[發明專利]一種用于直流系統短路電流檢測的柔性羅氏線圈及其設計方法

有效

• 申請號: 201110273144.0
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102436897A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 宋政湘;王妍;翟小社;袁鐸寧;趙喜軍;王金龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01F5/02
• 分類號: H01F5/02;G01R15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于電子式電流互感器，具體涉及一種用于直流系統短路電流測量的羅氏線圈及其設計方法，。

背景技術

為了在直流電力系統發生短路故障時能夠快速的檢測到故障，同時為了更方便的與數字式智能單元相連接以實現數字化測量與保護，基于電磁感應原理的羅氏線圈被廣泛應用。

與其他的暫態電流檢測方法相比較，空心式羅氏線圈所采用的骨架為非鐵磁性絕緣材料，由于其不含鐵心，理論上不存在磁飽和問題，幾乎不受被測電流大小的限制，非常適合于對大電流的測量。

在針對暫態大電流的測量中，以往的基于羅氏線圈的測量，一方面工藝上的性能仍有待改進，以往的空心式羅氏線圈，由于繞線所采用漆包線較細，當羅氏線圈受到外力作用時，漆包線容易被拉斷，造成羅氏線圈產品的故障；另一方面，缺少一種流程化的設計方法做為指導，以更好的與數字化智能單元相連接以實現數字化測量與保護。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠將高幅值暫態電流信號轉換成可與后級數字化智能單元相連接的高精度的用于直流系統短路電流檢測的柔性羅氏線圈及其設計方法。

為達到上述目的，本發明的柔性羅氏線圈包括均勻繞制在帶有開口的圓環形柔性骨架上的線圈及回線，在線圈及回線外套裝有外層絕緣套管，圓環形柔性骨架的開口上安裝有與線圈及回線相連接的插入式接口，線圈出線經插入式接口的孔引出后與取樣電阻模塊相連，取樣電阻模塊引出信號與后級積分電路相連接。

所述的取樣電阻模塊包括經插入式接口與線圈出線相連接的取樣電阻，所述取樣電阻的兩端同時與保護外殼上的BNC插座相連接。

所述的柔性骨架由柔性絕緣材料構成，且該柔性骨架的幾何中間部分開設有使回線通過的通孔。

所述的線圈及回線自柔性骨架的一端穿入柔性骨架的通孔，由另一端引出后以單層方式均勻的繞制在柔性骨架上，且在穿過柔性骨架通孔的回線上套裝有起緊固和保護作用的聚四氟乙烯絕緣材料。

所述的插入式接口的兩端為凹型，插入式接口中間設有螺紋凹槽與取樣電阻模塊螺紋連接。

本發明的設計方法如下：

1)先根據對直流系統呈指數變化的短路電流的頻譜分析，確定羅氏線圈的頻率下限，根據所得的頻率下限確定外積分電路的時間常數；

2)然后根據載流母線的尺寸，在保證絕緣條件滿足的條件下確定羅氏線圈柔性骨架的尺寸并根據被測電流峰值和外積分電路的時間常數確定羅氏線圈的互感；

3)首先判斷單層線圈及回線是否滿足羅氏線圈互感大小的要求，如果不能滿足，則改變柔性骨架截面直徑使單層線圈及回線滿足互感大小的要求；

4)如果滿足羅氏線圈互感的要求則制作羅氏線圈并進行參數的測量，根據最佳匹配確定外接電阻的大小。

本發明所涉及的柔性空心式羅氏線圈，對羅氏線圈的結構工藝進行改進，在保證測量精度的前提下，提高了羅氏線圈的機械壽命。同時，提出了一種通用的設計方法，用于直流電力系統短路條件下電流的檢測。

本發明所提出的用于直流系統短路電流檢測的柔性羅氏線圈，骨架材料應選取溫度特性較好的材料，采用硅橡膠作為羅氏線圈的骨架材料。硅橡膠具有耐高溫、耐高壓、防水、防腐等性能，可以工作在-60℃～+180℃，具有良好的柔韌性，是柔性羅氏線圈骨架的理想材料。

以往關于柔性羅氏線圈的回線，多是利用電纜本身芯線作為羅氏線圈回線，安裝雖然簡單，但是需要將芯線和漆包線進行焊接，這種工藝所帶來的缺點就是將會增大線圈本身的自分布電容，降低線圈本身的頻帶寬度，影響測量精度。本發明所采用的羅氏線圈回線繞線工藝，回線和線圈繞線本身由一條線構成，具體是將硅橡膠電纜內芯抽掉，電纜內部套入聚四氟乙烯材料，作為漆包線的保護套管。所述的聚四氟乙烯絕緣材料套在漆包線的外層起緊固和防止斷裂的保護作用，這種工藝制作的線圈結構緊湊，牢固性好，同時能保證很高的測量精度，適合工業生產使用。

所述的羅氏線圈繞線采用均勻密繞方式，這種繞線方式可以保證很好的抗干擾性能以及極大程度減小了繞線不均勻所帶來的測量誤差，同時密繞方式可以增大線圈的互感，提高了測量的信噪比。

附圖說明

圖1是羅氏線圈傳感頭的結構示意圖；

圖2是羅氏線圈傳感頭取樣電阻模塊的結構示意圖；

圖3是羅氏線圈外積分電路的結構圖；

圖4是外積分型羅氏線圈的設計流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖做進一步詳細說明。