CN209675098U - 电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子式电流互感器。其中，该电子式互感器包括：第一电路，信号传输电缆以及第二电路；其中，第一电路包括：铁芯，缠绕在铁芯外周上的线圈，与线圈连接的采样电阻；信号传输电缆，与第一电路的低压侧信号输出线连接，用于传输第一电路的电压信号；第二电路包括：输入隔离子电路，信号分压子电路，放大子电路以及输出隔离子电路。本实用新型解决了相关技术中采用传统的电磁式电流互感器测量一次侧电流存在安全隐患的技术问题。

Description

电子式电流互感器

技术领域

本实用新型涉及电流检测技术领域，具体而言，涉及一种电子式电流互感器。

背景技术

配电网系统以往采用电磁式电流互感器测量一次侧电流，为二次保护、计量设备等提供电流信号。采用电磁感应原理存在许多缺点：1)体积大导致绝缘难度大，相应绝缘成本较高；2)线性范围窄，发生故障时若电流太大CT易饱和，对保护不利；3) 安全隐患概率大。一二次之间靠电磁感应传递能量，若二次侧线圈由于某些原因出现开路，一次侧的大电流会完全变成励磁电流进而会在二次侧产生高电压，危机人身、设备的安全。

针对上述相关技术中采用传统的电磁式电流互感器测量一次侧电流存在安全隐患的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电子式电流互感器，以至少解决相关技术中采用传统的电磁式电流互感器测量一次侧电流存在安全隐患的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种电子式电流互感器，包括：第一电路，信号传输电缆以及第二电路；其中，所述第一电路包括：铁芯，缠绕在所述铁芯外周上的线圈，与所述线圈连接的采样电阻；所述信号传输电缆，与所述第一电路的低压侧信号输出线连接，用于传输所述第一电路的电压信号；所述第二电路包括：输入隔离子电路，信号分压子电路，放大子电路以及输出隔离子电路。

可选地，所述铁芯包括：零序铁芯，第一相铁芯，第二相铁芯以及第三相铁芯，其中，所述零序铁芯的外周缠绕有零序线圈，所述第一相铁芯的外周缠绕有第一相线圈，所述第二相铁芯的外周缠绕有第二相线圈，所述第三相铁芯的外周缠绕有第三相线圈。

可选地，所述零序线圈与零序采样电阻连接，所述第一相线圈与第一采样电阻连接，所述第二相线圈与第二采样电阻连接，所述第三相线圈与第三采样电阻连接。

可选地，该电子式电流互感器还包括：环氧树脂，用于将所述第一相铁芯，所述第二相铁芯以及所述第三相铁芯进行密封，其中，所述环氧树脂包括穿心孔，所述第一相铁芯，所述第二相铁芯以及所述第三相铁芯分别穿过所述环氧树脂的穿心孔。

可选地，所述信号传输电缆包括：双绞线和转接头，其中，所述双绞线包括金属屏蔽层，所述转接头为金属材质。

可选地，所述金属屏蔽层包括：第一屏蔽层和第二屏蔽层，其中，所述第一屏蔽层设置在所述电缆内的多组导线中每组导线的外周，所述第二屏蔽层设置在所述电缆的外包绝缘保护层内侧。

可选地，所述信号分压子电路包括：信号第一次分压子电路和信号第二次分压子电路。

可选地，所述放大子电路包括：差分放大子电路，线性隔离放大子电路，其中，所述差分放大子电路与所述信号分压子电路连接，所述信号分压子电路与所述线性隔离放大子电路。

可选地，所述第二电路还包括：输入回路供电子电路和输出回路供电子电路。

可选地，所述线性隔离放大子电路包括：线性光耦放大器或隔离放大器。

在本实用新型实施例中，第一电路包括：铁芯，缠绕在铁芯外周上的线圈，与线圈连接的采样电阻；信号传输电缆，与第一电路的低压侧信号输出线连接，用于传输第一电路的电压信号；第二电路包括：输入隔离子电路，信号分压子电路，放大子电路以及输出隔离子电路的方式，在本实用新型实施例中，可以实现利用电子式电流互感器进行一次侧电流的测量的目的，达到了提高电流测量的安全性的技术效果，进而解决了相关技术中采用传统的电磁式电流互感器测量一次侧电流存在安全隐患的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的电子式电流互感器的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的电子式电流互感器的等效电路图；

