CN2872372Y - 一种小电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小电流传感器，其包括一第一屏蔽层、一作为外壳的第二屏蔽层、一铁芯、绕设在所述铁芯上的线圈、穿设在所述铁芯中的穿芯导线及放大电路，所述外壳上设置有接线端子，其特征在于：所述线圈包括一主线圈N2和一误差检测线圈N3，所述主线圈N2和误差检测线圈N3均绕设在所述铁芯上；所述放大电路包括一主电路和一误差补偿电路，所述主电路为电流放大电路，所述误差补偿电路为电压放大电路，所述误差补偿电路的输出端与所述主电路的反向输入端连接。本实用新型可以满足在小电流(＜50mA)时角差＜2′，比差＜0.5％的在线测量要求，且提高了抗干扰能力，适于在变电站高电磁干扰环境中使用。

Description

一种小电流传感器

技术领域

本实用新型涉及一种在电力系统中高压电气设备绝缘监测用的小电流传感器。

背景技术

电力系统高压电气设备监测系统中，需要实时对设备的介损、电容量，避雷器的泄漏电流等进行在线测量，需要一种电流测量范围在50mA以内，比差＜0.5％，角差＜2′的穿芯式高精度小电流传感器。由于电流小，采用单匝穿芯式，无源电流传感器、或无源带补偿的已经无法在整个测量范围内满足要求。在有源传感器中，存在有源放大型传感器和双铁芯零磁通传感器。有源放大型电流传感器在小电流时比无源电流传感器有所改进，但仍然达不到角差＜2′的要求，另外受铁芯的影响，其温度特性比较差，易受环境温度影响，导致检测结果不准确。双铁芯零磁通传感器能够达到要求，但结构复杂，需要两只铁芯，成本较高。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种符合精度要求的结构简单的高精度小电流传感器。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种小电流传感器，其包括一第一屏蔽层、一作为外壳的第二屏蔽层、一铁芯、绕设在所述铁芯上的线圈、穿设在所述铁芯中的穿芯导线及放大电路，所述外壳上设置有接线端子，其特征在于：所述线圈包括一主线圈N2和一误差检测线圈N3，所述主线圈N2和误差检测线圈N3均绕设在所述铁芯上；所述放大电路包括一主电路和一误差补偿电路，所述主电路为电流放大电路，所述误差补偿电路为电压放大电路，所述误差补偿电路的输出端与所述主电路的反向输入端连接。

所述主电路包括一运算放大器U1和一反馈电阻R，所述运算放大器U1的反向输入端与正向输入端连接在所述主线圈N2的两端，所述反馈电阻R连接在所述运算放大器U1的反向输入端与输出端之间，所述运算放大器U1的输出端连接所述接线端子；所述误差补偿电路包括一运算放大器U2和一反馈电阻Re，所述运算放大器U2的反向输入端与正向输入端连接在所述误差检测线圈N3的两端，所述运算放大器U2的输出端串连所述反馈电阻Re后连接所述运算放大器U1的反向输入端。

所述铁芯采用高磁导率合金材料制成。

所述高磁导率合金材料为坡镆合金。

所述高磁导率合金材料为非晶合金。

各所述屏蔽层的材料为高磁导率合金，厚度为1.5～2mm。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本实用新型采用在一个铁芯上绕设两个线圈的设计，使本实用新型简化了结构，并降低了成本。2、本实用新型由于在放大电路中增设了误差补偿电路，使本实用新型可以满足在小电流(＜50mA)时角差＜2′，比差＜0.5％的在线测量要求。3、本实用新型由于在放大电路中增设了误差补偿电路，弥补了小电流传感器因环境温度而影响测试精度的问题，使本实用新型具有良好的温度特性，能够在-40℃～65℃范围内正常使用。4、由于本实用新型采用双层磁屏蔽技术，使本实用新型提高了抗干扰能力，可满足变电站高电磁干扰环境使用的要求。

附图说明

图1是本实用新型的外观示意图

图2是本实用新型的结构示意图

图3是本实用新型的电路示意图

具体实施方式

下面根据本实用新型的实施例并配合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型采用单铁芯双绕组结构，其包括绕设在铁芯1上的主线圈N2和误差检测线圈N3二线圈绕组，一穿设在铁芯1中的穿芯导线4，铁芯1与二线圈N2、N3的外围设置有第一屏蔽层5与第二屏蔽层6，以及一放大电路7(如图3所示)。

如图2所示，铁芯1为传统结构，其为高磁导率的坡镆合金铁芯，在其中心穿设连接被测电路的穿芯导线4，主线圈N2和误差检测线圈N3依次绕设在铁芯1的外周。其中铁芯1还可采用其它高磁导率材料制成的铁芯，如非晶合金铁芯。

第一屏蔽层5环设在铁芯1的外周，其呈圆柱状与铁芯1及二线圈N2、N3同轴设置。第一屏蔽层5在铁芯1的轴向为不闭合的敞开式设计，将铁芯1和主线圈N2与误差检测线圈N3屏蔽起来，且第一屏蔽层5与铁芯1之间保留有1～2mm的间隙8，保证传感器能够正常测量。第一屏蔽层5采用高磁导率材料制作，如坡镆合金，厚度为1.5～2mm。

