一種寬量程電流互感器及氣隙長度計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電流互感器領(lǐng)域，尤其涉及一種通過改變鐵芯氣隙長度拓寬電流互感 器量程的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流互感器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配各環(huán)節(jié)的電能計量中，將一 次側(cè)的大電流轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的二次側(cè)小電流，其性能的優(yōu)劣極大地影響計量和測控的準(zhǔn)確 性。由于電網(wǎng)不同地點、不同時間段的電流大小懸殊、從幾安到幾萬安不等，為了便于測量、 保護和控制，電流互感器往往需要根據(jù)測量的一次電流范圍不同制定不同的變比，從而使 得二次電流在規(guī)定范圍之內(nèi)。
[0003] 若不考慮鐵芯飽和，一次側(cè)電流與二次側(cè)電流之比與一、二次繞組匝數(shù)成反比。因 此，傳統(tǒng)的電流互感器往往在二次繞組不同位置處設(shè)置多個抽頭，以便于針對不同測量對 象選用不同的變比。然而在實際中，受到鐵芯材料等因素的制約，固定鐵芯結(jié)構(gòu)的電流互感 器往往難以同時保證大電流變比和小電流變比時其量測工作點都處于鐵芯磁密的線性區(qū)， 從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，影響測量精度。研究分析可知，當(dāng)鐵芯磁密過小或接近飽和時， 電流互感器的工作點都可能進入鐵芯非線性特性區(qū)域，不僅使得二次電流波形發(fā)生畸變， 而且電流幅值也會受到影響，產(chǎn)生較大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和不足，提供了一種寬量程電流互感 器及氣隙長度計算方法，可通過調(diào)節(jié)氣隙長度保證一次電流最大時鐵芯磁通密度仍不超過 飽和值，鐵芯特性始終位于線性區(qū)域內(nèi)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種寬量程電流互感器，包括一次繞組、二次繞 組和鐵芯，所述鐵芯由固定鐵芯和活動鐵芯構(gòu)成，所述活動鐵芯從互感器上抽離形成氣隙。
[0006] 優(yōu)選地，所述活動鐵芯包括至少1塊活動鐵芯單元，所述活動鐵芯單元從互感器 上抽離形成氣隙。
[0007] 優(yōu)選地，所述活動鐵芯單元個數(shù)為電流互感器量程個數(shù)減1，其中電流互感器量程 個數(shù)至少為2。
[0008] -種寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一，根據(jù)鐵芯的周長LJ+算出氣隙長度g與固定鐵芯長度Lf和活動鐵芯長度 La關(guān)系：
[0010] Lt=Lf+La+g=JTD
[0011] 其中，D為鐵芯的直徑；
[0012] 步驟二，電流互感器一次電流量程為0~Ilniax，鐵芯材料在非飽和區(qū)域允許的最 大磁通密度為Bniax，且在0~Bniax范圍之內(nèi)，鐵芯的相對磁導(dǎo)率為yy則氣隙長度g為：
[0014] 其中，N1為一次側(cè)繞組匝數(shù)；ii。為空氣磁導(dǎo)率；《為電流角頻率；S為電流互感器 鐵芯截面積；Z2'為二次側(cè)繞組內(nèi)阻抗折算到一次側(cè)的值；為二次側(cè)負載阻抗折算到 一次側(cè)的值。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟二的計算過程具體為：
[0016] -次側(cè)電流范圍為0~Iljliax，則對應(yīng)二次側(cè)電流范圍為0~I2jliax，根據(jù)磁動勢守 恒得出下式：
[0018] 其中，N2為二次側(cè)繞組匝數(shù)；
[0019] 利用電流互感器等效電路求解可知：
[0023] 優(yōu)選地，所述計算方法還包括誤差計算過程。
[0024] 優(yōu)選地，誤差計算過程為，一次側(cè)電流量程為0~Iljliax，氣隙長度為g時，該狀態(tài)下 電流互感器的誤差S為：
[0026] 其中，《為任意時刻一次側(cè)實際電流值，其對應(yīng)的量程為0~Iljlax; 4為對應(yīng)的二 次側(cè)測量電流值。
[0027] 優(yōu)選地，所述活動鐵芯由包括至少1塊活動鐵芯單元，所述活動鐵芯單元從互感 器上抽離形成氣隙。
