CN208847811U - 用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒及罗氏线圈探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒及罗氏线圈探头，罗氏线圈磁屏蔽盒包括带有环形线圈安装内腔的磁屏蔽盒体，所述磁屏蔽盒体的中部设有通孔，所述通孔的内壁上设有检测缝；罗氏线圈探头包括罗氏线圈和前述的罗氏线圈磁屏蔽盒，所述罗氏线圈布置于磁屏蔽盒体的环形线圈安装内腔中。本实用新型具有对干扰磁场屏蔽效果良好、对正常信号衰减影响较小、使用方便快捷等优点。

Description

用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒及罗氏线圈探头

技术领域

本实用新型涉及电力工程技术，具体涉及一种罗氏线圈磁屏蔽盒及罗氏线圈探头。

背景技术

罗氏线圈作为一种新型的电流互感器，被广泛应用在电力系统高电流、高电压的测量中，它相对于传统的电磁式电流互感器具有测量范围广、响应速度快、无磁饱和等一系列优点。但是由于其工作的外界环境极其复杂，在发电厂、大型发电机组、大型主变、厂母线等电力系统的主要电气设备周围往往存在巨大的干扰磁场，对罗氏线圈测量的精准度造成了很大的影响，因此屏蔽外界干扰磁场对于提高罗氏线圈测量精准度具有重要的研究意义。目前对于罗氏线圈的研究主要集中在改善罗氏线圈的结构设计和提高其传变精准度上，对于干扰磁场的屏蔽、屏蔽盒规格的设计尚缺乏深入的试验分析。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒及罗氏线圈探头，本实用新型具有对干扰磁场屏蔽效果良好、对正常信号衰减影响较小、使用方便快捷等优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种罗氏线圈磁屏蔽盒，包括带有环形线圈安装内腔的磁屏蔽盒体，所述磁屏蔽盒体的中部设有通孔，所述通孔的内壁上设有检测缝。

优选地，所述检测缝沿通孔的径向布置于通孔的内壁上呈环状。

优选地，所述检测缝的宽度为2mm。

优选地，所述磁屏蔽盒体由两个半盒拼接形成，所述环形线圈安装内腔形成于两个半盒之间，且两个半盒之间通过连接件连接固定，且一个所述半盒上开设有输出线缆孔。

优选地，所述磁屏蔽盒体采用坡莫合金制成。

优选地，所述磁屏蔽盒体为圆柱形结构，且通孔与圆柱形结构的磁屏蔽盒体同轴心布置。

本实用新型提供一种罗氏线圈探头，包括罗氏线圈和前述的罗氏线圈磁屏蔽盒，所述罗氏线圈布置于磁屏蔽盒体的环形线圈安装内腔中。

优选地，所述磁屏蔽盒体的环形线圈安装内腔的内壁和罗氏线圈之间的间隙中设有硅胶垫片。

和现有技术相比，本实用新型具有下述有益效果：本实用新型用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒包括带有环形线圈安装内腔的磁屏蔽盒体，磁屏蔽盒体中部设有通孔，通孔的内壁上设有检测缝，有效地解决了电力系统的主要电气设备周围往往存在巨大的干扰磁场对罗氏线圈测量的精准度造成的影响，具有对干扰磁场屏蔽效果良好、对正常信号衰减影响较小、使用方便快捷等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例罗氏线圈探头构成的检测系统示意图。

图3为本实用新型实施例中小行波下不同电流频率变比图。

图4为本实用新型实施例中中行波下不同电流频率变比图。

图5为本实用新型实施例中大行波下不同电流频率变比图。

图6为本实用新型实施例中屏蔽盒对相间工频干扰信号的影响图。

图7为本实用新型实施例中不同屏蔽盒对铁芯干扰信号的衰减程度曲线图。

图例说明：1、磁屏蔽盒体；11、半盒；12、输出线缆孔；2、通孔；3、检测缝。

具体实施方式

如图1所示，本实施例用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒包括带有环形线圈安装内腔的磁屏蔽盒体1，磁屏蔽盒体1的中部设有通孔2，通孔2的内壁上设有检测缝3，检测缝3用于使测量的磁场进入磁屏蔽盒体1内侧与环形线圈安装内腔中的罗氏线圈进行交链。