图3是根据本实用新型的非晶合金电子式电流传感器在10kV高压开关领域接线的示意图；

图4是根据本实用新型的非晶合金电子式电流传感器在10kV高压开关领域接线的可选的示意图；

图5是根据本实用新型的信号屏蔽电缆的示意图。

图6是根据本实用新型实施例的二次侧终端的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，下面对本实用新型实施例中出现的部分名词或术语进行详细说明。

发射性计算机断层扫描仪(emission computed tomography，简称ECT)：是一种利用放射性核素的检查方法。

一次电路：是直接与交流电网电源连接的电路

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种电子式电流互感器，图1是根据本实用新型实施例的电子式电流互感器的示意图，如图1所示，该电子式电流互感器 10包括：第一电路11，信号传输电缆12以及第二电路13；其中，第一电路11包括：铁芯，缠绕在铁芯外周上的线圈，与线圈连接的采样电阻；信号传输电缆12，与第一电路13的低压侧信号输出线连接，用于传输第一电路11的电压信号；第二电路13 包括：输入隔离子电路，信号分压子电路，放大子电路以及输出隔离子电路。由于电子式电流互感器绝缘结构简单可靠、体积小、质量小、线性度号且无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备对接等特点，在本实用新型实施例中，可以实现利用电子式电流互感器进行一次侧电流的测量的目的，达到了提高电流测量的安全性的技术效果，进而解决了相关技术中采用传统的电磁式电流互感器测量一次侧电流存在安全隐患的技术问题。

作为一种可选的实施例，铁芯包括：零序铁芯，第一相铁芯，第二相铁芯以及第三相铁芯，其中，零序铁芯的外周缠绕有零序线圈，第一相铁芯的外周缠绕有第一相线圈，第二相铁芯的外周缠绕有第二相线圈，第三相铁芯的外周缠绕有第三相线圈。

优选的，零序线圈与零序采样电阻连接，第一相线圈与第一采样电阻连接，第二相线圈与第二采样电阻连接，第三相线圈与第三采样电阻连接。

具体地，该电子式电流互感器还包括：环氧树脂，用于将第一相铁芯，第二相铁芯以及第三相铁芯进行密封，其中，环氧树脂包括穿心孔，第一相铁芯，第二相铁芯以及第三相铁芯分别穿过环氧树脂的穿心孔。

下面结合附图进行详细说明。图2是根据本实用新型实施例的电子式电流互感器的等效电路图，该电路图为一次侧和二次侧融合成套的电子式电流互感器，主要包括一次侧(即，第一电路11)、同轴屏蔽电缆信号电缆侧(即信号传输电缆12)以及二次侧(即，第二电路13)，下面进行详细说明。

首先，一次侧开关高压侧，目前传统的电磁式电流互感器基本上都采用硅钢片作为互感器铁芯材料。硅钢片作为铁芯，测量范围比较窄，用于小电流测量的电磁式电流互感器在大电流下容易饱和，二次输出波形畸变，而用于大电流测量的电磁式电流互感器在测量小电流时误差较大，容易出现误判、错判。与之相比，非晶合金电流传感器的特点：1)铁芯的工作磁感，缩小体积；2)磁导率高矫正顽力低，减小初级线圈的激磁电流；3)损耗低，可以降低器件的温升。同时二次输出信号为电压信号，不会产生二次开路高压，不存在人员及设备高压危险，精度高且范围宽，满足电力系统监测对精度和高可靠性两个方面的要求，因此，在本实用新型实施例中的铁芯材料选取为非晶合金。下面就非晶合金ECT的构造进行简述。

非晶合金电子式电流传感器一次侧包括零序铁芯31及绕在其上的零序线圈32和外接精密采样电阻(即，零序采样电阻33)，A相铁芯34(即，第一相铁芯)及绕在其上的A相线圈341(即，第一相线圈)和外接精密采样电阻(第一采样电阻)，即图 3中所示的A相采样电阻342，B相铁芯35(即，第二相铁芯)及绕在其上的B相线圈 351(即，第二相线圈)和外接精密采样电阻(第二采样电阻)，即图3中所示的B相采样电阻352，C相铁芯36(即，第三相铁芯)及绕在其上的C相线圈361(即，第三相线圈)和外接精密采样电阻(第三采样电阻)，即图3中所示的C相采样电阻362。需要说明的是，A相34铁芯、B相铁芯35以及C相铁芯36外部均包含将其密封浇注的环氧树脂。图3是根据本实用新型的非晶合金电子式电流传感器在10kV高压开关领域接线的示意图，具体，如图3所示。另外，如图3所示，各个采样电阻分别对应有电压信号37。

