抗直流測量用電流互感器及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及抗直流測量用電流互感器及制備方法，所述電流互感器由第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈級聯(lián)組成，所述第一級抗飽和線圈的初級繞組連接一次電流輸入端子，所述第一級抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組，所述第二級速飽和線圈的次級繞組連接二次電流輸出端子。本發(fā)明采用第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈級聯(lián)，其在直流含量較高時能正常工作，同時二次輸出電流滿足儀表保安電流的要求，可安裝在電網(wǎng)中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用。
【專利說明】
抗直流測量用電流互感器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電流互感器，尤其是指抗直流測量用電流互感器。
【背景技術(shù)】
[0002]測量用電流互感器將電力系統(tǒng)一次的大電流轉(zhuǎn)換成5A或IA的小電流，與電能表共同構(gòu)成電能計量裝置的電流測量回路，其性能好壞直接關(guān)系到電能計量的準(zhǔn)確度，影響電能貿(mào)易結(jié)算的公平性。
[0003]測量用電流互感器的比值差(f)和相位差(δ)是表征其性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，其在結(jié)構(gòu)上與電流互感器的鐵芯材料、鐵芯截面、繞組匝數(shù)和繞組線徑等因素有關(guān)，在使用上與電流互感器的工作電流大小、頻率、波形以及二次負(fù)荷有關(guān)。安裝在電力系統(tǒng)中的電流互感器具有確定的結(jié)構(gòu)，其誤差性能主要取決于運(yùn)行工況。在系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，電流互感器的一次電流一般為工頻正弦波，若電流互感器的變比和額定二次負(fù)荷選擇恰當(dāng)，其運(yùn)行誤差能夠達(dá)到期望的目標(biāo)。
[0004]然而在一些特殊情況下，電流互感器的一次電流中可能會含有直流或諧波分量，甚至是經(jīng)二極管整流后的正弦半波。這些非工頻成分，尤其是直流分量會對電流互感器的傳變特性造成較大影響，直流偏磁磁通和交流磁通相疊加，與直流偏磁方向一致的半周鐵心飽和程度增大，導(dǎo)致電流互感器鐵心磁導(dǎo)率下降，勵磁電流增加。此外，直流分量還會在電流互感器鐵芯中形成剩磁，進(jìn)一步增大電流互感器的誤差。
[0005]以一臺電網(wǎng)中常用的普通計量用低壓電流互感器為測試對象，其額定電流為500Α，準(zhǔn)確度等級0.2S級。經(jīng)測試表明該電流互感器在正弦半波下的比值差和相位差均隨著一次電流有效值的增加迅速增大，在額定電流時的比值差超過-80%，相位差超過70°，導(dǎo)致所述電流互感器完全不能正常使用。
[0006]為了克服上述問題，使電流互感器在含有較大直流分量的情況下仍能夠正常工作，必須提高電流互感器磁芯的抗飽和能力，因此通常對磁芯的材料進(jìn)行改進(jìn)，如中國專利發(fā)明CN102820127A公開了一種抗直流電流互感器磁芯及其形成的電流互感器制備方法，通過在磁芯上設(shè)置有一未貫穿整個磁芯截面的氣隙，使得磁芯可視為由帶氣隙的磁芯與不帶氣隙的磁芯疊加形成，利用不開氣隙的部分滿足常規(guī)條件下的精度要求，利用開有氣隙的部分滿足互感器在施加直流分量條件下的精度要求。上述抗直流電流互感器雖然可以作為電能表的電流取樣元件，在電能表內(nèi)部使用，達(dá)到抗直流影響的目的，但是作為獨(dú)立的測量用電流互感器安裝在電力系統(tǒng)中時，往往因為系統(tǒng)故障或開關(guān)操作會有很大的過電流流過一次繞組，從而使二次回路電流變大，導(dǎo)致所接的儀器儀表受到大電流的沖擊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所述抗直流電流互感器難以滿足二次儀器儀表的保護(hù)要求的問題，從而提供一種使電流互感器滿足二次儀表的保護(hù)要求的抗直流測量用電流互感器及制備方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種抗直流測量用電流互感器，所述電流互感器由第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈級聯(lián)組成，所述第一級抗飽和線圈的初級繞組連接一次電流輸入端子，所述第一級抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組，所述第二級速飽和線圈的次級繞組連接二次電流輸出端子。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一級抗飽和線圈的磁芯采用鐵基非晶鐵芯或氣隙鐵芯。
