一种新型电流互感器的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及一种新型电流互感器，特别是带有抽头的跑道式零序电流互感器。背景技术：2.目前，公知的电流互感器特征如下：3.①一次线圈绕过铁芯1匝或多匝，二次线圈根据电流的变比绕制圈数，根据理论计算二次侧的电流其中i1为一次侧电流，w1为一次侧线圈匝数，w2为二次侧线圈匝数，i2为二次侧电流。由以上公式可以看出的数值，决定了一二次电流的变化倍数，就可以把很大的电流变成很小的电流便于测量，同时，一、二次之间也可以设计有绝缘结构，一次侧即使有很高的电压，二次侧也可以保持很低的电压，保证运行维护的安全。4.②由于电流互感器一次侧匝数较少，二次侧匝数较多(一般都要降低电流以便测量)，而一次侧电流线圈要串接在负载回路，一次电流只受负载控制，互感器的励磁电流就有可能很大，这就需要把二次侧线圈短路(中间只可以串接电流表等低阻抗负载)，让一次侧的电流一部分作为激磁电流产生激磁磁通，而大部分电流通过二次绕组流过。一但二次绕组开路，激磁电流过大，铁芯饱和，在二次侧会产生很高的电压，造成设备损坏，而且铁芯也有可能过饱和而永久损坏；5.③现有的一次回路中，一次电流变化范围很大，可能从50ma变化到50a，而电流互感器的变比却是恒定不变的，只能按最大电流选择(例如50a/1a)，一次侧通过50ma时二次侧输出电流只有1ma，这时由于不在铁芯的磁化曲线的线性区间，测量误差会很大(角差和比差)，严重时影响正常的保护判断；6.④为了解决电流变化范围过大的问题，二次侧线圈可以使用抽头，按一次侧电流的大小来改变二次侧线圈的匝数，但这会带来如下问题：7.a.运行使用时只能使用一个抽头，不能使用两个以上抽头同时读取数据，找最准确的数据读取，因为一但第二个及多个抽头接上负载，激磁电流就会被分流一部分，测量误差急剧增加，无法使用；8.b.运行使用时可以带电更换抽头，但需先把要用的抽头之间接好负载，而后再断开原来抽头之间接入的负载。这样操作不但不够安全，在有些场合无法实现，而且也会造成短时间内测量功能尚失，影响运行安全；9.⑤在测量零序电流时，一次导线如果不是等边三角形排列，而是“一”字排列，就需要互感器采用跑道式结构，以提高测量精度、减小体积。但这种结构就会带来如下问题：10.a.三相一次电流在时间上是对称的，但在空间上不对称程度很大，每一相电流在铁芯外产生的漏磁通不同，在铁芯内产生的主磁通也不同，三相磁通矢量合成后的主磁通也就不会为零，就会输出一个不平衡电流信号，而这个信号就会被误认为是零序电流信号；11.b.当三相负载电流增大或者三相电流不对称这也会增大不平衡输出电流；12.c.当发生接地故障时，会产生真正的零序电流，而不平衡电流混杂其中(幅值甚至比真正的零序电流信号还大，相位也是随机变化)，严重影响了依靠零序电流进行判断接地故障的装置的使用！后果极其严重。13.本技术实现要素：14.对于现有技术存在的上述缺陷和问题，本发明提供了一种提供多个抽头(多变比)，每个抽头可以同时带有测量回路负载，读取数据时只读取变比与一次电流最接近的抽头测得的数据，而且根据数字线路的需要，直接把电流信号转换成电压信号，方便a/d转换。同时，增加了屏蔽铁芯，让漏磁通尽量在屏蔽铁芯内通过，减小磁阻，让三相漏磁阻抗尽量相同，三相主磁通也尽量对称，减少不平衡电流输出。此外，在屏蔽层外侧绕有平衡绕组，抵消产生的不平衡输出电流。15.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：16.一种新型电流互感器，包括：在所述电流互感器主铁芯(9)上增加了一个分流绕组(10)，所述分流绕组(10)接有电阻负载(12)，所述分流绕组(10)和电阻负载(12)构成一个分流回路，所述电流互感器主铁芯(9)上还绕制有二次输出电压绕组(11)，所述二次输出电压绕组有多个抽头，各个抽头输出的电压可同时检测，并采用分辨率最高的抽头输出的电压信号作为标准依据。17.该一种新型电流互感器还包括：包覆在主铁芯、分流绕组、二次电压输出绕组外侧的屏蔽层(分为上、下、内、外共四部分，也可以加工成槽型外加一个盖板)，缠绕在屏蔽层之外的两段平衡绕组，且每组的头和尾分别并联相接。18.有益效果：19.①保证在很大的范围内都有很高的测量精度，尤其用作零序电流互感器，一次侧电流最大时有可能达到50a，但在高阻接地时，零序电流不足50ma。