[發明專利]一種環形電流互感器及其測量電流的方法

有效

• 申請號: 202011406799.6
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112362941B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 余佶成;岳長喜;周峰;雷民;李鶴;李登云;梁思遠;朱凱;熊魁;胡浩亮;李小飛;黃俊昌
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;G01R15/20;G01R35/02;G01R35/00;G01R19/32;G01R19/25
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 夏德政

1.一種環形電流互感器，其特征在于，所述電流互感器包括：

環形外殼，其為中空結構，用于承載空心線包,所述環形外殼包括外徑部分和內徑部分，以及嵌設在所述外徑部分和內徑部分之間的環形骨架，其中，環形骨架用于安裝隧道磁電阻芯片，并繞設補償繞組,所述偶數塊隧道磁電阻芯片距離環形外殼的圓心距離相同，且相鄰芯片的間距相同，所述偶數塊隧道磁電阻芯片的電源端與接地端分別級聯而形成并聯芯片組，用于輸出所述待測載流導體產生的磁場的平均值，所述補償繞組在相鄰隧道磁電阻芯片間的繞線匝數相同且均勻，并跨過每個隧道磁電阻芯片繞設在環形骨架上；

空心線包，其包括偶數塊并聯輸出的隧道磁電阻芯片和補償繞組，用于當待測載流導體通過環形外殼中心并對補償繞組施加補償電流時，使所述隧道磁電阻芯片位置處于零磁通環境，其中，所述待測載流導體和補償繞組分別為環形電流互感器的一次繞組和二次繞組；

誤差補償單元，其與空心線包內的隧道磁電阻芯片和補償繞組連接，用于對所述空心線包工作時的誤差進行補償后向補償繞組施加補償電流，并對補償電流信號進行調理后輸出反映待測載流導體中通過的電流大小的電壓信號。

2.根據權利要求1所述的電流互感器，其特征在于，所述環形外殼外徑部分內壁上含有金屬屏蔽層，用于屏蔽所述待測電流鄰相的電流磁場。

3.根據權利要求1所述的電流互感器，其特征在于，所述誤差補償單元包括：

放大電路，其與空心線包中的隧道磁電阻芯片和補償繞組連接，生成第一補償電流信號以補償所述空心線包工作時在隧道磁電阻芯片處產生的磁性誤差，并將第一補償電流信號對應的第一補償電流施加于補償繞組，用于自動補償所述空心線包工作時在隧道磁電阻芯片處產生的磁性誤差；

信號調理電路，其用于對第一補償電流信號進行采樣，并對所述第一補償電流信號進行處理后輸出反映待測截流導體上通過的電流大小的電壓信號；

電源，其用于為誤差補償單元的其他部分提供電能。

4.根據權利要求3所述的電流互感器，其特征在于，所述誤差補償單元還包括溫度補償電路和老化修正電路中的至少一個，其中：

溫度補償電路，其用于生成針對溫漂的第二補償電流信號，以抵消隧道磁電阻芯片的溫漂誤差，其中，所述第二補償電流信號量對應的第二補償電流施加于補償繞組，所述第二補償電流信號輸出至信號調理電路；

老化修正電路，其用于生成針對電路老化的第三補償電流信號，以抵消電路老化狀態下產生的電路工作誤差，其中，所述第三補償電流信號對應的第三補償電流施加于補償繞組，所述第三補償電流信號輸出至信號調理電路。

5.根據權利要求4所述的電流互感器，其特征在于，所述溫度補償電路是基于溫敏電阻的溫漂誤差補償器，利用溫敏電阻在工作溫度下的阻值變化，產生所述隧道磁電阻芯片工作時針對溫漂的第二補償電流信號。

6.根據權利要求3所述的電流互感器，其特征在于，所述老化修正電路是基于基準電阻的器件老化誤差補償器，利用基準電阻和老化電阻的分壓差異，生成針對電路老化的第三補償電流信號。

7.根據權利要求3所述的電流互感器，其特征在于，所述信號調理電路包括用于對補償電流信號進行采樣的32位采樣ADC和基于滑動濾波算法的軟件濾波器去噪，其輸出信號為0至4V的電壓信號。

8.一種利用權利要求1至7中任意一種電流互感器測量電流的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述待測載流導體穿過環形外殼中心，待測電流產生方向為纏繞所述導體軸線的磁場；

所述空心線包中的偶數塊隧道磁電阻芯片測量所述待測電流產生磁場的平均值，并輸出至誤差補償單元；

誤差補償單元根據隧道磁電阻芯片輸出的所述待測電流磁場平均值對補償繞組施加補償電流，使所述補償電流在補償繞組中產生與待測電流磁場方向相反的磁場；

當所述補償繞組中的電流產生的磁場與待測電流產生的磁場使隧道磁電阻芯片處于零磁通時，誤差補償單元對補償電流進行采集并處理，輸出反映待測載流導體電流大小的電壓信號。