[0010]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一級抗飽和線圈的磁芯采用由超微晶鐵芯與鐵基非晶鐵芯或氣隙鐵芯組成的雙鐵芯結(jié)構(gòu)。
[0011]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一級抗飽和線圈的次級繞組和初級繞組的匝數(shù)比等于一次額定電流和二次額定電流比。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二級速飽和線圈的磁芯采用超微晶或者坡莫合金的鐵磁材料。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二級速飽和線圈的額定電流為IA或者5A，匝數(shù)比為1:1。
[0014]本發(fā)明的還提供了一種抗直流測量用電流互感器的制備方法，將第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈進(jìn)行級聯(lián)，其步驟如下:步驟S1:將第一級的抗飽和線圈的初級繞組作為一次電流的輸入端子;步驟S2:將所述第一級的抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組;步驟S3:將第二級速飽和線圈的次級繞組作為二次電流輸出端子。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟SI之前還設(shè)有步驟SO:根據(jù)抗直流電流互感器的準(zhǔn)確度要求設(shè)計抗飽和線圈的磁芯材料和結(jié)構(gòu)。
[0016]在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟SO中，采用漆包銅導(dǎo)線在所述第一級抗飽和線圈的磁芯上先繞制次級繞組，根據(jù)電流互感器的工作電壓等級選取適當(dāng)?shù)闹鹘^緣方式，然后繞制初級繞組，并對所述第一級抗飽和線圈的比例誤差進(jìn)行必要的匝數(shù)補(bǔ)償。
[0017]在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟SO中，當(dāng)一次電流較大時，所述初級繞組采用穿心的方式。
[0018]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明所述抗直流測量用電流互感器及制備方法，采用第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈級聯(lián)，其在直流含量較高時能正常工作，同時二次輸出電流滿足儀表保安電流的要求，可安裝在電網(wǎng)中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用，另外，采用常規(guī)互感器的鐵芯材料和制造工藝，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于維護(hù)，便于大范圍推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
圖1是本發(fā)明所述抗直流測量用電流互感器的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例一: 請參考圖1所示，本實施例提供一種抗直流測量用電流互感器，所述電流互感器由第一級抗飽和線圈10和第二級速飽和線圈20級聯(lián)組成，所述第一級抗飽和線圈10的初級繞組11連接一次電流輸入端子，所述第一級抗飽和線圈10的次級繞組12連接所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21，所述第二級速飽和線圈20的次級繞組22連接二次電流輸出端子。
