CN209312584U - 一种抗直流电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种抗直流电流互感器，其特征在于，包括：抗饱和铁芯、普通铁芯、一次绕组、二次绕组、补偿绕组；所述抗饱和铁芯可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯；所述普通铁芯，可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯；根据在交流和半波下两种工况下比值差所需要的补偿情况设置补偿绕组匝数；可以采用漆包铜导线在所述抗饱和铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与普通铁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下二次绕组，或者采用漆包铜导线在所述普通铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与抗饱和磁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下二次绕组。解决了常用的电流互感器在含有大直流分量的情况下不能正常工作，交流互感器磁芯的抗饱和能力差的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电流互感器测量技术领域，具体涉及一种抗直流电流互感器。
背景技术
电力系统内使用的电力电流互感器将一次的大电流转换成5A或1A的标准小电流，与电能表共同构成电能计量装置的电流测量回路，其性能好坏直接关系到电能计量的准确度，影响电能贸易结算的公平公正。在系统正常稳态运行时，电流互感器的一次电流一般为工频正弦波，若电流互感器的变比和额定二次负荷选择恰当，其运行误差能够达到期望的目标。然而在一些特殊情况下，电流互感器的一次电流中可能会含有直流或谐波分量，甚至是经二极管整流后的正弦半波。这些非工频成分,尤其是直流分量会对电流互感器的磁化性能造成较大影响，直流偏磁磁通和交流磁通相叠加，直流部分作用相当于励磁，使铁芯迅速进入饱和状态，而误差急剧增大超出标定的误差限值。
以一台电网中常用的普通计量用低压电流互感器为例，其额定一次电流为500A，准确度等级0.2S级。经测试表明该电流互感器在正弦半波下(直流含量接近30％)的比值差和相位差均随着一次半波电流有效值的增加迅速增大，在额定电流时的比值差超过-80％，相位差超过70°，导致所述电流互感器不能正常使用。
为了克服上述问题，使电流互感器在含有较大直流分量的情况下仍能够正常工作，必须提高电流互感器磁芯的抗饱和能力，因此通常对磁芯的材料进行改进。一种是通过在铁基非晶铁芯上设置有一贯穿整个磁芯截面的气隙，利用开有气隙的铁芯满足互感器在施加直流分量条件下的精度要求，但是该种抗直流电流互感器只能适用于二次毫安级小电流互感器，对于半波直流大且二次为5A或1A标准电流时不能满足误差要求。
发明内容
本申请提供一种抗直流电流互感器，解决了常用的电流互感器在含有大直流分量的情况下不能正常工作，交流互感器磁芯的抗饱和能力差的问题。
本申请提供一种抗直流电流互感器，其特征在于，包括：抗饱和铁芯、普通铁芯、一次绕组、二次绕组、补偿绕组；所述抗饱和铁芯可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯；所述普通铁芯，可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯；根据在交流和半波下两种工况下比值差所需要的补偿情况设置补偿绕组匝数；采用漆包铜导线在所述抗饱和铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与普通铁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下的二次绕组，根据主绝缘方式，再绕制一次绕组，或者采用漆包铜导线在所述普通铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与抗饱和磁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下的二次绕组，根据主绝缘方式，再绕制一次绕组。
优选的，所述抗饱和铁芯可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯，包括：
所述抗饱和铁芯初始磁导率低但饱和磁场强度高，所以可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯。
优选的，还包括：
若所述抗饱和铁芯采用开气隙铁芯，开气隙的大小根据铁芯的截面、磁路长度和直流的大小决定；
在截面和磁路长度确定的情况下，直流越大则气隙设置越大。
优选的，所述普通铁芯，可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯，包括：
所述普通铁芯的初始磁导率高但饱和磁场强度低，所以可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯。
优选的，所述根据主绝缘方式，再绕制一次绕组，包括：
根据所述抗直流电流互感器的工作电压等级选取适当的主绝缘方式，然后绕制一次绕组。
优选的，还包括：
所述抗直流电流互感器当一次电流较大时，所述一次绕组采用穿心的方式。
