CN219778684U - 一种宽量程双级电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽量程双级电流互感器，属于电流互感器技术领域，包括主铁芯、辅助铁芯、一次线圈、二次线圈和补偿线圈；主铁芯和辅助铁芯平行分布，补偿线圈缠绕在主铁芯上，一次线圈和二次线圈缠绕在主铁芯和辅助铁芯上，补偿线圈的非极性端和二次线圈的非极性端连接，补偿线圈设置在一次线圈和二次线圈的内层；本实用新型采用饱和磁密高的辅助铁芯作为双级电流互感器的第一级电流互感器的铁芯，一方面满足了电流互感器在较大一次电流下准确度的要求，另一方面起到了辅助作用，与补偿线圈一起构成第二级电流互感器，用来降低电流互感器的误差，因此在相同的误差精度下可缩小主铁芯的设计尺寸。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种宽量程双级电流互感器，属于电流互感器技术领域。
背景技术
随着工业生产和人民生活水平的大幅提高，我国的电力系统蓬勃发展，为国民经济增长提供了坚实的基础。同时，用电量的持续增长对电流互感器的准确度、可靠性以及适应性提出了更高的要求。
在实际情况下，用户用电负荷电流的变化范围非常大，然而受到铁芯材料等因素制约，传统的电流互感器无法同时满足大电流和小电流时的测量工作点处于铁芯线性工作区，导致二次输出远小于应该输出用于计量的电流值，造成电费计量不准确。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种宽量程双级电流互感器，解决现有技术重量程范围窄、计量不准确等问题。
为实现以上目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
本实用新型提供了一种宽量程双级电流互感器，包括主铁芯、辅助铁芯、一次线圈、二次线圈和补偿线圈；主铁芯和辅助铁芯平行分布，补偿线圈缠绕在主铁芯上，一次线圈和二次线圈缠绕在主铁芯和辅助铁芯上，补偿线圈的非极性端和二次线圈的非极性端连接，补偿线圈设置在一次线圈和二次线圈的内层。
进一步的，补偿线圈包括补偿线圈第一绕组和补偿线圈第二绕组，补偿线圈第一绕组的非极性端和补偿线圈第二绕组的极性端连接组成补偿线圈，补偿线圈第一绕组的极性端作为补偿线圈的极性端，补偿线圈第二绕组的非极性端作为补偿线圈的非极性端。
进一步的，补偿线圈的分布包括：
补偿线圈第一绕组和补偿线圈第二绕组均缠绕在主铁芯上；
或补偿线圈第一绕组缠绕在主铁芯上，补偿线圈第二绕组缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
进一步的，二次线圈与一次线圈的匝数比等于电流互感器的额定电流比，补偿线圈第一绕组和补偿线圈第二绕组的匝数之和等于二次线圈的匝数。
进一步的，补偿线圈第二绕组的匝数为0。
进一步的，所述辅助铁芯包括一个单独的铁芯或两个分散的铁芯。
进一步的，主铁芯和辅助铁芯相互内外嵌套，一次线圈和二次线圈同时缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
进一步的，主铁芯和辅助铁芯相互上下叠放，一次线圈和二次线圈同时缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
进一步的，还包括二次线圈内阻抗、补偿线圈内阻抗、外界负载阻抗，二次线圈串联二次线圈内阻抗和外界负载阻抗，补偿线圈串联补偿线圈内阻抗后并联在外界负载阻抗上。
进一步的，主铁芯选用坡莫合金的铁芯或纳米晶合金的铁芯，辅助铁芯选用钴基非晶铁芯或硅钢片铁芯。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：
本实用新型提供的一种宽量程双级电流互感器，采用饱和磁密高的辅助铁芯作为双级电流互感器的第一级电流互感器的铁芯，一方面满足了电流互感器在较大一次电流下准确度的要求，另一方面起到了辅助作用，与补偿线圈一起构成第二级电流互感器，用来降低电流互感器的误差，因此在相同的误差精度下可缩小主铁芯的设计尺寸；同时此结构制作的电流互感器，在不同极限温度下运行时由二次线圈的内阻抗变化引起的电流互感器误差变化可以忽略不计。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种宽量程双级电流互感器的工作原理图；
