專利名稱：一種電子式電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流互感器，尤其涉及一種用于電力系統(tǒng)中測量短路電流及非周期分量的有良好過渡過程響應(yīng)的電子式電流互感器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)線路的監(jiān)測中，一次電流互感器對系統(tǒng)電流的測量和對線路故障的判斷一直起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)一次電流互感器通常可將額定電流為600A或1200A的線路電流轉(zhuǎn)變?yōu)?A或IA的電流，再通過二次保護裝置中的二級電流互感器轉(zhuǎn)換成小電壓或小電流，然后再傳變至微機保護裝置。通常在發(fā)生短路故障時，線路會出現(xiàn)相對于而定電流20-30倍甚至更高的故障電流，并含有衰減的直流分量，而傳統(tǒng)一次電流互感器在如此大的故障電流下，鐵芯已經(jīng)幾乎進入了磁飽和的工作點，若再遇上較大的直流分量，便嚴重飽和，引起保護勿動，產(chǎn)生嚴重后果。隨著國家智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能變電站已經(jīng)開始走進國家電力系統(tǒng)，電子式電流互感器是智能電網(wǎng)的重要組成部分，相對于傳統(tǒng)的一次電流互感器，羅氏線圈作為檢測電流的一次傳感元件，具有無磁飽和、測量范圍廣等特點，可取代傳統(tǒng)一次電流互感器，但是在實際應(yīng)用中，外界的磁場與環(huán)境溫度對羅氏線圈均有著很大的干擾，存在著穩(wěn)定性差、精度差、頻帶窄以及與后端積分電路匹配不佳等難以解決的技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中電流互感器的鐵芯在遭遇大的故障電流或比較大的直流分量時易達到磁飽和、易畸變、穩(wěn)定性差、精度差、頻帶窄以及與后端積分電路匹配不佳等的上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、在遭遇70倍以內(nèi)額定電流的故障電流或最大直流分量時輸出波形不飽和不畸變、不易受外界磁場干擾、穩(wěn)定性好、精度高、頻帶寬、測量范圍大、無需后 端積分電路、且根據(jù)參數(shù)的優(yōu)化選取能真實反映最大非周期分量的衰減狀態(tài)和消除故障切除后次級拖尾現(xiàn)象的電子式電流互感器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種電子式電流互感器，包括鐵芯以及繞在鐵芯上的繞組；鐵芯的截面積為4.5-100cm2，繞組的匝數(shù)為1000-40000匝，且繞組導(dǎo)線的截面積為0.00007-5mm2 ;繞組的輸出后端并聯(lián)有第一電阻或二級電流互感器。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，所述電子式電流互感器包括鐵芯和繞組，其中繞組繞在鐵芯上，且在繞組的輸出后端還并聯(lián)有第一電阻或二級電流互感器，故所述電子式電流互感器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且相比羅氏線圈而言，因為所述電子式電流互感器中有鐵芯的存在，一方面使得其具有頻帶寬的優(yōu)點，使其在保護要求的23次諧波范圍內(nèi)完全能夠?qū)崿F(xiàn)精準的測量；另一方面還使得其線圈漏感大大降低，這樣就保證了所述電子式電流互感器不易受到外界磁場干擾，穩(wěn)定性好。另外，因為羅氏線圈工作在接近開路狀態(tài)，實際上是對一次電流的微分，這就導(dǎo)致必須在其后端增加積分電路以將其微分信號還原，才能真實反映一次電流的波形，而積分電路中的電容原件等極易受到環(huán)境溫度的影響而加大測量誤差，更為重要的是因為線圈直流電阻的存在，羅氏線圈并不是一個純粹的微分器件，積分電路很難與羅氏線圈通過很好的匹配來實現(xiàn)精準的測量，因此與現(xiàn)有技術(shù)中的羅氏線圈相比，本發(fā)明所述電子式電流互感器無需后端積分電路便可真實反映一次電流的波形，且還可以避免因為積分電路中的電容原件因為極易受到環(huán)境溫度影響而導(dǎo)致的測量誤差，進一步提高了所述電子式電流互感器的測量精度。