第二层屏蔽6呈四方体状，将第一屏蔽层5包覆于其中。第二层屏蔽6在垂直于铁芯1轴向方向的一侧壁上还设置有二导线孔9，供穿芯导线4进出。呈四方体状的第二屏蔽层6中，其中五面为活动面61，五活动面61组合连接在一起。另一面为固定面62，活动面61可活动的与固定面62连接在一起，使得活动面61和固定面62可以随时方便的拆卸和组装，这就使得第二屏蔽层6便于拆卸，方便了将里面的铁芯1、线圈N2、N3取出和放入以及穿芯导线4穿过铁芯孔。第二屏蔽层5的材料与第一屏蔽层4相同，同样为高磁导率的坡镆合金，厚度为1.5～2mm。第二层屏蔽6的外壳上设置有与其它设备连接的接线端子(图中未示)。

第二层屏蔽6将整只传感器屏蔽起来，屏蔽层遮住传感器穿芯孔以下2cm部分。第二层屏蔽6的设计便于拆卸，穿芯导线4也仍然可穿过传感器孔，且屏蔽层将穿芯导线4也屏蔽在一起，使传感器不但能够正常测量，而且工频磁场沿轴向的影响被大大削弱。

放大电路7设置在第一屏蔽层5内，其包括主电路71和误差补偿电路72。主电路71为一电流放大电路，其包括一运算放大器U1和一反馈电阻R，运算放大器U1的正向输入端与反向输入端连接在主线圈N2的两端，输出端则连接至第二层屏蔽6外壳上的接线端子上。反馈电阻R连接在运算放大器U1的反向输入端与输出端之间。主电路71采用有源方式电流/电压放大电路来放大信号，可将主线圈N2中的电流信号I2转换为成正比的电压信号放大。本实用新型中的运算放大器U1可以采用下列型号的运算放大器：OP07、AD8610，或者本领域任何公知的可实现同等功能的运算放大器。

误差补偿电路72为一电压放大电路，其包括一运算放大器U2和一反馈电阻Re，运算放大器U2的正向输入端与反向输入端连接在误差检测线圈N3的两端，运算放大器U2的输出端串连反馈电阻Re后连接在运算放大器U1的反向输入端。误差补偿电路72通过放大铁芯1中激磁磁通的感应电压，并将电压信号经过反馈电阻Re，转换为误差电流信号Ie补偿到主电路71中，修正主电路71的放大信号的相位(角度)误差和幅值误差。修正后的信号即可输出至电气监测系统的下一级设备。本实用新型中的运算放大器U2可以采用下列型号的运算放大器：OP07、AD8610，或者本领域任何公知的可实现同等功能的运算放大器。

对于一般无源或有源电流传感器，根据磁动势平衡公式：I₁W₁＝I₂W₂+I₀W₂

                   I₁：一次电流

                   W₁：一次绕组

                   I₂：二次电流

                   W₂：二次绕组

                   I₀：激磁电流

由于激磁电流I₀，使 $\frac{I1}{I2}\≠\frac{W2}{W1},$ 从而产生误差，对于单匝穿芯式电流传感器，影响尤其明显。

但是，激磁电流I₀在铁芯中产生的激磁磁通，能够在误差检测线圈N3中感应出与I₀成正比的电压。误差补偿电路72通过放大铁芯1中激磁磁通的感应电压，作为误差电流信号Ie将其补偿到主电路71中，修正放大信号的角度误差和幅值误差。

本实用新型采用厚1.5～2mm高磁导率的材料作屏蔽层，能够极大限度的削弱工频磁场的影响。而且本实用新型采用两层屏蔽结构，第一层能够克服径向穿过铁心和线圈的磁场的干扰，第二层能够克服轴相穿过铁心和线圈的磁场的干扰。这种两层屏蔽的结构，既能保证传感器穿芯的特点，又能克服外界磁场的干扰。以上结构保证本实用新型在施加100A/m的工频磁场时，角差变化不超过2′，比差变化不超过0.5％。

Claims (7)

1、一种小电流传感器，其包括一第一屏蔽层、一作为外壳的第二屏蔽层、一铁芯、绕设在所述铁芯上的线圈、穿设在所述铁芯中的穿芯导线及放大电路，所述外壳上设置有接线端子，其特征在于：

所述线圈包括一主线圈N2和一误差检测线圈N3，所述主线圈N2和误差检测线圈N3均绕设在所述铁芯上；

所述放大电路包括一主电路和一误差补偿电路，所述主电路为电流放大电路，所述误差补偿电路为电压放大电路，所述误差补偿电路的输出端与所述主电路的反向输入端连接。

2、如权利要求1所述的一种小电流传感器，其特征在于：所述主电路包括一运算放大器U1和一反馈电阻R，所述运算放大器U1的反向输入端与正向输入端连接在所述主线圈N2的两端，所述反馈电阻R连接在所述运算放大器U1的反向输入端与输出端之间，所述运算放大器U1的输出端连接所述接线端子；所述误差补偿电路包括一运算放大器U2和一反馈电阻Re，所述运算放大器U2的反向输入端与正向输入端连接在所述误差检测线圈N3的两端，所述运算放大器U2的输出端串连所述反馈电阻Re后连接所述运算放大器U1的反向输入端。

3、如权利要求1或2所述的一种小电流传感器，其特征在于：所述铁芯采用高磁导率合金材料制成。

4、如权利要求3所述的一种小电流传感器，其特征在于：所述高磁导率合金材料为坡镆合金。

5、如权利要求3所述的一种小电流传感器，其特征在于：所述高磁导率合金材料为非晶合金。

6、如权利要求1或2或4或5所述的一种小电流传感器，其特征在于：各所述屏蔽层的材料为高磁导率合金，厚度为1.5～2mm。

7、如权利要求3所述的一种小电流传感器，其特征在于：各所述屏蔽层的材料为高磁导率合金，厚度为1.5～2mm。

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