种直流电压，+5V 主要供给数据运算及存储模块和通信模块使用，±15V主要供给信号调理及采样模块使用，电源模块采用了多种抗干扰措施并带有过流、过热保护电路，可有效的保证供电的安全可靠。

本实用新型通过信号采集调理模块将信号处理实现了对零序电流的采样，波形数据的存储、计算，以及具备将波形数据进行远传的功能。有效的解决了传统零序互感器二次输出信号衰减，以及无法对波形数据进行存储的问题，方便的实现了故障再现，便于对故障现象进行分析处理，结果简单，接线方便。本互感器采用了新型的铁芯材料-坡莫合金，本材料的磁导率恒定，线性度极高，可保证零序互感器在一次输入电流为50mA-60A的超宽范围内，其二次输出电流保持线性，极大的提高了互感器的测量精度。

优选地，所述的信号采集调理模块包括三段并联的调理电路，所述的三段并联的调理电路的信号输入范围1-15mA、10-150mA和0.1A-1.5A，三段调理电路统一转换成0.45-6.75V电压信号，同时输入所述的AD转换芯片。然后同时进入AD芯片进行模数转换。本装置可对零序电流在1mA-1.5A(二次值)范围内进行采样，扩大了输入信号的范围。

具体来说，所述的壳体包括两部分，一部分是容纳铁芯的主壳体，一部分是与所述的主壳体固定连接的侧壳体，侧壳体固定在主壳体的顶部一侧，其中，所述的侧壳体为“7”字型结构，所述的主电路板和信号电路板设置其中，两者垂直设置且通过插针信号连接，所述的侧壳体为塑料材质，所述的侧壳体的上表面开有两个贯通的安装孔。主电路板和信号电路板分别通过支撑柱固定在所述的侧壳体内部以保持较好的绝缘性，主壳体上表面上开有两个贯通的安装孔，这两个安装孔正对着零序互感器二次输出线的两个接线螺纹孔。使用两个铜螺栓进行固定主壳体和侧壳体，这两个螺栓既起到固定作用又起到导体的作用，用于连通零序互感器上的二次输出线K1\K2与对应的调理电路，即调理电路的输入端也与所述的安装孔电连接，固定与电导通直接一步完成，减少电连接，使其安装固定更为便利。

具体来说，互感器下部还有用于同信号转换装置连接的导电片。导电片为一对，信号转换装置的输出是通过固定用的螺栓导出，但是螺栓必须要连接到互感器的二次信号输出端，才能完成电路的连通。这对导电片的作用就是连接互感器的二次输出线和信号转换装置输出端的两个铜螺栓。塑料主壳体外侧开有跟导电片的开孔一样大小的孔，先把导电片上的孔和塑料壳体上的孔对齐，并用胶粘在塑料壳体内侧，然后用螺丝堵住上面的开孔，浇注环氧树脂固化，这样就完成了导电片的固定。其中，导电片固定前，互感器铁芯上缠绕的二次输出线圈的出线已经焊接到导电片上，浇注完成后，再松开螺丝即可完成。

所述电源模块、电源模块、信号调理及采样模块、数据存储模块、通信模块分别集成在两块电路板上，两块电路板通过插针呈90度连接，两块板全部安装在一个“7”形状的塑料侧壳体内，其内有电路板安装支撑柱，外有端子出孔，有安装孔用于把装置安装到零序互感器上，塑料壳盖安装卡扣。

作为其中一个具体实施方式，所述的壳体，即主壳体包括形成有对应圆形凹槽的上壳体11和下壳体12，所述的上壳体和下壳体分别包括对应固定连接的对扣两部分，上壳体和下壳体内形成有与所述的铁芯匹配的定位凹槽，所述的壳体内的空间由环氧树脂浇筑。

所述的上壳体和下壳体保持一定间隔设置，如间隔2-5cm，保留间隔的目的是可从间隔处进行切割加工，将互感器分成上下两部分,即，先进行浇注环氧树脂，然后从上下塑料壳体的间隔位置进行切割加工，将互感器切成上下两部分，即做成敞开式互感器，二次线圈的连接分别把线圈绕在互感器铁芯的上下位置，中间的接头采用短接片连接即可。敞开式的优点是便于安装，主要用于老变电站改造；缺点是精度会有一定的损失。当然也可以不切割直接作为整体使用，保持间隔即增强了其使用场合适应性。

本实用新型结构非常简单，安装方便、美观；而且体积小，绝缘性能好等特点，采用两块板的设计有效减少了体积的需要，能便捷的安装在数字式零序电流互感器上。采用顶部侧凸式结构，能很好地与零序互感器的形状匹配，减少空间占据。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种数字式零序电流互感器，其特征在于，包括缠绕有线圈的圆环形铁芯以及将所述的圆环形铁芯容纳其中的壳体，以及设置在壳体内的信号电路板和主电路板，其中，所述的铁芯由坡莫合金制成，

所述的信号电路板上设置有信号采集调理模块，其包括多个不同变比且并接至所述的零序互感器的输出的调理电路，所述的调理电路将输入的电流信号转换为电压信号；

所述的主电路板上设置有录波模块、通讯模块和电源模块，所述的录波模块包括连接至所述的信号调理电路输出的AD转换芯片，用以存储AD转换芯片转换后数字数据的存储芯片以及与所述的AD转换芯片和存储芯片可控连接的控制器，所述的通讯模块用以将存储芯片内的波形数据远传；所述的电源模块用以给所述的信号采集调理模块、录波模块和通讯模块供电。

2.如权利要求1所述的数字式零序电流互感器，其特征在于，所述的控制器为单片机，所述的通讯模块为CAN收发器，所述的存储芯片为EEPROM，所述的电源模块为具有多种直流电压输出的AC/DC模块。

3.如权利要求2所述的数字式零序电流互感器，其特征在于，所述的信号采集调理模块包括三段并联的调理电路，所述的三段并联的调理电路的信号输入范围1-15mA、10-150mA和0.1A-1.5A，三段调理电路统一转换成0.45-6.75V电压信号，同时输入所述的AD转换芯片。

4.如权利要求1所述的数字式零序电流互感器，其特征在于，所述的壳体为“7”字型结构，所述的主电路板和信号电路板垂直设置且通过插针信号连接，所述的壳体为塑料材质，所述的壳体的上表面开有两个贯通的安装孔。

5.如权利要求4所述的数字式零序电流互感器，其特征在于，所述的安装孔与主电路板的二次输出线的两个接线螺纹孔相对应并通过铜螺栓与其固定连接。

6.如权利要求1所述的数字式零序电流互感器，其特征在于，所述的壳体包括形成有对应圆形凹槽的上壳体和下壳体，所述的上壳体和下壳体分别包括对应固定连接的对扣两部分，上壳体和下壳体内形成有与所述的铁芯匹配的定位凹槽，所述的壳体内的空间由环氧树脂浇筑。

7.如权利要求6所述的数字式零序电流互感器，其特征在于，所述的上壳体和下壳体保持间隔设置。