本申请提供一种抗直流电流互感器，通过在抗饱和铁芯或普通铁芯上绕制部分二次绕组，再绕制补偿绕组，绕制的线包与抗饱和铁芯或普通铁芯合套后同，再继续在铁芯上绕制剩下的二次绕组，然后根据主绝缘方式，绕制一次绕组，解决了常用的电流互感器在含有大直流分量的情况下不能正常工作，交流互感器磁芯的抗饱和能力差的问题。
附图说明
图1是本申请提供的一种抗直流电流互感器的带气隙的抗饱和铁芯的结构示意图；
图2是本申请提供的一种抗饱和铁芯绕组等于普通铁芯绕组的抗直流电流互感器线包的结构示意图；
图3是本申请提供的一种抗饱和铁芯绕组大于普通铁芯绕组的抗直流电流互感器线包的结构示意图；
图4是本申请提供的一种普通铁芯绕组大于抗饱和铁芯绕组的抗直流电流互感器线包的结构示意图；
图5是本申请提供的一种抗饱和铁芯绕组等于普通铁芯绕组的抗直流电流互感器的原理示意图；
图6是本申请提供的一种抗饱和铁芯绕组大于普通铁芯绕组的抗直流电流互感器的原理示意图；
图7是本申请提供的一种普通铁芯绕组大于抗饱和铁芯绕组的抗直流电流互感器的原理示意图；
图8是本申请提供的抗直流互感器等效原理图；
图9是本申请提供的超微晶铁芯和气隙铁芯磁化曲线。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本申请提供一种抗直流电流互感器，其特征在于，包括：抗饱和铁芯、普通铁芯、一次绕组、二次绕组、补偿绕组；所述抗饱和铁芯可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯；所述普通铁芯，可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯；根据在交流和半波下两种工况下比值差所需要的补偿情况设置补偿绕组匝数；采用漆包铜导线在所述抗饱和铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与普通铁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下的二次绕组，根据主绝缘方式，再绕制一次绕组，或者采用漆包铜导线在所述普通铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与抗饱和磁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下的二次绕组，根据主绝缘方式，再绕制一次绕组。
抗直流互感器的抗饱和铁芯初始磁导率低但饱和磁场强度高，所以可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯。若所述抗饱和铁芯采用开气隙铁芯，开气隙的大小根据铁芯的截面、磁路长度和直流的大小决定，在截面和磁路长度确定的情况下，直流越大则气隙设置越大。
抗直流互感器的普通铁芯的初始磁导率高但饱和磁场强度低，所以可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯。
根据所述抗直流电流互感器的工作电压等级选取适当的主绝缘方式，然后绕制一次绕组。
所述抗直流电流互感器当一次电流较大时，所述一次绕组采用穿心的方式。
本申请提供的技术方案，可以工作在一次直流含量为数百安级下及二次为5A和1A标准电流下，因此可安装在电网线路中作为计量用电流互感器使用，在交流和半波下可以准确计量。采用常规互感器的铁芯材料和制造工艺，结构简单，安装更换方便，便于维护和广泛推广应用。
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行描述。
以电磁式电流互感器等效电路为例，当一次一次绕组中出现直流分量时，直流和交流磁通叠加作用，而直流分量为恒定非交变量，无法在二次侧产生感应电势，将全部用来励磁，因此会导致铁心饱和，波形畸变和产生谐波。
目前的软磁材料在单独使用在既有正常的50Hz交流电流、又有直流分量的情况下用于互感器铁芯时，都存在一定的缺陷。现有技术能够准确测量含有直流分量电流的主要有以下几种：(1)复合铁芯电流互感器。(2)铁芯带气隙的电流互感器。(3)光学电子式互感器、霍尔电流传感器、零磁通直流电流互感器。
对于第三类有源式电流互感器和传感器，其优点是准确度高，可同时测量交流和直流电流，缺点为是需要工作电源、成本高，一般不用做现场电力互感器，而现有电磁感应式抗直流电流互感器一般采用复合铁芯或特殊材料单铁芯做抗直流电流互感器铁芯材料，对于大变比和小电流情况下有较好的抗直流特性，但是对于存在较大直流分量(半波)的情况下误差特性很难到达所需指标要求。具体来说，作为抗直流电流互感器，需要具备两个误差性能：(1)在小直流电流(包括纯交流)下具备较好的测量精度；(2)在叠加较大直流分量的情况下满足准确度并且铁芯不会饱和。
本实用新型一种抗直流电流互感器，包括有：抗饱和铁芯、普通铁芯、一次绕组、二次绕组、补偿绕组组成，其特征在于：
为了保证抗直流互感器的抗饱和能力，需要对抗饱和铁芯开气隙，使其饱和特性得到明显的改善。气隙越大铁芯的抗饱和能力就越强，但不是气隙越大就越好，因为气隙增加其误差也迅速增大，尤其是相位误差。所以根据直流分量的大小和最大允许误差确定气隙大小、铁芯和绕组参数。其中，抗饱和铁芯可以开一个气隙，也可以开多个对称的气隙，结构示意如图1所示。图中a-气隙、T1-普通电流互感器铁芯。
同时为了在交流和直流分量下保证电流互感器的误差测量性能，综合普通电流互感器和气隙电流互感器的特点，采用如图5所示原理组成抗直流电流互感器，其中T1-普通电流互感器铁芯，T2-抗饱和铁芯，N1-二次绕组、N2-二次绕组，该原理图可以转化为等效原理图如图8所示，其中右边的是普通电流互感器T1，左边是气隙电流互感器T2。其中普通电流互感器主要保证在正弦交流下的测量精度。气隙电流互感器主要作用是保证在较大直流分量下(半波下)的测量准确度。