图2是本实用新型实施例提供的一种宽量程双级电流互感器的内外嵌套结构图；
图3是本实用新型实施例提供的一种宽量程双级电流互感器的上下叠加结构图；
图4是传统电流互感器的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
在实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本实用新型实施例提供的一种宽量程双级电流互感器，包括主铁芯T1、辅助铁芯T2、一次线圈N1、二次线圈N2、补偿线圈NB。
主铁芯选用初始导磁率高的纳米晶合金或坡莫合金材料。
辅助铁芯选用饱和磁密高的硅钢铁芯或非晶合金材料。
图1为本申请提供的一种宽量程双级电流互感器的工作原理图。其中T1为主铁芯，T2为辅助铁芯，N1为一次线圈，N2为二次线圈，NB1为补偿线圈第一绕组，NB2为补偿线圈第二绕组，NB1和NB2组成补偿线圈NB。Z为电流互感器负载阻抗，Z2为二次线圈内阻抗值，ZB为补偿线圈内阻抗值，I1为电流互感器一次电流，I2为电流互感器二次线圈中流过的电流，IB为电流互感器补偿线圈中流过的电流，I2N为电流互感器次级电流。
主铁芯T1和辅助铁芯T2平行分布，补偿线圈NB缠绕在主铁芯T1上，一次线圈N1和二次线圈N2缠绕在主铁芯T1和辅助铁芯T2上，补偿线圈NB的非极性端和二次线圈N2的非极性端连接，补偿线圈NB设置在一次线圈N1和二次线圈N2的内层。
补偿线圈NB包括补偿线圈第一绕组NB1和补偿线圈第二绕组NB2，补偿线圈第一绕组NB1的非极性端和补偿线圈第二绕组NB2的极性端连接组成补偿线圈NB，补偿线圈第一绕组NB1的极性端作为补偿线圈NB的极性端，补偿线圈第二绕组NB2的非极性端作为补偿线圈NB的非极性端。
补偿线圈NB和两个铁芯的缠绕关系包括：补偿线圈第一绕组NB1和补偿线圈第二绕组NB2均缠绕在主铁芯上；或补偿线圈第一绕组NB1缠绕在主铁芯上，补偿线圈第二绕组NB2缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
二次线圈N2与一次线圈N1的匝数比等于电流互感器的额定电流比，补偿线圈第一绕组NB1和补偿线圈第二绕组NB2的匝数之和等于二次线圈N2的匝数。补偿线圈第二绕组NB2的匝数可以为0。
宽量程双级电流互感器的第一级电流互感器由一次线圈N1、辅助铁芯T2、二次线圈N2组成，其中负载阻抗Z和二次线圈内阻抗值Z2组成第一级电流互感器的二次负载阻抗。其磁动势方程为其中I01为第一级电流互感器产生的励磁电流，因此第一级电流互感器产生的误差为/>
宽量程双级电流互感器的第二级电流互感器由一次线圈N1和二次线圈N2合成第二级的一次线圈、主铁芯T1、补偿线圈NB组成，其中补偿线圈NB由补偿线圈第一绕组NB1和补偿线圈第二绕组NB2组成，负载阻抗Z和补偿线圈内阻抗ZB组成第二级电流互感器的二次负载阻抗。其磁动势方程为 其中I02为第二级电流互感器产生的励磁电流，因此第二级电流互感器产生的误差为/>
对于整个电流互感器，其二次输出电流为其磁动势方程为因此整个电流互感器的误差为第一级电流互感器和第二级电流互感器的误差乘积的负值，/>
在实际运行条件下，对比图4提供的传统电流互感器，其误差与宽量程双级电流互感器的第二级电流互感器误差ε2相等，而宽量程双级电流互感器的误差为ε＝-ε1ε2，因为ε1的数量级基本在10-1～10-2，所以宽量程双级电流互感器的精度比原有的传统电流互感器提高1～2个数量级，具有更高的准确度。
在极限温度运行条件下，一般电流互感器的误差受二次线圈内阻抗变化的影响，导致电流互感器的误差与常温相比偏离严重。而宽量程双级电流互感器的误差主要由第二级电流互感器的误差决定，温度变化引起的二次线圈阻抗变化只影响第一级电流互感器的误差，对宽量程双级电流互感器的误差影响极小，因此温度变化对宽量程双级电流互感器的误差影响量要小很多。
对于图4提供的传统电流互感器的励磁电流基本由主铁芯T1提供，主铁芯需要提供的二次感应电势为误差受二次线圈阻抗Z2的温度影响导致电流互感器的误差变化量加大。而本申请的宽量程双级电流互感器的励磁电流在正常运行条件下，主铁芯需要提供的二次感应电势为/>由于/>所以/>而产生/>的感应电势由辅助铁芯承担。因此宽量程双级电流互感器在极限温度下引起二次线圈阻抗的变化对误差而言可忽略不计。
