[发明专利]基于带间隙铁芯线圈的自校准谐波电流互感器

说明书

技术领域

本发明涉及电磁测量装置，尤其涉及一种用于测量和保护两用的基于带间隙铁芯线圈的自校准谐波电流互感器。

背景技术

电流互感器是一种电流传感器，主要用于电网电能计量、电能质量分析及安全保护。国家标准GB 1208-2006《电流互感器》和GB/T20840.8-2007《互感器 第8部分电子式电流互感器》分别规定了电磁式电流互感器和电子式电流互感器的技术规范。国家标准GB/T14549-1993《电能质量 公用电网谐波》和国家标准GB/T19862-2005《电能质量监测设备通用要求》分别规定了公用电网谐波的允许值、检测方法以及电流谐波监测设备的通用要求，这对电流互感器的谐波传感准确度提出了明确的要求。

电流互感器主要分为测量用和保护用两大类，测量用电流互感器的电流测量范围通常为电流互感器额定电流的1%至120%，保护用电流互感器的电流检测范围一般为电流互感器额定电流的几倍到几十倍。电磁式电流互感器采用铁芯线圈进行一次电流的传感，其测量频带较窄，因此主要是在工频正弦波条件下设计、误差校准和使用。电子式电流互感器一般采用光学装置、空心线圈或低功耗铁芯线圈进行一次电流的传感。空心线圈和低功耗铁芯线圈结构简单且易于实现，因此被广泛采用。空心线圈不存在磁滞饱和的现象，因此测量频带很宽。但是空心线圈在工频条件下输出信号通常很小，并且很难保证线圈的几何尺寸在长期运行过程中不发生变化，而线圈几何尺寸的变化对空心线圈传感器件的互感系数影响较大，导致准确度不高，所以空心线圈一般被用作准确度要求不高的保护用电流互感器传感器件。低功耗铁芯线圈的结构及传感原理与传统电磁式电流互感器采用的铁芯线圈相同，不同之处在于要求的输出功率不同。低功耗铁芯线圈具有传感准确度高、输出信号大及性能稳定等特点，由于线圈绕制在高磁导率的软磁材料铁芯上，因此在同样的准确度条件下，低功耗铁芯线圈对线圈几何尺寸稳定性的要求比空心线圈的低得多。但低功耗铁芯线圈磁滞饱和及测量频带较窄的现象依然存在，因此通常在工频条件下它被用作准确度要求较高的测量用电流互感器传感器件。带间隙铁芯线圈是一种介乎于空心线圈和低功耗铁芯线圈之间的电流互感器传感器件，带间隙铁芯线圈的结构与低功耗铁芯线圈的结构相同，不同之处在于铁芯存在间隙，用非磁性材料填充的间隙可以视为气隙。由于线圈同样绕制在高磁导率的软磁材料铁芯上，因此带间隙铁芯线圈对线圈几何尺寸稳定性的要求同样比空心线圈的低得多。但是由于气隙很小，气隙长度的微小变化会对带间隙铁芯线圈的传感准确度产生较大的影响，不适合做准确度要求较高的测量用电流互感器传感器件。因此，一种能同时具有空心线圈测量频带宽且不易饱和、低功耗铁芯线圈输出信号大及其线圈几何尺寸稳定性要求较低的优点，并能克服带间隙铁芯线圈气隙长度变化的影响，且在同一传感器件上实现测量和保护两用的电流互感器是非常需要的。

公开日为2012年02月22日、公开号为CN102360892A的专利文献公开了名称为一种电流互感器的技术方案，它包含铁心、绝缘、二次绕组和屏蔽绕组，铁心上设置一个或数个气隙，在铁心上缠绕绝缘，外面缠绕二次绕组，在二次绕组上绕若干个成对屏蔽绕组，使主磁通在其中感应的电势互相抵消，利用变压器漏磁场在铁心各个部分产生的磁通的差异所产生的电势差形成环流，来减小互感器漏磁场的影响，使铁心不容易饱和。该技术方案的不足之处在于，利用气隙和屏蔽线圈仅仅能够降低漏磁场的影响使铁芯不宜饱和，但无法克服测量频带窄的问题，只能在工频下使用。公开日为2004年04月14日、公开号为CN 2612041Y的专利文献公开了名称为一种空心线圈电流互感器的技术方案，它包括电流信号传感头和电流感应信号处理电路，电流信号传感头包括环形的非磁性支撑骨架和电磁导线绕成的信号感应线圈，信号感应线圈和支撑骨架构成感应体等。该技术方案的不足之处是，空芯线圈虽然绕制在骨架上，但在长期运行过程中由于环境温度等因素影响其几何尺寸的变化还会存在，会严重影响电流检测准确性。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种基于带间隙铁芯线圈的自校准谐波电流互感器，它能输出与含有谐波的一次电流成线性比例关系的数字量和电压模拟量，并实现测量和保护两种用途。