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，所述電子式電流互感器一般是直接提供給電子電路，其二次負載比較小，且一般采用高導(dǎo)磁性材料作為鐵芯，截面積較小的鐵芯就能滿足測量精度的要求。所述電子式電流互感器還能將傳統(tǒng)互感器次級輸出的5A或IA電流降低為IA以下的小電流，這樣會使得所述電子式電流互感器的內(nèi)部功率消耗接近于零；而二次電流作為測量一次電流的信號，本發(fā)明所述技術(shù)方案通過在繞組的輸出端并聯(lián)第一電阻或二級電流互感器來將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，且其幅值正比于一次電流且相位差極小。因為所述電子式電流互感器中繞組的匝數(shù)達到1000-40000匝，使得其內(nèi)部功耗幾乎為零，這樣就保證了所述電子式電流互感器具有比較高的測量精度，且還顯著擴大了其測量范圍。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，在系統(tǒng)產(chǎn)生非周期分量的瞬間，且遇最大短路角時，第一個波的幅值可增大到穩(wěn)態(tài)短路電流的1.8倍，然后按1.47倍、1.29倍等依次衰減，直至穩(wěn)態(tài)，故電流互感器在傳變前幾個波時，鐵芯在磁場強度非常高的狀態(tài)下易導(dǎo)致飽和及勵磁電流過大，且剩磁的影響亦會加大鐵芯的飽和程度，因此在設(shè)計時要在有限的體積內(nèi)降低鐵芯在最大工作電流下的磁通，提高電流互感器的勵磁電感，選取或設(shè)計低剩磁的鐵芯，故在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，鐵芯的截面積為4.5-100cm2，繞組的匝數(shù)為1000-40000匝，這樣就能保證在有限的體積內(nèi)將最大工作電流下的磁通降到飽和區(qū)域以下，使得其在遭遇70倍以內(nèi)額定電流的故障電流或最大直流分量時輸出波形不易飽和，也不會發(fā)生畸變。另外，當一次電流傳變到次級時，由于磁通已經(jīng)接近飽和區(qū)域，勵磁電感較小，相當一部分非周期分量從勵磁支路流回，而使二次電流中的非周期分量大大削弱，從而影響次級輸出對于非周期分量的真實反映，同時因為勵磁電流的存在，使一次電流與二次電流存在一定的相角差，因此在保護動作后，一次電流已為零，而二次電流因相角差的存在而產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，故本發(fā)明所述技術(shù)方案中具有足夠大的截面積的鐵芯以及匝數(shù)足夠多的繞組能真實反映非周期分量 的衰減狀態(tài)，還能消除故障切除后次級波形拖尾的現(xiàn)象。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，繞組的匝數(shù)為2000-20000匝。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，第一電阻的阻值為0.01πιΩ-500Ω。在繞組的輸出后端并聯(lián)第一電阻可以將電流轉(zhuǎn)換為電壓形式輸出。另外，如若第一電阻阻值大于500 Ω，則會影響所述電子式電流互感器的反應(yīng)特性，比如說會使得所述電流互感器的直流分量反應(yīng)能力下降等。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，鐵芯在沿切割磁力線方向設(shè)有至少一個氣隙，且氣隙的長度或弧長為0-5cm。通常電流互感器在遇到直流分量時，直流的影響使得互感器鐵芯快速進入飽和區(qū)域，使得電流互感器因飽和或感抗下降而導(dǎo)致輸出波形畸變或跟隨差，故在鐵芯上開設(shè)適當數(shù)量的氣隙可使因直流導(dǎo)致的剩磁大幅快速降低，從而使得鐵芯的磁密度始終控制在非飽和狀態(tài)。由于氣隙的開設(shè)，鐵芯可在遭遇最嚴峻的直流分量下快速恢復(fù)剩磁的積累，尤其在故障時間比較長，或衰減時間常數(shù)較大的情況下，5cm以下的氣隙可使鐵芯積累的剩磁迅速恢復(fù)而控制鐵芯處在非飽和狀態(tài)，同時通過氣隙長度或弧長的控制，保證鐵芯有足夠大的磁導(dǎo)率來真實傳變一次電流的波形。當氣隙長度或弧長大于5cm時，將導(dǎo)致鐵芯因磁導(dǎo)率過低而再次加大勵磁電流的分流，也會影響一次故障電流的真實傳變能力。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，鐵芯由至少一付閉合磁芯組成。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，鐵芯由至少一付帶氣隙磁芯與一付閉合磁芯組成。