[發明專利]基于帶間隙鐵芯線圈的自校準諧波電流互感器

有效

• 申請號: 201310256716.3
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103630724A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 謝岳;祝順峰;唐福新;毛培民
• 申請（專利權）人: 浙江天際互感器有限公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;G01R35/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及電磁測量裝置，尤其涉及一種用于測量和保護兩用的基于帶間隙鐵芯線圈的自校準諧波電流互感器。

背景技術

電流互感器是一種電流傳感器，主要用于電網電能計量、電能質量分析及安全保護。國家標準GB?1208-2006《電流互感器》和GB/T20840.8-2007《互感器?第8部分電子式電流互感器》分別規定了電磁式電流互感器和電子式電流互感器的技術規范。國家標準GB/T14549-1993《電能質量?公用電網諧波》和國家標準GB/T19862-2005《電能質量監測設備通用要求》分別規定了公用電網諧波的允許值、檢測方法以及電流諧波監測設備的通用要求，這對電流互感器的諧波傳感準確度提出了明確的要求。

電流互感器主要分為測量用和保護用兩大類，測量用電流互感器的電流測量范圍通常為電流互感器額定電流的1%至120%，保護用電流互感器的電流檢測范圍一般為電流互感器額定電流的幾倍到幾十倍。電磁式電流互感器采用鐵芯線圈進行一次電流的傳感，其測量頻帶較窄，因此主要是在工頻正弦波條件下設計、誤差校準和使用。電子式電流互感器一般采用光學裝置、空心線圈或低功耗鐵芯線圈進行一次電流的傳感。空心線圈和低功耗鐵芯線圈結構簡單且易于實現，因此被廣泛采用。空心線圈不存在磁滯飽和的現象，因此測量頻帶很寬。但是空心線圈在工頻條件下輸出信號通常很小，并且很難保證線圈的幾何尺寸在長期運行過程中不發生變化，而線圈幾何尺寸的變化對空心線圈傳感器件的互感系數影響較大，導致準確度不高，所以空心線圈一般被用作準確度要求不高的保護用電流互感器傳感器件。低功耗鐵芯線圈的結構及傳感原理與傳統電磁式電流互感器采用的鐵芯線圈相同，不同之處在于要求的輸出功率不同。低功耗鐵芯線圈具有傳感準確度高、輸出信號大及性能穩定等特點，由于線圈繞制在高磁導率的軟磁材料鐵芯上，因此在同樣的準確度條件下，低功耗鐵芯線圈對線圈幾何尺寸穩定性的要求比空心線圈的低得多。但低功耗鐵芯線圈磁滯飽和及測量頻帶較窄的現象依然存在，因此通常在工頻條件下它被用作準確度要求較高的測量用電流互感器傳感器件。帶間隙鐵芯線圈是一種介乎于空心線圈和低功耗鐵芯線圈之間的電流互感器傳感器件，帶間隙鐵芯線圈的結構與低功耗鐵芯線圈的結構相同，不同之處在于鐵芯存在間隙，用非磁性材料填充的間隙可以視為氣隙。由于線圈同樣繞制在高磁導率的軟磁材料鐵芯上，因此帶間隙鐵芯線圈對線圈幾何尺寸穩定性的要求同樣比空心線圈的低得多。但是由于氣隙很小，氣隙長度的微小變化會對帶間隙鐵芯線圈的傳感準確度產生較大的影響，不適合做準確度要求較高的測量用電流互感器傳感器件。因此，一種能同時具有空心線圈測量頻帶寬且不易飽和、低功耗鐵芯線圈輸出信號大及其線圈幾何尺寸穩定性要求較低的優點，并能克服帶間隙鐵芯線圈氣隙長度變化的影響，且在同一傳感器件上實現測量和保護兩用的電流互感器是非常需要的。

公開日為2012年02月22日、公開號為CN102360892A的專利文獻公開了名稱為一種電流互感器的技術方案，它包含鐵心、絕緣、二次繞組和屏蔽繞組，鐵心上設置一個或數個氣隙，在鐵心上纏繞絕緣，外面纏繞二次繞組，在二次繞組上繞若干個成對屏蔽繞組，使主磁通在其中感應的電勢互相抵消，利用變壓器漏磁場在鐵心各個部分產生的磁通的差異所產生的電勢差形成環流，來減小互感器漏磁場的影響，使鐵心不容易飽和。該技術方案的不足之處在于，利用氣隙和屏蔽線圈僅僅能夠降低漏磁場的影響使鐵芯不宜飽和，但無法克服測量頻帶窄的問題，只能在工頻下使用。公開日為2004年04月14日、公開號為CN?2612041Y的專利文獻公開了名稱為一種空心線圈電流互感器的技術方案，它包括電流信號傳感頭和電流感應信號處理電路，電流信號傳感頭包括環形的非磁性支撐骨架和電磁導線繞成的信號感應線圈，信號感應線圈和支撐骨架構成感應體等。該技術方案的不足之處是，空芯線圈雖然繞制在骨架上，但在長期運行過程中由于環境溫度等因素影響其幾何尺寸的變化還會存在，會嚴重影響電流檢測準確性。

發明內容

本發明主要目的在于提供一種基于帶間隙鐵芯線圈的自校準諧波電流互感器，它能輸出與含有諧波的一次電流成線性比例關系的數字量和電壓模擬量，并實現測量和保護兩種用途。