另外，图4是根据本实用新型的非晶合金电子式电流传感器在10kV高压开关领域接线的可选的示意图，如图4所示，环氧树脂41包含设置在其上的穿心孔A411，穿心孔B412、穿心孔C413，用于使用电力系统三相一次电流流过，包含映出对应二次电压信号的嵌件，以及环氧树脂安装固定的位置，非晶合金ECT的结构原理图如图4所示。ECT环氧树脂安装孔42具体如图4所示。其中，穿心孔A411、穿心孔B412以及穿心孔C413分别对应有A相电流穿孔414、B相电流穿孔415以及C相电流穿孔416。

另外，如图4所示，还包括：零序电流43、A相电流431、B相电流433以及C 相电流435。零序电流43与A相电流431、A相电流431与B相电流433、B相电流433 与C相电流435分别有二次电压44。

作为另一种可选的实施例，信号传输电缆包括：双绞线和转接头，其中，双绞线包括金属屏蔽层，转接头为金属材质。

具体地，金属屏蔽层包括：第一屏蔽层和第二屏蔽层，其中，第一屏蔽层设置在电缆内的多组导线中每组导线的外周，第二屏蔽层设置在电缆的外包绝缘保护层内侧。

下面结合附图进行详细说明。10kV电压传感器工作在开关设备恶劣的电磁环境汇总，这对传感器的电磁兼容性能(EMC)提出了很高的要求。在ECT内部，低压侧信号输出线正负信号之间组成双绞线，可减少相与相之间的串扰，提高传感器的抗干扰性能。传感器和测量保护设备之间的连接部分是整个系统中最敏感的部分，这主要是由传感器输出信号的低电压，低功率水平以及测量保护设备的高输入阻抗决定的。为了降低这种影响，采用了特殊的连接电缆，图5是根据本实用新型的信号屏蔽电缆的示意图，如图5中所示，该电缆采样有两层金属屏蔽层(如图5所示，铜丝屏蔽层51) 的双绞线和特制的金属转接头，屏蔽层和金属转接头连成一体并在互感器端和设备端同时接地，低压侧信号线和接地线组成双绞线，其中，导体52被包裹在包带53内，在导体52与包带53之间还设置有绝缘层54，在铜丝屏蔽层的外侧设置有外护套55。双层屏蔽能够更好的隔离外部的干扰，双绞线可以抵消感生电压的影响，如图5所示，总屏蔽和分屏蔽均采用软圆铜线编织，符合TICW/06-2009行业规定。屏蔽层接地的方法是使屏蔽层与航空插头(国网标准14芯航空插头)屏蔽外壳呈360度良好焊接，避免“辫接”。另外，由于传感器受到的干扰也与信号的传输距离有关，连接电缆的长度应该被限制在10米以内。

作为另外一种可选的实施例，信号分压子电路包括：信号第一次分压子电路和信号第二次分压子电路。

另外，放大子电路包括：差分放大子电路，线性隔离放大子电路，其中，差分放大子电路与信号分压子电路连接，信号分压子电路与线性隔离放大子电路。

优选的，第二电路还包括：输入回路供电子电路和输出回路供电子电路。

其中，线性隔离放大子电路包括：线性光耦放大器或隔离放大器。

下面对二次侧智能终端侧进行详细说明。二次侧转换器的前端信号处理电路是传感器和二次转换器之间的桥梁，通常完成如下功能：对输入信号进行线性衰减和转换，使进入二次转换器的电压信号转换为A/D转换器所能接受的-10v到+10v的电压信号；隔离输入信号与电子部分的直接联系，保护后续电路，切断或短路过载信号，使系统免受损害。从保护二次设备和保障信号质量的角度考虑，进入二次转换器中的模由于电子式互感器在模数转换和数据处理过程中引入了时间延迟，传统的相位差定义已不再适合，因此增加定义了相位误差代替传统互感器的相位差指标。由于数字量输出要求与同步时钟脉冲同步，相位误差是时钟脉冲与数字量传输值所对应的一次电流采样瞬时值之间的时间差(用额定频率的角度单位表示)。通常电流传感器的固有相位差相当小，接近于零。而电阻分压器的固有相位差则不能忽略，而且这个误差分散性很大，如果不加处理就无法保证样本能够反映一次电压信息的同步性。合并单元内部同步要考虑的是如何控制电压采样部分A/D转换器的采样脉冲，消除电阻分压器的固有相位差，达到同步合并单元内部多个传感器的目的。另外，如果电流和电压数据通道采用不同的抗混叠滤波器参数或不同的A/D转换器，都会带来不同的延时，这也是内部同步需要考虑的问题。