[0021]上述是本發(fā)明所述的核心技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明所述抗直流測量用電流互感器，所述電流互感器由第一級抗飽和線圈10和第二級速飽和線圈20級聯(lián)組成，從而具有較強(qiáng)的抗直流能力，克服了傳統(tǒng)電流互感器易受直流分量影響，導(dǎo)致比值差和相位差急劇增大的缺點(diǎn)，在一次電流含直流分量時仍能夠作為計量用互感器使用，所述第一級抗飽和線圈10的初級繞組11連接一次電流輸入端子，由所述第一級抗飽和線圈10的初級繞組11抵抗一次電流中的直流分量，所述第一級抗飽和線圈的次級繞組12連接所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21，僅將交流分量按比例準(zhǔn)確的傳遞至所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21上，所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21在一次交流電流達(dá)到規(guī)定的保安電流限值時率先飽和，所述第二級速飽和線圈20的次級繞組22連接二次電流輸出端子，當(dāng)系統(tǒng)故障或開關(guān)操作產(chǎn)生很大的過電流流過一次繞組時，能夠有效保護(hù)二次回路所接的儀器儀表免受大電流的沖擊，使輸出的二次電流滿足儀表保安電流的要求，從而具有限制二次電流過大的能力，便于安裝在電網(wǎng)中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用。
[0022]本實施例中，根據(jù)抗直流電流互感器的準(zhǔn)確度要求，設(shè)計所述第一級抗飽和線圈10的磁芯材料和結(jié)構(gòu)；準(zhǔn)確度為3級或5級的電流互感器，所述第一級抗飽和線圈10的磁芯采用鐵基非晶鐵芯、氣隙鐵芯;準(zhǔn)確度I級一 0.2級的電流互感器，所述第一級抗飽和線圈的磁芯采用由超微晶鐵芯與鐵基非晶鐵芯或氣隙鐵芯組成的雙鐵芯結(jié)構(gòu)，從而能夠抵抗一次電流中直流分量的影響，使電流互感器滿足抗直流性能要求，有利于保證飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高，在一次電流中含有直流分量的情況下能夠正常工作。
[0023]另外，根據(jù)所述電流互感器的額定電流、額定電壓、額定變比、額定二次負(fù)荷、誤差限值等技術(shù)指標(biāo)要求，采用電流互感器的誤差計算公式，以及所選鐵芯材料的勵磁曲線，計算所述第一級抗飽和線圈10的鐵芯截面和尺寸。
[0024]所述第一級抗飽和線圈10在磁芯上先后繞制次級繞組12和初級繞組11，當(dāng)一次電流較大時，初級繞組11可采用穿心的方式，所述第一級抗飽和線圈10的次級繞組12沿鐵芯均勻繞制100匝。所述第一級抗飽和線圈10的次級繞組12和初級繞組11的匝數(shù)比等于一次額定電流和二次額定電流比。
[0025]所述第二級速飽和線圈20的磁芯采用超微晶或者坡莫合金的鐵磁材料。上述鐵磁材料作為磁芯時，不但初始磁導(dǎo)率高，而且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度小，在一次電流達(dá)到規(guī)定的保安電流限值時，第二級鐵心率先飽和，從而使輸出的二次電流滿足儀表保安電流的要求。
[0026]所述第二級速飽和線圈20的額定電流為IA或者5A，匝數(shù)比為1:1。以超微晶或坡莫合金材料作為第二級速飽和線圈20的鐵芯，選擇適當(dāng)?shù)慕孛娣e和安匝數(shù)，使所述第二級速飽和線圈20在額定輸出電流和額定負(fù)荷下的誤差滿足電流互感器的準(zhǔn)確度要求，而且當(dāng)輸入電流達(dá)到儀表保安電流時所述第二級速飽和線圈20的復(fù)合誤差不小于10%。
[0027]本實施例中，所述雙級抗直流電流互感器的主要技術(shù)要求為:工作電壓380V，額定一次電流為500A，額定二次電流為5A，額定二次負(fù)荷為5VA，交流下準(zhǔn)確度等級為0.2S級，正弦半波下準(zhǔn)確度等級為I級，儀表保安系數(shù)為5。
[0028]按照國家計量檢定規(guī)程JJG 1021-2007《電力互感器》的規(guī)定，測量所述雙級電流互感器在工頻交流下的誤差，測量結(jié)果表明所述互感器在交流下滿足0.2S級要求。在正弦半波條件下，以LEM ITZ型零磁通傳感器作為參考標(biāo)準(zhǔn)，采用基于精密數(shù)據(jù)采集技術(shù)的數(shù)字化互感器校驗儀作為誤差測量裝置，將參考標(biāo)準(zhǔn)信號和上述互感器的被測信號采樣后用離散傅里葉變換分解成基波和諧波信號，然后計算出基波信號的比值差(f)和相位差(δ)。測量結(jié)果表明所述互感器在正弦半波下滿足I級要求。在GB 20840.2規(guī)定的間接法測量所述雙級電流互感器的儀表保安電流，滿足儀表保安系數(shù)為5的要求。