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，二級電流互感器包括二級鐵芯、二級一次繞組和二級二次繞組；二級鐵芯的截面積為0.5-4.5cm2 ;二級一次繞組的匝數(shù)為1-1000匝，且其線圈截面積為0.00007-5mm2 ;二級二次繞組的匝數(shù)為2500-35000匝，且其線圈的直徑范圍為0.03-lmm。因為系統(tǒng)額定電流通常為600A或1200A,而發(fā)生故障時系統(tǒng)電流可達到額定電流的20-30倍，當繞組的輸出后端并聯(lián)的第一電阻阻值較大時，第一電阻將會因承受短時較大的功率而導(dǎo)致發(fā)熱甚至損壞，故可在繞組的輸出后端并聯(lián)一只二級電流互感器以代替第一電阻，將系統(tǒng)的一次電流轉(zhuǎn)換為小電壓以達到與二級繞組輸出后端并聯(lián)第一電阻同樣的效果。另外，與所述電子式電流互感器相同，為保證能夠真實反映相當于額定電流幾十倍的故障電流，二級電流互感器中的二級鐵芯也必須要有足夠大的截面積，二級二次繞組的匝數(shù)也要足夠多，這樣才能使得二級鐵芯工作在較低的區(qū)域；因為二級電流互感器的輸入電流已經(jīng)通過所述電子式電流互感器轉(zhuǎn)換為低于IA的小電流，故二級電流互感器中二級鐵芯的截面積要遠比鐵芯截面積小得多，通常選取0.5-4.5cm2即可，與此同時，二級一次繞組的匝數(shù)選取1-1000匝，二級二次繞組的匝數(shù)選取為2500-35000匝，這些都進一步保證了二級鐵芯能在較低的區(qū)域工作，也能保證較大的勵磁感抗以減小勵磁電流的分流，從而保證能夠真實傳變。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，二級二次繞組的輸出端并聯(lián)有第二電阻，且第二電阻的阻值為1-5000Ω。在二級二次繞組的輸出端并聯(lián)第二電阻可以將電流轉(zhuǎn)換為電壓形式輸出。另外，該第二電阻阻值為1-5000 Ω，如若第二電阻阻值大于5000 Ω，則會影響所述電子式電流互感器的反應(yīng)特性，比如說會使得所述電子式電流互感器的直流分量反應(yīng)能力下降等。 作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，二級鐵芯在沿切割磁力線方向設(shè)有氣隙。在二級鐵芯上開設(shè)氣隙可使因直流導(dǎo)致的剩磁大幅度快速降低，從而能將二級鐵芯的磁密度控制在非飽和狀態(tài)，以避免所述電子式電流互感器因飽和或感抗下降而導(dǎo)致的輸出波形畸變。另外，在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，凡未作特別說明的，均為本技術(shù)領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)。因此，本發(fā)明的有益效果是提供了一種電子式電流互感器，該電子式電流互感器結(jié)構(gòu)簡單，在遭遇70倍以內(nèi)額定電流的故障電流或最大直流分量時輸出波形不飽和不畸變，不易受外界磁場干擾，穩(wěn)定性好，精度高，頻帶寬，測量范圍大，無需后端積分電路，且根據(jù)參數(shù)的優(yōu)化選取能真實反映最大非周期分量的衰減狀態(tài)和消除故障切除后次級拖尾現(xiàn)象。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:圖1是本發(fā)明繞組的輸出后端并聯(lián)有第一電阻的電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明繞組的輸出后端并聯(lián)有二級電流互感器的電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是雙邊帶氣隙的鐵芯或二級鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是單邊帶氣隙的鐵芯或二級鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)將附圖中的標號說明如下:1為第一電阻，2為二級電流互感器，3為氣隙。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說 明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例一:如圖1所示，一種電子式電流互感器，包括鐵芯和繞組，而繞組繞在鐵芯上，其中，鐵芯的截面積為4.5-100cm2,優(yōu)選為30cm2 ;繞組的匝數(shù)為1000-40000匝，優(yōu)選為2000-20000匝，繞組導(dǎo)線的截面積為0.00007-5mm2 ;如圖3和圖4所示，鐵芯在沿切割磁力線方向設(shè)有至少一個氣隙3,該氣隙3的長度或弧長為0-5cm,且鐵芯由一付閉合磁芯組成。除此之外，繞組的輸出后端并聯(lián)有第一電阻1，該第一電阻I的阻值為0.01πιΩ-500Ω，優(yōu)選