更进一步的，本申请的宽量程双级电流互感器的本来由主铁芯承担的二次感应电势通过调整补偿线圈第一绕组NB1和补偿线圈第二绕组NB2的匝数的合理分配，使得辅助铁芯可以承担绝大部分的二次感应电势，因此导致主铁芯所需承担的二次感应电势进一步减少，从而使宽量程双级电流互感器的第二级电流互感器铁芯中的励磁电流达到最小值，实现宽量程双级电流互感器的误差进一步减小，精度得到进一步提高。
图2是本申请提供的一种低压计量用宽量程电流互感器的内外嵌套结构图，补偿线圈第一绕组绕制在主铁芯上，补偿线圈第二绕组绕制在主铁芯和辅助铁芯上。将绕制完补偿线圈后的主铁芯放置在辅助铁芯内侧或外部，再叠在一起后绕制二次线圈。将补偿线圈和二次线圈的极性端相连接作为宽量程电流互感器的二次极性端；非极性端相连接作为宽量程电流互感器的二次非极性端。
图3是本申请提供的一种低压计量用宽量程电流互感器的上下叠加结构图，补偿线圈第一绕组绕制在主铁芯上，补偿线圈第二绕组绕制在主铁芯和辅助铁芯上。将绕制完补偿线圈后的主铁芯放置在辅助铁芯上端或下端，再叠在一起后绕制二次线圈。将补偿线圈和二次线圈的极性端相连接作为宽量程电流互感器的二次极性端；非极性端相连接作为宽量程电流互感器的二次非极性端。
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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，包括主铁芯、辅助铁芯、一次线圈、二次线圈和补偿线圈；主铁芯和辅助铁芯平行分布，补偿线圈缠绕在主铁芯上，一次线圈和二次线圈缠绕在主铁芯和辅助铁芯上，补偿线圈的非极性端和二次线圈的非极性端连接，补偿线圈设置在一次线圈和二次线圈的内层；
补偿线圈包括补偿线圈第一绕组和补偿线圈第二绕组，补偿线圈第一绕组的非极性端和补偿线圈第二绕组的极性端连接组成补偿线圈，补偿线圈第一绕组的极性端作为补偿线圈的极性端，补偿线圈第二绕组的非极性端作为补偿线圈的非极性端。
2.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，补偿线圈的分布包括：
补偿线圈第一绕组和补偿线圈第二绕组均缠绕在主铁芯上；
或补偿线圈第一绕组缠绕在主铁芯上，补偿线圈第二绕组缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
3.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，二次线圈与一次线圈的匝数比等于电流互感器的额定电流比，补偿线圈第一绕组和补偿线圈第二绕组的匝数之和等于二次线圈的匝数。
4.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，补偿线圈第二绕组的匝数为0。
5.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，所述辅助铁芯包括一个单独的铁芯或两个分散的铁芯。
6.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，主铁芯和辅助铁芯相互内外嵌套，一次线圈和二次线圈同时缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
7.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，主铁芯和辅助铁芯相互上下叠放，一次线圈和二次线圈同时缠绕在主铁芯和辅助铁芯上。
8.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，还包括二次线圈内阻抗、补偿线圈内阻抗、外界负载阻抗，二次线圈串联二次线圈内阻抗和外界负载阻抗，补偿线圈串联补偿线圈内阻抗后并联在外界负载阻抗上。
9.根据权利要求1所述的一种宽量程双级电流互感器，其特征在于，主铁芯选用坡莫合金的铁芯或纳米晶合金的铁芯，辅助铁芯选用钴基非晶铁芯或硅钢片铁芯。
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