[0029]實施例二:
本實施提供一種抗直流測量用電流互感器的制備方法，將第一級抗飽和線圈10和第二級速飽和線圈20進(jìn)行級聯(lián)，其步驟如下:步驟S1:將第一級的抗飽和線圈10的初級繞組11作為一次電流的輸入端子;步驟S2:將所述第一級的抗飽和線圈10的次級繞組12連接所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21;步驟S3:將第二級速飽和線圈20的次級繞組22作為二次電流輸出端子。
[0030]本實施所述抗直流測量用電流互感器的制備方法，所述步驟SI中，將第一級的抗飽和線圈10的初級繞組11作為一次電流的輸入端子，由所述第一級抗飽和線圈10的初級繞組11抵抗一次電流中的直流分量;所述步驟S2中，將所述第一級的抗飽和線圈10的次級繞組12連接所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21，僅將交流分量按比例準(zhǔn)確的傳遞至所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21上，所述第二級速飽和線圈20的初級繞組21在一次交流電流達(dá)到規(guī)定的保安電流限值時率先飽和;所述步驟S3中，將第二級速飽和線圈20的次級繞組22作為二次電流輸出端子，當(dāng)系統(tǒng)故障或開關(guān)操作產(chǎn)生很大的過電流流過一次繞組時，能夠有效保護(hù)二次回路所接的儀器儀表免受大電流的沖擊，使輸出的二次電流滿足儀表保安電流的要求，從而具有限制二次電流過大的能力，便于安裝在電網(wǎng)中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用。
[0031]本實施例中，所述步驟SI之前還設(shè)有步驟S0:根據(jù)抗直流電流互感器的準(zhǔn)確度要求設(shè)計抗飽和線圈的磁芯材料和結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)確度為3級或5級的電流互感器，所述第一級抗飽和線圈10的磁芯采用鐵基非晶鐵芯、氣隙鐵芯;準(zhǔn)確度I級一0.2級的電流互感器，所述第一級抗飽和線圈的磁芯采用由超微晶鐵芯與鐵基非晶鐵芯或氣隙鐵芯組成的雙鐵芯結(jié)構(gòu)，從而能夠抵抗一次電流中直流分量的影響，使電流互感器滿足抗直流性能要求，有利于保證飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高，在一次電流中含有直流分量的情況下能夠正常工作。
[0032]所述步驟SO中，采用適當(dāng)線徑的漆包銅導(dǎo)線在所述第一級抗飽和線圈10的磁芯上先繞制次級繞組12，根據(jù)電流互感器的工作電壓等級選取適當(dāng)?shù)闹鹘^緣方式，然后繞制初級繞組11，并對所述第一級抗飽和線圈10的比例誤差進(jìn)行必要的匝數(shù)補(bǔ)償。另外，當(dāng)一次電流較大時，所述初級繞組11采用穿心的方式。
[0033]本實施例中，對級聯(lián)后形成的雙級電流互感器的整體誤差進(jìn)行匝數(shù)補(bǔ)償，從而使制備的電流互感器可以在直流含量較高時正常工作。
[0034]綜上，本發(fā)明所述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明所述抗直流測量用電流互感器，所述電流互感器由第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈級聯(lián)組成，從而具有較強(qiáng)的抗直流能力，克服了傳統(tǒng)電流互感器易受直流分量影響，導(dǎo)致比值差和相位差急劇增大的缺點(diǎn)，在一次電流含直流分量時仍能夠作為計量用互感器使用，所述第一級抗飽和線圈的初級繞組連接一次電流輸入端子，由所述第一級抗飽和線圈的初級繞組抵抗一次電流中的直流分量，所述第一級抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組，僅將交流分量按比例準(zhǔn)確的傳遞至所述第二級速飽和線圈的初級繞組上，所述第二級速飽和線圈的初級繞組在一次交流電流達(dá)到規(guī)定的保安電流限值時率先飽和，所述第二級速飽和線圈的次級繞組連接二次電流輸出端子，當(dāng)系統(tǒng)故障或開關(guān)操作產(chǎn)生很大的過電流流過一次繞組時，能夠有效保護(hù)二次回路所接的儀器儀表免受大電流的沖擊，使輸出的二次電流滿足儀表保安電流的要求，從而具有限制二次電流過大的能力，便于安裝在電網(wǎng)中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用。