[0028] 優(yōu)選地，所述活動鐵芯單元個數(shù)為電流互感器量程個數(shù)減1，其中電流互感器量程 個數(shù)至少為2。
[0029] 本發(fā)明所達到的有益技術(shù)效果：本發(fā)明提出的一種寬量程的電流互感器，結(jié)構(gòu)簡 單，便于實現(xiàn)；本發(fā)明所提的電流互感器中在一次電流較大時，可通過調(diào)節(jié)氣隙長度使得鐵 芯的磁化曲線位于線性區(qū)域內(nèi)，有效解決了由于鐵芯飽和導(dǎo)致誤差增大的問題，減少了鐵 芯損耗；本發(fā)明所提的氣隙長度計算方法和電流互感器誤差計算公式清晰明了，計算和分 析較為方便。
【附圖說明】
[0030] 圖1本發(fā)明電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2本發(fā)明具體實施例無氣隙電流互感器和有氣隙電流互感器的二次電流、一次 電流曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0032] 為了能更好的了解本發(fā)明的技術(shù)特征、技術(shù)內(nèi)容及其達到的技術(shù)效果，現(xiàn)將本發(fā) 明的附圖結(jié)合實施例進行更詳細的說明。
[0033] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明專利進一步說明。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明提供一種寬量程電流互感器，包括一次繞組1、二次繞組2和鐵 芯，所述鐵芯由固定鐵芯3和活動鐵芯4構(gòu)成，活動鐵芯4的長度和個數(shù)可以根據(jù)實際需要 設(shè)置，因此，所述活動鐵芯4從互感器上抽離形成氣隙5的長度也是變化了，保證了一次電 流最大時鐵芯磁通密度仍不超過飽和值，鐵芯特性始終位于線性區(qū)域內(nèi)。優(yōu)選地，所述活動 鐵芯4包括至少1塊活動鐵芯單元40,這樣，當(dāng)抽離不同數(shù)量的活動鐵芯單元40即可獲得 不同的氣隙長度，結(jié)構(gòu)簡單，方便操作。
[0035] -種寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，包括以下步驟：
[0036] 步驟一，根據(jù)鐵芯的周長LJ+算出氣隙長度g與固定鐵芯長度Lf和活動鐵芯長度 La關(guān)系：
[0037] Lt=Lf+La+g=JiD
[0038] 其中，D為鐵芯的直徑；
[0039] 步驟二，電流互感器一次側(cè)電流量程為0~Ilniax，則對應(yīng)二次側(cè)電流范圍為0~ 12__，鐵芯材料在非飽和區(qū)域允許的最大磁通密度為Bniax，且在0~Bniax范圍之內(nèi)，相對磁導(dǎo) 率為根據(jù)磁動勢守恒得出下式：
[0041] 其中，N2為二次側(cè)繞組匝數(shù)。
[0042] 利用電流互感器等效電路求解可知：
[0044]其中，Zni為勵磁阻捐
將Zni的表達式帶入上式，則氣隙長度g 為：
[0046] 其中，N1為一次側(cè)繞組匝數(shù)；y。為空氣磁導(dǎo)率；《為電流角頻率；S為電流互感器 鐵芯截面積；Z2'為二次側(cè)繞組內(nèi)阻抗折算到一次側(cè)的值；為二次側(cè)負載阻抗折算到 一次側(cè)的值。
[0047] 當(dāng)一次側(cè)電流量程為0~Iljliax，氣隙長度為g時，該狀態(tài)下電流互感器的誤差亡 為：
[0049] 其中，I為任意時刻一次側(cè)實際電流值，其對應(yīng)的量程為0~Iljlax; &為對應(yīng)的二 次側(cè)測量電流值。
[0050] 優(yōu)選地，所述活動鐵芯4由包括至少1塊活動鐵芯單元，所述活動鐵芯單元從互感 器上抽離形成氣隙。
[0051] 優(yōu)選地，所述活動鐵芯單元個數(shù)與電流互感器量程個數(shù)的關(guān)系為：
[0052] j=i-1
[0053] 其中，i為互感器量程個數(shù)，j為活動鐵芯單元個數(shù)。
[0054] 具體實施例：
[0055] 為了驗證本發(fā)明提供的一種寬量程電流互感器及氣隙長度計算方法的效果，利用 有限元方法對一臺無氣隙鐵芯結(jié)構(gòu)電流互感器與本發(fā)明所提的含有一定氣隙鐵芯結(jié)構(gòu)電 流互感器進行建模和仿真，其中含有氣隙鐵芯結(jié)構(gòu)電流互感器通過抽離活動鐵芯單元獲得 的氣隙長度為5mm，對比結(jié)果如圖2所示，相比于無氣隙鐵芯電流互感器，利用本發(fā)明所提 出的含有一定氣隙的鐵芯結(jié)構(gòu)，可以使二次電流與一次電流之比的線性區(qū)域變得更寬，避 免了電流互感器在一次電流較大時鐵芯飽和所帶來的非線性特性。