如图1所示，检测缝3沿通孔2的径向布置于通孔2的内壁上呈环状，使得环形线圈安装内腔中的罗氏线圈可以实现全方位的检测，检测准确性更高。

本实施例中，检测缝3的宽度为2mm。

如图1所示，磁屏蔽盒体1由两个半盒11拼接形成，环形线圈安装内腔形成于两个半盒11之间，且两个半盒11之间通过连接件连接固定，且一个半盒11上开设有输出线缆孔12。

本实施例中，磁屏蔽盒体1采用坡莫合金制成，也可采用其他高磁导率的磁屏蔽材料(如铁、硅钢片等)。由电磁场的屏蔽原理，采用高磁导率的坡莫合金作为屏蔽盒制作的材料材料，使得屏蔽外壳与空气组成一个并联回路，利用磁场分路原理，磁力线全部流过高磁导率材料回路而流过空气回路中比较少从而达到屏蔽磁场的目的。

如图1所示，磁屏蔽盒体1为圆柱形结构，且通孔2与圆柱形结构的磁屏蔽盒体1同轴心布置。本实施例中，磁屏蔽盒体1外径为86mm，通孔2的内径设计为42mm，外径为86mm，高度为15mm。

本实施例用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒的基本原理是磁场屏蔽。磁场屏蔽通常情况下采用的是高磁导率材料(如铁、硅钢片、坡莫合金)对干扰磁场进行屏蔽，高磁导率材料对于磁场的阻碍作用很小，当把高磁导率材料的屏蔽模型放于干扰磁场中时，相当于屏蔽的外壳与空气介质形成了一个并联的磁场回路，而高磁导率材料的磁阻远远小于空气介质的磁阻，因此根据电流定律可以知道，磁密线都会处于高磁导材料介质的磁回路中，进入内部空气的磁密线会比较少，从而达到屏蔽外界恒定磁场的目的。在理论情况下，屏蔽体越厚，它的磁阻就越小，相对于空气来说磁导率就会越高，流过屏蔽体表面的磁场就会越少，对于磁场的屏蔽作用效果越好。在实际的应用中，也有很多为了对磁场进行充分的屏蔽，减少残余的磁场进入屏蔽体内，会采用多层屏蔽外壳进行磁场屏蔽，所以有些屏蔽体的体积很大，但其屏蔽效果往往非常好。电场的屏蔽一般采用低电阻率的良导体材料进行屏蔽，其屏蔽原理是根据电磁感应定律可推导出来，交变的电场会在屏蔽体表面产生一个涡流反向电场，涡流反向电场与原干扰电场的方向相反，会削弱外界干扰电场的强度，产生排斥作用，涡流电流的大小直接影响其屏蔽的效果，涡流场越大，其屏蔽效果越好。当外界干扰场是高频交变电场时，利用高磁导材料时，其磁滞和涡流损耗很大，因此高频交变电场不能采用高磁导的铁磁材料，而必须采用低电阻率的良导体，此时，高频电场会在良导体内产生很大的涡流电流，从而抵消掉大部分的外界干扰电场，从而达到屏蔽高频外界干扰电场的效果，故良导体也会伴随有一定的热效应。在变化的电磁场中间，电场和磁场总是相互依存的，因此我们所说的屏蔽通常来讲是电磁屏蔽。它屏蔽的交变频率范围一般在(10kHz～40GHz)，在频率较低的近电场区，它的电场和磁场的大小随着干扰源的变化而存在很大的差异；而随着外界干扰频率的增大，会产生很大的辐射电磁场，强大的干扰磁场会传播到很远的地方，因此除了近场的干扰外，远场的电磁干扰也不能忽略不计，必须进行电磁屏蔽。电磁屏蔽的原理是利用屏蔽体对电磁波进行反射、吸收、损耗使电磁波不进入屏蔽模型内。S.A.Schelkunoff电磁屏蔽理论分析当电磁波到达屏蔽体表面时，通常会产生3种不同的损耗机理：

(1)表面反射：R为反射损耗，电磁波的反射是因为空气在屏蔽材料界面上阻抗不匹配而发生的，其反射系数为ρ如式(1)所示，反射损耗R如式(2)所示

式(1)中，Z_W为空气波阻抗，Z_S为屏蔽材料波阻抗。

式(2)中，K为空气波阻抗与金属波阻抗的比值，Z_W为空气波阻抗，Z_m为良导体阻抗。

良导体本征阻抗|Z_m|如式(3)所示；

式(3)中，f为频率，μ为磁导率，σ为电导率，σ_r为相对导电率，μ_r为相对磁导率。

远场波阻抗如式(4)所示；

Z_w＝120π≈377Ω,R_w＝168.1-10lg(μ_rf/σ_r) (4)