IΩ。實施例二:如圖2所示，本實施例與實施例一基本相同，不同之處在于繞組的輸出后端并聯(lián)有二級電流互感器2，該二級電流互感器2包括二級鐵芯、二級一次繞組和二級二次繞組，其中，二級鐵芯的截面積為0.5-4.5cm2，如圖3和圖4所示，二級鐵芯在沿切割磁力線方向也設(shè)有氣隙3 ;二級一次繞組的匝數(shù)為1-1000匝，且其線圈截面積為0.00007-5mm2，二級二次繞組的匝數(shù)為2500-35000匝，且其線圈的直徑范圍為0.03_lmm。另外，在二級二次繞組的輸出端還并聯(lián)有第二電阻，該第二電阻的阻值為1-5000 Ω。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子式電流互感器，其特征在于，包括鐵芯以及繞在鐵芯上的繞組；所述鐵芯的截面積為4.5-100cm2,繞組的匝數(shù)為1000-40000匝，且繞組導(dǎo)線的截面積為0.00007-5mm2 ;所述繞組的輸出后端并聯(lián)有第一電阻(I)或二級電流互感器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述繞組的匝數(shù)為2000-20000 膽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述第一電阻(I)的阻值為0.01ι Ω-500Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述鐵芯在沿切割磁力線方向設(shè)有至少一個氣隙(3)，且所述氣隙(3)的長度或弧長為0-5cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述鐵芯由至少一付閉合磁芯組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述鐵芯由至少一付帶氣隙磁芯與一付閉合磁芯組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述二級電流互感器(2)包括二級鐵芯、二級一次繞組和二級二次繞組；所述二級鐵芯的截面積為0.5-4.5cm2 ;所述二級一次繞組的匝數(shù)為1-1000匝，且其線圈截面積為0.00007-5mm2 ;所述二級二次繞組的匝數(shù)為2500-35000匝，且其線圈的直徑范圍為0.03_lmm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子式電流互感器，其特征在于，所述二級二次繞組的輸出端并聯(lián)有第二電阻，且所述第二電阻的阻值為1-5000 Ω。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子`式電流互感器，其特征在于，所述二級鐵芯在沿切割磁力線方向設(shè)有氣隙(3)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子式電流互感器，包括鐵芯以及繞在鐵芯上的繞組；鐵芯的截面積為4.5-100cm2，繞組的匝數(shù)為1000-40000匝，且繞組導(dǎo)線的截面積為0.00007-5mm2；繞組的輸出后端并聯(lián)有第一電阻或二級電流互感器。本發(fā)明的有益效果是提供了一種電子式電流互感器，該電子式電流互感器結(jié)構(gòu)簡單，在遭遇70倍以內(nèi)額定電流的故障電流或最大直流分量時輸出波形不飽和不畸變，不易受外界磁場干擾，穩(wěn)定性好，精度高，頻帶寬，測量范圍大，無需后端積分電路，且根據(jù)參數(shù)的優(yōu)化選取能真實反映最大非周期分量的衰減狀態(tài)和消除故障切除后次級拖尾現(xiàn)象。
文檔編號H01F3/14GK103227045SQ201310170589
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者趙晶晶, 黃加強 申請人:南京江北自動化技術(shù)有限公司