[0056] 以上已以較佳實施例公布了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采取等同替換 或等效變換的方案所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種寬量程電流互感器，其特征在于：包括一次繞組、二次繞組和鐵芯，所述鐵芯由 固定鐵芯和活動鐵芯構(gòu)成，所述活動鐵芯從互感器上抽離形成氣隙。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬量程電流互感器，其特征在于：所述活動鐵芯包括至少1 塊活動鐵芯單元，所述活動鐵芯單元從互感器上抽離形成氣隙。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬量程電流互感器，其特征在于：所述活動鐵芯單元個數(shù)為 電流互感器量程個數(shù)減1，其中電流互感器量程個數(shù)至少為2。4. 一種寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一，根據(jù)鐵芯的周長1^計算出氣隙長度g與固定鐵芯長度Lf和活動鐵芯長度La* 系： Lt= L f+La+g = π D 其中，D為鐵芯的直徑； 步驟二，電流互感器一次電流量程為O~Iljliax，鐵芯材料在非飽和區(qū)域允許的最大磁 通密度為Bniax，且在O~Bniax范圍之內(nèi)，鐵芯的相對磁導(dǎo)率為μ y則氣隙長度g為：其中，N1為一次側(cè)繞組匝數(shù)；μ。為空氣磁導(dǎo)率；ω為電流角頻率；S為電流互感器鐵芯 截面積；Ζ2'為二次側(cè)繞組內(nèi)阻抗折算到一次側(cè)的值；為二次側(cè)負載阻抗折算到一次 偵_值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，其特征在于：所述步 驟二的計算過程具體為： 一次側(cè)電流范圍為〇~Iljliax，則對應(yīng)二次側(cè)電流范圍為〇~I2jliax，根據(jù)磁動勢守恒得 出下式：其中，N2為二次側(cè)繞組匝數(shù)； 利用電流互感器等效電路求解可知：其中，Zni為勵磁阻抗，纟Zni的表達式帶入上式得出：6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，其特征在于：所述計 算方法還包括誤差計算過程。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，其特征在于：誤差計 算過程為，一次側(cè)電流量程為O~Iljliax，氣隙長度為g時，該狀態(tài)下電流互感器的誤差i為：其中，I:為任意時刻一次側(cè)實際電流值，其對應(yīng)的量程為〇~Iljlax; i為對應(yīng)的二次側(cè) 測量電流值。8. 根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項所述的寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，其特征在 于：所述活動鐵芯由包括至少1塊活動鐵芯單元，所述活動鐵芯單元從互感器上抽離形成 氣隙。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的寬量程電流互感器氣隙長度計算方法，其特征在于：所述活 動鐵芯單元個數(shù)為電流互感器量程個數(shù)減1，其中電流互感器量程個數(shù)至少為2。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種寬量程電流互感器及氣隙長度計算方法，其中互感器結(jié)構(gòu)包括一次繞組、二次繞組和鐵芯，所述鐵芯由固定鐵芯和活動鐵芯構(gòu)成，所述活動鐵芯從互感器上抽離形成氣隙；結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)；在電流互感器一次電流較大時，可通過調(diào)節(jié)氣隙長度使得鐵芯的磁化曲線位于線性區(qū)域內(nèi)，有效解決了由于鐵芯飽和導(dǎo)致誤差增大的問題，減少了鐵芯損耗；本發(fā)明所提的氣隙長度計算方法和電流互感器誤差計算公式清晰明了，計算和分析較為方便。
【IPC分類】H01F27/24
【公開號】CN105161258
【申請?zhí)枴緾N201510624166
【發(fā)明人】李志新, 徐敏銳, 盧樹峰, 楊世海, 吳橋, 陳銘明, 趙雙雙, 陳剛
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月25日