式(4)中，Z_w远场波阻抗，R_w远场反射损耗，σ_r为相对导电率，f为频率，μ_r为相对磁导率。

近场电场源波阻抗如式(5)所示；

|Z_wg|＝1/2πfε₀r,R_g＝321.7-10lg(μ_rf³r²/σ_r) (5)

式(5)中，|Z_wg|为近场波阻抗，f为频率，ε₀为真空介电常数，r为波源与屏蔽之间的距离，R_g为近场反射损耗，σ_r为相对导电率，f为频率，μ_r为相对磁导率。

反射电磁场的原理并不是将电磁能量消耗在屏蔽材料中，而是在表面发生反射到原空间。反射的电磁波沿路返回原空间在某些情况下可能对空间中的其它电路造成影响。当屏蔽源处于屏蔽盒内部时候时，其在屏蔽盒表面反射回内部的磁场能量会得到加强，对空间内其它电路造成干扰影响。

(2)屏蔽材料吸收损耗：A-吸收损耗，透射入屏蔽材料内继续传播的电磁波，其场量振幅要按指数规律损耗，电磁场能量的损耗一般是屏蔽材料对透射入的电磁能量的吸收转换，吸收损耗A如式(6)所示；

式(6)中，d为屏蔽体厚度，f为频率，μ_r为相对磁导率，σ_r为相对导电率。

(3)在屏蔽体内部多次反射，B为多次反射修正因子，其表达式如式(7)所示；

式(7)中，Z_w为空气波阻抗，Z_m为金属波阻抗，A为前文计算得到的吸收损耗。

当吸收损耗A>10dB时，通常可忽略多次反射修正因子B。当磁场能量很大，在第一次反射时尚不会完全损耗掉时，磁场又会在其表面发生第二次反射，这样，只要磁场能量没有完全消耗掉，磁场会在两个金属截面之间一直进行反射，直到能量损耗完，在这过程中只有剩余的小部分电磁能量透过屏蔽的空间。随着电子设备的精密度要求越要越高，电磁波反射回来会对其精确度造成干扰，影响其正常工作，因此要求尽可能减少其反射的电磁波，可是在目前的研究中，尚未存在一种单一的材料，既能满足对电磁波高吸收又能满足低反射的要求，因此高吸收低反射电磁屏蔽材料的研究成了电磁屏蔽材料界的难点。本实施例的罗氏线圈磁屏蔽盒包括带有环形线圈安装内腔的磁屏蔽盒体1，磁屏蔽盒体1的中部设有通孔2，通孔2的内壁上设有检测缝3，检测缝3用于使测量的磁场进入磁屏蔽盒体1内侧与环形线圈安装内腔中的罗氏线圈进行交链，从而能够在保证罗氏线圈检测功能的基础上，实现对干扰信号的屏蔽。

磁屏蔽盒体1的厚度对于屏蔽效能和综合磁化系数的影响如式(8)和(9)所示；

式(8)和(9)中，S_E表示屏蔽效能，μ_r为屏蔽体材料的相对磁导率，d为厚度，R表示半径，k'表示综合磁化系数。本实施例中，根据磁场屏蔽厚度对于屏蔽效能和综去磁化系数的影响，推导出磁屏蔽盒体1最优厚度的选取公式，选取磁屏蔽盒体1的厚度为0.5mm。

本实施例提供一种罗氏线圈探头，包括罗氏线圈和前述的罗氏线圈磁屏蔽盒，罗氏线圈布置于磁屏蔽盒体1的环形线圈安装内腔中。本实施例中，罗氏线圈选用导线型号为LGJ-240，选用1m长固定在绝缘支架上，其导线内径为21.6mm，罗氏线圈应制作工艺优良的产品，需满足绕制均匀，表面光滑等条件。

本实施例中，磁屏蔽盒体1的环形线圈安装内腔的内壁和罗氏线圈之间的间隙中设有硅胶垫片，一方面保证安装后装置的稳定性，另一方面使得罗氏线圈安装位置更加确定，不会对罗氏线圈造成检测误差。