该电路由输入隔离电路；信号分压电路；高精度差分放大电路；信号第二次分压电路；线性隔离放大电路；差分放大电路；输出隔离电路；输入回路供电电路和输出回路供电电路组成。整个二次侧终端结构如图6所示，图6是根据本实用新型实施例的二次侧终端的结构图，如图6所示，输入信号分为A、B两路，由于输入信号带载能力弱，所以要求接口电路必须有很高的输入阻抗；输入隔离电路采用电压跟随器电路，能够提高超过1M欧姆的输入阻抗，将信号“取出”而不影响ECT本身的电气性能。

两路信号A和B经过简单的分压后输入到差分放大，变成1路信号；其数学表达式就是C(差分放大的输出信号)＝A-B；两路相电压只差就是线电压；此处的减法电路不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差；因此，当输入信号时两路相电压时，便可得到其对应的线电压信号UAB；如果输入信号本身是线电压或者零序电压，就意味着输入信号只有1路信号输入，此时只要将输入信号B接地即可，相当于减法电路中，B＝0；差分放大电路经过信号分压电路以后输入到隔离放大器，本方案中采用的线性光藕或隔离放大器AMC1200作为线性隔离放大器。线性光耦的工作原理是将输入电信号信号变成光信号，通过内部的发光原件和感光元件实现信号的传递，感光元件再将光信号变为电信号，此时的电信号就与输入回路的电信号没有电气耦合，因此实现了与输入与输出回路的电气隔离。线性光耦的输出信号经过输出隔离电路以后，将电信号送出，不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能；由于线性光耦要实现输入回路是输出回路的电气隔离，因此输入回路和输出回路不能有任何的电气耦合通路，供电电路必须采用彻底独立的两路供电电路。从降低成本的和简化电路设计的角度出发，整个设计的输出部分供电为单路DC供电，为了解决输出负电压的的问题，可将有用的模拟信号叠加在直流信号上，这样可以保证信号不失真，需要后续ADC采样的时候稍作处理，滤除直流分量即可。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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 (10)

1.一种电子式电流互感器，其特征在于，包括：第一电路，信号传输电缆以及第二电路；其中，

所述第一电路包括：铁芯，缠绕在所述铁芯外周上的线圈，与所述线圈连接的采样电阻；

所述信号传输电缆，与所述第一电路的低压侧信号输出线连接，用于传输所述第一电路的电压信号；

所述第二电路包括：输入隔离子电路，信号分压子电路，放大子电路以及输出隔离子电路。

2.根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述铁芯包括：零序铁芯，第一相铁芯，第二相铁芯以及第三相铁芯，其中，所述零序铁芯的外周缠绕有零序线圈，所述第一相铁芯的外周缠绕有第一相线圈，所述第二相铁芯的外周缠绕有第二相线圈，所述第三相铁芯的外周缠绕有第三相线圈。

3.根据权利要求2所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述零序线圈与零序采样电阻连接，所述第一相线圈与第一采样电阻连接，所述第二相线圈与第二采样电阻连接，所述第三相线圈与第三采样电阻连接。

4.根据权利要求2所述的电子式电流互感器，其特征在于，还包括：环氧树脂，用于将所述第一相铁芯，所述第二相铁芯以及所述第三相铁芯进行密封，其中，所述环氧树脂包括穿心孔，所述第一相铁芯，所述第二相铁芯以及所述第三相铁芯分别穿过所述环氧树脂的穿心孔。

5.根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述信号传输电缆包括：双绞线和转接头，其中，所述双绞线包括金属屏蔽层，所述转接头为金属材质。

6.根据权利要求5所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述金属屏蔽层包括：第一屏蔽层和第二屏蔽层，其中，所述第一屏蔽层设置在所述电缆内的多组导线中每组导线的外周，所述第二屏蔽层设置在所述电缆的外包绝缘保护层内侧。

7.根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述信号分压子电路包括：信号第一次分压子电路和信号第二次分压子电路。

8.根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述放大子电路包括：差分放大子电路，线性隔离放大子电路，其中，所述差分放大子电路与所述信号分压子电路连接，所述信号分压子电路与所述线性隔离放大子电路。

9.根据权利要求1所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述第二电路还包括：输入回路供电子电路和输出回路供电子电路。

10.根据权利要求8所述的电子式电流互感器，其特征在于，所述线性隔离放大子电路包括：线性光耦放大器或隔离放大器。