[0035]2.本發(fā)明所述抗直流測量用電流互感器的制備方法，所述步驟SI中，將第一級的抗飽和線圈的初級繞組作為一次電流的輸入端子，由所述第一級抗飽和線圈的初級繞組抵抗一次電流中的直流分量;所述步驟S2中，將所述第一級的抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組，僅將交流分量按比例準(zhǔn)確的傳遞至所述第二級速飽和線圈的初級繞組上，所述第二級速飽和線圈的初級繞組在一次交流電流達(dá)到規(guī)定的保安電流限值時率先飽和;所述步驟S3中，將第二級速飽和線圈的次級繞組作為二次電流輸出端子，當(dāng)系統(tǒng)故障或開關(guān)操作產(chǎn)生很大的過電流流過一次繞組時，能夠有效保護(hù)二次回路所接的儀器儀表免受大電流的沖擊，使輸出的二次電流滿足儀表保安電流的要求，從而具有限制二次電流過大的能力，便于安裝在電網(wǎng)中直流分量較高的線路中作為計量用電流互感器使用。
[0036]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種抗直流測量用電流互感器，其特征在于:所述電流互感器由第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈級聯(lián)組成，所述第一級抗飽和線圈的初級繞組連接一次電流輸入端子，所述第一級抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組，所述第二級速飽和線圈的次級繞組連接二次電流輸出端子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗直流測量用電流互感器，其特征在于:所述第一級抗飽和線圈的磁芯采用鐵基非晶鐵芯或氣隙鐵芯。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗直流測量用電流互感器，其特征在于:所述第一級抗飽和線圈的磁芯采用由超微晶鐵芯與鐵基非晶鐵芯或氣隙鐵芯組成的雙鐵芯結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的抗直流測量用電流互感器，其特征在于:所述第一級抗飽和線圈的次級繞組和初級繞組的匝數(shù)比等于一次額定電流和二次額定電流比。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗直流測量用電流互感器，其特征在于:所述第二級速飽和線圈的磁芯采用超微晶或者坡莫合金的鐵磁材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗直流測量用電流互感器，其特征在于:所述第二級速飽和線圈的額定電流為IA或者5A，匝數(shù)比為1:1。7.—種抗直流測量用電流互感器的制備方法，將第一級抗飽和線圈和第二級速飽和線圈進(jìn)行級聯(lián)，其步驟如下: 步驟S1:將第一級的抗飽和線圈的初級繞組作為一次電流的輸入端子； 步驟S2:將所述第一級的抗飽和線圈的次級繞組連接所述第二級速飽和線圈的初級繞組； 步驟S3:將第二級速飽和線圈的次級繞組作為二次電流輸出端子。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗直流測量用電流互感器的制備方法，其特征在于:所述步驟SI之前還設(shè)有步驟SO:根據(jù)抗直流電流互感器的準(zhǔn)確度要求設(shè)計抗飽和線圈的磁芯材料和結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗直流測量用電流互感器的制備方法，其特征在于:所述步驟SO中，采用漆包銅導(dǎo)線在所述第一級抗飽和線圈的磁芯上先繞制次級繞組，根據(jù)電流互感器的工作電壓等級選取適當(dāng)?shù)闹鹘^緣方式，然后繞制初級繞組，并對所述第一級抗飽和線圈的比例誤差進(jìn)行必要的匝數(shù)補(bǔ)償。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的抗直流測量用電流互感器的制備方法，其特征在于:所述步驟SO中，當(dāng)一次電流較大時，所述初級繞組采用穿心的方式。
【文檔編號】H01F38/30GK105957696SQ201610406052
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】杜蜀薇, 杜新鋼, 葛得輝, 彭楚寧, 雷民, 岳長喜, 項瓊, 周峰, 王歡, 章述漢, 朱凱, 王雪
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司