本实施例罗氏线圈探头构成的检测系统如图2所示，试验电源接通导线形成回路，且导线穿过磁屏蔽盒体1中部设有的通孔2，磁屏蔽盒体1中的罗氏线圈则通过放大电路和示波器相连，通过示波器即可查看检测输出信号，其中试验电源采用工频电流发生器。由于现场实测行波频率大多集中在2MHz以下，因此试验电流频率采用5k-2000kHz，放大电路设置为225倍。

本实施例中通过搭建图2所示试验平台进行试验验证，测试在不同频率的小、中、大行波的电流下信号发生器输入与放大器输出的试验数据，利用其变比作为参考量分析屏蔽盒对于正常信号的衰减情况，图3、图4、图5为本实施例试验中对小、中、大行波电流下的影响图，电流幅值小于20mA的称为小行波，电流幅值为20-40mA的称为中行波，电流幅值大于40mA的称为大行波，参见图3、图4、图5可知，采用本实施例罗氏线圈探头(全盒屏蔽)相对仅采用本实施例罗氏线圈探头的一个半盒11(半盒屏蔽)以及直接采用无屏蔽的罗氏线圈(无屏蔽)而言，其在对于干扰的屏蔽起到了显著的效果，而且采用本实施例罗氏线圈探头(全盒屏蔽)相对仅采用本实施例罗氏线圈探头的一个半盒11(半盒屏蔽)而言也效果更加显著。

本实施例中通过搭建图2所示试验平台进行试验验证，考虑干扰信号较多的相间工频干扰信号和铁芯振动干扰信号，分别对不同距离的相间干扰信号和铁芯震动带来的杂波干扰的电压幅值进行了测量，分析磁屏蔽盒对干扰信号的屏蔽效果。图6为本实施例对相间工频干扰信号的影响图，参见图6可知，对比100mm、200mm、300mm三种检测距离，采用本实施例罗氏线圈探头(全盒屏蔽)相对仅采用本实施例罗氏线圈探头的一个半盒11(半盒屏蔽)以及直接采用无屏蔽的罗氏线圈(无屏蔽)而言，其检测信号的输出电压幅值的精度并没有实质性变化。图7为本实施例中不同屏蔽盒对铁芯干扰信号的衰减程度的影响图，参见图7可知，采用本实施例罗氏线圈探头(全盒屏蔽)相对仅采用本实施例罗氏线圈探头的一个半盒11(半盒屏蔽)而言也衰减程度的曲线线型基本一致，只是幅值有所降低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒，其特征在于：包括带有环形线圈安装内腔的磁屏蔽盒体(1)，所述磁屏蔽盒体(1)的中部设有通孔(2)，所述通孔(2)的内壁上设有检测缝(3)。

2.根据权利要求1所述的用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒，其特征在于：所述检测缝(3)沿通孔(2)的径向布置于通孔(2)的内壁上呈环状。

3.根据权利要求1所述的用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒，其特征在于：所述检测缝(3)的宽度为2mm。

4.根据权利要求1所述的用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒，其特征在于：所述磁屏蔽盒体(1)由两个半盒(11)拼接形成，所述环形线圈安装内腔形成于两个半盒(11)之间，且两个半盒(11)之间通过连接件连接固定，且一个所述半盒(11)上开设有输出线缆孔(12)。

5.根据权利要求1所述的用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒，其特征在于：所述磁屏蔽盒体(1)采用坡莫合金制成。

6.根据权利要求1所述的用于变压器局放检测的罗氏线圈磁屏蔽盒，其特征在于：所述磁屏蔽盒体(1)为圆柱形结构，且通孔(2)与圆柱形结构的磁屏蔽盒体(1)同轴心布置。

7.一种用于变压器局放检测的罗氏线圈探头，其特征在于：包括罗氏线圈和权利要求1～6中任意一项所述的罗氏线圈磁屏蔽盒，所述罗氏线圈布置于磁屏蔽盒体(1)的环形线圈安装内腔中。

8.根据权利要求7所述的用于变压器局放检测的罗氏线圈探头，其特征在于：所述磁屏蔽盒体(1)的环形线圈安装内腔的内壁和罗氏线圈之间的间隙中设有硅胶垫片。