如果使用50/1a的变比，二次侧输出电流只有1ma，分辨率极低，含有的干扰信号也十分多，给故障判断带来了极大的困难。如果使用该新型电流互感器，可以设置成四个抽头：1a/10v、10a/10v、20a/10v、50a/10v，一次侧零序电流为50ma时，各个抽头输出的电压分别是：500mv、50mv、25mv、10mv，分辨率提高了50倍，这对于配电网最常发生的高阻接地故障的判断极为有利。20.②当一次侧电流出现50a电流时，1a/10v的输入回路会有保护元件保护，防止过压烧坏；21.③在原来电流互感器的基础上增加了一个分流绕组和负载(电阻)，二次绕组输出信号不再是电流信号，而是电压信号，各个抽头之间可以任意切换，不会造成开路而产生的过电压，并保证分别率最高；22.④当三相负载电流比较大，或三相电流不对称度较大(最严重时一相回路断线)，二次绕组就会输出很大的不平衡电流，而这个电流混杂在零序电流中，有可能比零序电流还要强，严重影响接地故障的判断。增加屏蔽层和平衡绕组后，极大地减小了不平衡输出值，避免了对正常零序电流信号的影响；23.⑤结构简单、造价低廉。24.说明书附图说明25.图1为该一种新型电流互感器没有接入电压负载回路时的单相等效电路图；26.图2为该一种新型电流互感器接入电压负载回路时的单相等效电路图；27.图3为该一种新型电流互感器用在零序电流互感器中的示意图；28.图4为该一种新型电流互感器正向视图；29.图5为该一种新型电流互感器a-a向剖视图；30.图6为该一种新型电流互感器去掉平衡绕组(6)、上屏蔽层(4)之后的轴向视图；31.图中：1-下屏蔽层(铁磁材料)；2-外屏蔽层(铁磁材料)；3-内屏蔽层(铁磁材料)；4-上屏蔽层(铁磁材料)；5-c相一次导体；6-平衡绕组；7-b相一次导体；8-a相一次导体；9-电流互感器主铁芯；10-分流绕组；11-二次电压输出绕组；12-分流绕组电阻负载；13-二次电压输出绕组公共抽头；14-二次电压输出绕组第一个抽头；15-二次电压输出绕组第二个抽头；16-二次电压输出绕组第三个抽头；17-二次电压输出绕组第四个抽头。具体实施方式32.该一种新型电流互感器包括：33.(1)下屏蔽层1-构成屏蔽漏磁通的一部分；34.(2)外屏蔽层2-构成屏蔽漏磁通的一部分；35.(3)内屏蔽层3-构成屏蔽漏磁通的一部分；36.(4)上屏蔽层4-构成屏蔽漏磁通的一部分；37.(5)c相一次导体5-一次回路导电用；38.(6)平衡绕组6-调节匝数平衡掉不平衡输出电压(电流)39.(7)b相一次导体7-一次回路导电用；40.(8)a相一次导体8-一次回路导电用；41.(9)电流互感器主铁芯9-聚集磁通检测零序电流信号、传递电磁能量用；42.(10)分流绕组10-接上负载后分流大部分一次电流，只有部分一次电流产生激磁磁通，以让电流互感器主铁芯(9)内的磁通保持在一定范围内；43.(11)二次电压输出绕组11-感应出输出电压(幅值与零序电流成正比且相位相同)检测零序电流用。44.(12)分流绕组(10)电阻负载12-调整分流电流用；45.(13)二次电压输出绕组(11)公共抽头13-输出信号的公共端；46.(14)二次电压输出绕组(11)第一个抽头14-输出信号用；47.(15)二次电压输出绕组(11)第二个抽头15-输出信号用；48.(16)二次电压输出绕组(11)第三个抽头16-输出信号用；49.(17)二次电压输出绕组(11)第四个抽头17-输出信号用。50.下面结合说明书附图1～说明书附图6及具体实施方式对本发明作进一步说明：51.1.一种新型电流互感器构结构要点：52.①在电流互感器主铁芯(9)上增加一个分流绕组(10)(见图6)，并接有电阻负载(12)；53.②分流绕组(10)及电阻负载(12)构成了一个分流回路，使电流互感器主铁芯(9)内产生一个变化范围有限的激磁磁通；54.③在电流互感器主铁芯(9)上绕制的二次电压输出绕组(11)，由于是电压输出，只要各个抽头负载侧输入阻抗足够大且相对恒定，输出电压绕组输出的电压就与一次侧电流成线性关系，且相位相同，可以直接测量出一次侧电流(既零序电流)；55.④由于电压输出绕组(11)可以有多个抽头(14、15、16、17)，各个抽头输出的电压可以同时检测，都是用分辨率最高的抽头来输量电压信号，保证分辨率始终最高，并且实时在线检测，这对电网安全十分必要。56.⑤在原来零序电流互感器的基础上包覆一层铁磁材料的屏蔽层，并在外侧绕上两段平衡绕组(绕向相反，每段头与头、尾与尾相接)，使每相产生的漏磁通尽量相同，三相主磁通尽量对称，如有不平衡输出再用调整平衡绕组匝数的办法进行不平衡调整，使不平衡输出达到最小。