專利名稱：一種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)微機繼電保護中測量短路電流及非周期分量的電流互感器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)一次設(shè)備出現(xiàn)短路故障時，系統(tǒng)中會出現(xiàn)正常工作電流20倍以上的短路電流，但由于回路中存在電感，所以系統(tǒng)中的電路電流不會立即增大，故在剛開始的瞬間，即t=o時，也會出現(xiàn)一個與周期分量電流相反且衰減的直流，即非周期分量，該非周期分量與短路電流相疊加。當(dāng)電壓初始角度為0° -180°時，短路電流的最大瞬時值在短路后半個周期波內(nèi)出現(xiàn)，通常為1.81m。而傳統(tǒng)互感器在電流上升至額定值的20倍后，鐵芯的磁通已經(jīng)接近飽和，從而會導(dǎo)致輸出波形畸變、次級傳變的非周期分量提前衰減、故障切除后次級輸出帶有拖尾等后果。隨著近幾年系統(tǒng)的升級，也對互感器提出了更高的要求，比如說要求互感器能精確測量正常工作電流的30倍甚至是40倍的短路電流，并能準(zhǔn)確真實地反映非周期分量的波形等，而這些要求對于現(xiàn)有技術(shù)中的互感器來說，是很難實現(xiàn)的，尤其是在系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障、互感器初級電流升至額定電流的20倍-60倍時，現(xiàn)有的電流互感器更是不能準(zhǔn)確傳變衰減時間常數(shù)為20-200ms的直流分量，沒有良好的過渡過程響應(yīng)，也不能真實反映非周期分量的衰減狀態(tài)，其輸出波形易飽和、易畸變，且在故障切除后一次電流為零時次級波形會出現(xiàn)拖尾等現(xiàn)象。

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)中在系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障以及其初級電流升至額定電流的20-60倍時，電流互感器不能準(zhǔn)確傳變衰減時間常數(shù)為20-200ms的直流分量、不能真實反映非周期分量的衰減狀態(tài)、其輸出波形易飽和和畸變以及在故障切除后一次電流為零時次級電流會出現(xiàn)拖尾等上述缺陷，提供一種當(dāng)初級電流升至額定電流的20-60倍時能準(zhǔn)確傳變衰減時間常數(shù)為20-200ms的直流分量、能真實反映非周期分量的衰減狀態(tài)、輸出波形不飽和且不畸變、能消除故障切除后次級波形拖尾現(xiàn)象的電流互感器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種電流互感器，包括鐵芯、一次繞組和二次繞組，鐵芯上設(shè)有至少一個沿切割磁力線方向排列的氣隙，且鐵芯的截面積為
0.5-3.5cm2 ;一次繞組的匝數(shù)為1-25匝，且一次繞組的線圈截面積為0.5_4mm2 ;二次繞組的匝數(shù)為10001-30000匝，且二次繞組的線圈直徑范圍為0.05-0.3mm。本發(fā)明所述電流互感器的工作原理為: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)。因此互感器在傳變前幾個波時，鐵芯在B相當(dāng)高的狀態(tài)，易導(dǎo)致波形飽和及勵磁電流過大，且剩磁的影響亦會加大鐵芯的飽和狀態(tài)，因此設(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
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在本發(fā)明所述電流互感器中，鐵芯的截面積為0.5-3.5cm2, 二次繞組的匝數(shù)為10001-30000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，使得其輸出波形不易飽和，也不畸變。另外，當(dāng)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(dāng)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消弱，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，故發(fā)明中具有足夠大的截面面積的鐵芯以及匝數(shù)足夠多的二次繞組能消除故障切除后次級波形拖尾的現(xiàn)象，其勵磁阻抗大，因而本發(fā)明所述電流互感器能在20-60倍額定電流下準(zhǔn)確傳變衰減時間常數(shù)為20-200ms的直流分量，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。在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，鐵芯上設(shè)有至少一個沿切割磁力線方向排列的氣隙。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(dāng)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)。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，二次繞組兩端并聯(lián)有電阻，且電阻阻值為I歐姆-5000歐姆。在二次繞組兩端并聯(lián)電阻可以將電流轉(zhuǎn)換為電壓形式輸出。另外，該電阻阻值為I歐姆-5000歐姆，如若電阻阻值大于5000歐姆，則會影響所述電流互感器的反應(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，一次繞組的匝數(shù)為1-15匝，二次繞組的匝數(shù)為10001-20000匝。