以普通电流互感器所用的超微晶铁芯和抗饱和的气隙铁芯为例分析其在不同磁场强度下误差。对两种铁芯磁化曲线进行测试，如图9所示，得到两铁芯在不同磁场强度(包括交流励磁和直流励磁)下的磁密，根据磁导率μ＝B/H的关系进行对比，假设两铁芯其他参数相同。当磁场强度H<20A/m时，在同一磁场强度H下两铁芯磁密B1>>B2，则超微晶铁芯磁导率远大于气隙铁芯的磁导率，超微晶铁芯起主导作用。当磁场强度H接近20A/m时，虽然超微晶铁芯磁导率还大于气隙铁芯磁导率，但从图9中可以看出超微晶铁芯已经饱和，则其二次电流发生严重畸变，而气隙铁芯还未饱和处于线性区的工作点，此时实际上已由气隙铁芯承担主要的感应电势，若磁场强度H继续增加，则气隙铁芯起的作用将越来越大。对于双铁芯电流互感器，叠加直流分流并使其增加的过程可以等效为磁场强度不断增大的过程，超微晶铁芯饱和之前主要是超微晶铁芯起作用，在超微晶铁芯饱和之后主要是气隙铁芯在起作用。
但由于实际电流互感需要对二次绕组匝数增减以补偿器比值差，对于本实用新型所述抗直流互感器，一方面在交流误差下需要调整普通电流互感器T1上二次绕组匝数N21，另一方面在直流分量或者半波误差下需要改变气隙电流互感器T2上二次绕组匝数N22，而此时N21有可能不等于N22，因此首先通过试验得到两种情况下实际需要绕制的二次绕组匝数，当普通电流互感器T1上二次绕组匝数N21大于气隙电流互感器T2上二次绕组匝数N22时，有N2＝N21＝Nb+N22，因此先在普通电流互感器铁芯上绕制补偿绕组Nb，然后两铁芯合套以后再绕制共同二次绕组N22，其线包的结构如图3所示，其中Nb-补偿绕组，原理图如图6所示；当普通电流互感器铁芯T1上二次绕组匝数N21小于于气隙电流互感器铁芯T2上二次绕组匝数N22时，有N2＝N22＝Nb+N21，因此先在气隙电流互感器铁芯上绕制补偿绕组Nb，然后两铁芯合套以后再绕制共同二次绕组N22，其线包的结构如图4所示，其中Nb-补偿绕组，原理图如图7所示。
本申请提供一种抗直流电流互感器，通过在抗饱和铁芯或普通铁芯上绕制部分二次绕组，再绕制补偿绕组，绕制的线包与抗饱和铁芯或普通铁芯合套后同，再继续在铁芯上绕制剩下的二次绕组，然后根据主绝缘方式，绕制一次绕组，解决了常用的电流互感器在含有大直流分量的情况下不能正常工作，交流互感器磁芯的抗饱和能力差的问题。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种抗直流电流互感器，其特征在于，包括：抗饱和铁芯、普通铁芯、一次绕组、二次绕组、补偿绕组；所述抗饱和铁芯可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯；所述普通铁芯，可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯；根据在交流和半波下两种工况下比值差所需要的补偿情况设置补偿绕组匝数；采用漆包铜导线在所述抗饱和铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与普通铁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下的二次绕组，根据主绝缘方式，再绕制一次绕组，或者采用漆包铜导线在所述普通铁芯上先绕制补偿绕组，绕制的线包与抗饱和磁芯合套后，再继续在两个铁芯上绕制剩下的二次绕组，根据主绝缘方式，再绕制一次绕组。
2.根据权利要求1所述的一种抗直流电流互感器，其特征在于，所述抗饱和铁芯可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯，包括：
所述抗饱和铁芯初始磁导率低但饱和磁场强度高，所以可以采用铁基非晶铁芯或开气隙铁芯。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗直流电流互感器，其特征在于，还包括：
若所述抗饱和铁芯采用开气隙铁芯，开气隙的大小根据铁芯的截面、磁路长度和直流的大小决定；
在截面和磁路长度确定的情况下，直流越大则气隙设置越大。
4.根据权利要求1所述的一种抗直流电流互感器，其特征在于，所述普通铁芯，可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯，包括：
所述普通铁芯的初始磁导率高但饱和磁场强度低，所以可以采用冷轧硅钢片铁芯或超微晶铁芯。
5.根据权利要求1所述的一种抗直流电流互感器，其特征在于，所述根据主绝缘方式，再绕制一次绕组，包括：
根据所述抗直流电流互感器的工作电压等级选取适当的主绝缘方式，然后绕制一次绕组。
6.根据权利要求1所述的一种抗直流电流互感器，其特征在于，还包括：
所述抗直流电流互感器当一次电流较大时，所述一次绕组采用穿心的方式。
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Cited By (2)
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| CN113161134A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-23 | 上海置信智能电气有限公司 | 抗直流分量双级电流互感器 |
| CN114121460A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-03-01 | 浙江华采科技有限公司 | 采用低磁导率磁粉芯的数字式电流互感器 |
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