57.2.新型电流互感器工作原理：58.①在输出电压绕组(11)没有接入负载的情况下，电流互感器的等效电路图见说明书附图1。其中：r1-一次侧绕组的电阻；x1σ-一次绕组的泄漏感抗；rm-激磁回路的铁损等效电阻；xm-激磁回路的等效感抗；r2-分流绕组等效电阻；x2-分流绕组等效泄漏感抗；r0-分流绕组电阻负载(12)；i1-一次侧电流；ip-分流绕组负载电流；im-激磁电流。59.由于负载电阻r0较小，一次侧电流绝大部分被分流到ip，只有部分电流im作为激磁电流维持基本励磁磁通，也就维持了铁芯内磁通的基本稳定。60.当输出电压绕组(11)接入负载的情况下，电流互感器的等效电路图见说明书附图2。其中：r3-二次电压输出绕组第一个抽头的等效电阻；x3-二次电压输出绕组第一个抽头的等效泄漏感抗；r4-二次电压输出绕组第二个抽头的等效电阻；x4-二次电压输出绕组第二个抽头的等效泄漏感抗；r5-二次电压输出绕组第三个抽头的等效电阻；x5-二次电压输出绕组第三个抽头的等效泄漏感抗；r6-二次电压输出绕组第四个抽头的等效电阻；x6-二次电压输出绕组第四个抽头的等效泄漏感抗；i1-一次测电流；ip′‑分流绕组负载电流；im′‑激磁电流；il-负载电流；r1～r4-第一到第四个抽头分别接入的负载电阻；i1l～i4l-第一到第四个抽头分别输出的负载电流。61.参见说明书附图2，分流绕组(10)的负载电阻r0(12)一般选得比较小，一次电流i1绝大部分被分流绕组分流到ip′，而二次负载阻抗(一般都是阻性)r1～r4阻值都很大(一般达到r0值的一千倍以上)，这样二次负载电流il相对于激磁电流im′、分流绕组(10)负载电流ip′来说很小，所占的比例更小，这样，二次电压输出绕组(11)输出的电压就与二次线圈匝数成正比、与激磁磁通成正比，也就与一次零序电流成正比关系，尤其当r1～r4保持不变的情况下，输出电压与一次零序电流之间的比例关系误差以及角度误差就可以很小了，满足了对零序电流测量的要求。62.②由于主铁芯(9)结构为跑道式，一次导体(5)、(7)、(8)一字排列，每相电流在主铁芯(9)内、外产生的漏磁通、主磁通都不相同，在主铁芯(9)内产生的三相主磁通也不完全对称，三相主磁通的矢量和也就不为零，这就要输出一个假的零序电流信号，这称之为不平衡输出，尤其随着负载电流的增大，这种不平衡输出会越来越大，远远超过接地时产生的真正的零序电流，这就会对依靠零序电流判断接地方向和接地电阻的装置带来很大的影响。63.下面结合具体实施例(参见说明书附图3)，对本发明详细描述。64.在小电流接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地系统)中，发生单相接地故障会产生一个零序电流，但是由于高阻接地的情况占绝大多数，产生的零序电流都很小(几百毫安居多)，而用于测量零序电流的零序电流互感器的变比大多是20a～50a/1a，换算到二次侧电流只有几毫安，伴随着干扰分量二次设备很难辨别区分，对电网安全运行影响很大。如果直接选用小变比的电流互感器，当出现大的零序电流时，铁芯会饱和、发热甚至损坏，也对电网不利。65.采用带有分流绕组的电流互感器，二次绕组带有抽头直接输出电压(对应的变比可以是：1a/10v、10a/10v、20a/10v、50a/10v)，各个抽头输出的电压全部实时检测，用最合适的抽头输出的电压作为依据，既不会出现铁芯饱和也不会出现分辨率过低的情况，一举两得。66.随着负载电流的增大，不平衡输出电压(电流)也会越来越大，远远超过接地时产生的真正的零序电流，这就会对依靠零序电流判断接地方向和接地电阻的装置的正常工作带来很大影响。由于本专利电流互感器外包覆了一层铁磁屏蔽层，每一相电流产生的漏磁通绝大部分都进入到屏蔽层内，由于该磁路磁阻小，各相的漏抗也就接近，各相的主磁通也大小接近，三相矢量和也就接近为零。即使有很小的不平衡输出电流也可用平衡绕组反向平衡掉。这样就保证了：在正常运行时不平衡输出电流(以电压形式)很小，但有接地故障时，输出的却是真正的零序电流！利于接地判断和选向。67.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。









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