系統(tǒng)短路時，在電流互感器鐵芯中將出現(xiàn)幾十倍于額定工作狀態(tài)的磁通，故障切除后，鐵芯中產(chǎn)生很大的剩磁，而當(dāng)剩磁方向與下次短路時非周期分量磁化方向相同時，將使鐵芯飽和程度增大，從而使電流互感器的過渡過程響應(yīng)特性惡化，而當(dāng)短路重合于故障線路時，也可能影響繼電保護再次切除故障。故本發(fā)明所述技術(shù)方案中所選用鐵芯在沿切割磁力線方向上設(shè)有氣隙，氣隙的存在會使得勵磁電感變小，導(dǎo)致一部分非周期分量從勵磁支路中分流，從而降低電流互感器的測量精度。為了能降低鐵芯在最大工作電流下的磁通和提高電流互 感器的勵磁電感,這就需要足夠大的體積,但體積過大也會導(dǎo)致裝置過大且過于笨重，為了克服這些問題，本發(fā)明所述技術(shù)方案中將一次繞組的匝數(shù)限制在1-15匝，二次繞組的匝數(shù)定為10001-20000匝，這樣就實現(xiàn)了在有限的體積內(nèi)降低鐵芯在最大工作電流下的磁通，提高了電流互感器的勵磁電感。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，鐵芯由至少一疊EI鐵芯或至少一付ED鐵芯或至少一付環(huán)形切口鐵芯或至少一付矩形切口鐵芯或至少一疊矩形切口鐵芯片中的一項或多項組成。作為對本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進，鐵芯由至少一付環(huán)形切口鐵芯與一付環(huán)形閉合鐵芯相疊加組成或由至少一付矩形切口鐵芯與一付矩形閉合鐵芯相疊加組成。另外，在本發(fā)明所述技術(shù)方案中，凡未作特別說明的，均可通過采用本技術(shù)領(lǐng)域中的常規(guī)手段來實現(xiàn)本技術(shù)方案。因此，本發(fā)明的有益效果是提供了一種電流互感器，當(dāng)初級電流升至額定電流的20-60倍時，所述電流互感器能準(zhǔn)確傳變衰減時間常數(shù)為20-200ms的直流分量，能真實反映非周期的衰減狀態(tài)，其輸出波形不易飽和且不畸變，還能消除故障切除后次級波形產(chǎn)生拖尾的現(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)明所述電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是不帶氣隙的EI鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4、圖5和圖6是本發(fā)明沿切割磁力線方向切割后帶有不同位置的氣隙的EI鐵芯的結(jié)構(gòu)不意圖；圖7是單側(cè)設(shè)有氣隙的環(huán)形鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為雙側(cè)設(shè)有氣隙的環(huán)形鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是實施例二中ED鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是雙側(cè)設(shè)有氣隙的矩形鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是單側(cè)設(shè)有氣隙的矩形鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是雙側(cè)設(shè)有氣隙的矩形鐵芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是單側(cè)設(shè)有氣隙的矩形鐵芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14、圖15 是ED鐵芯、矩形鐵芯或矩形鐵芯片沿切割磁力線的方向切割后帶有不同位置和方向氣隙的結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)將附圖中的標(biāo)號說明如下:1為氣隙，2為E片，3為I片。
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(dāng)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，一種電流互感器，包括鐵芯、一次繞組和二次繞組，其中，鐵芯的截面積為0.5-3.5cm2,且鐵芯上沿切割磁力線方向設(shè)有至少一個氣隙I ;一次繞組的匝數(shù)為1-25匝，優(yōu)選為1-15匝；二次繞組的匝數(shù)為10001-30000匝，優(yōu)選為10001-20000匝；除此之外，一次繞組的線圈截面積為0.5-4mm2，優(yōu)選為1mm2，二次繞組的線圈直徑范圍為
0.05-0.3mm,優(yōu)選為 0.1mm。在本實施例中，在二次繞組兩端還并聯(lián)有電阻，該電阻的阻值范圍為I歐姆-5000歐姆。另外，鐵芯可以由一疊帶氣隙的EI鐵芯或至少一對ED鐵芯或至少一付環(huán)形切口鐵芯或至少一付矩形切口鐵芯中的一項或多項組成。如圖2所示，本實施例的鐵芯由E片2和I片3疊加組成，E片2和I片3相接觸的部分為氣隙I ;每片EI鐵芯的長度為28-40mm，高度為25-40mm，疊加后的厚度為10_45mm在本實施例中長度、高度和厚度分別優(yōu)選為30mm，30mm和40mm。當(dāng)然，也可以采用如圖3所示的一疊切割后的EI鐵芯疊加組成。另外，在本實施例中，氣隙I的位置可不同，分別如圖4、圖5和圖6所不。實施例二:如圖7和圖8所示，本實施例與實施例一基本相同，不同之處僅在于本實施例采用的鐵芯為環(huán)形鐵芯，該環(huán)形鐵芯的截面積為2cm2，一次繞組的匝數(shù)為5匝，二次繞組的匝數(shù)為15000 BL—次繞組的線圈截面積為1.5mm2, 二次繞組的線圈截面積為0.1mm2。在本實施例二中，二次繞組兩端還可以并聯(lián)一個電阻，該電阻阻值范圍為I歐姆-5000歐姆。鐵芯可以由至少一付環(huán)形切口鐵芯組成。如圖8所示，本實施例只采用一付設(shè)有氣隙I的環(huán)形鐵芯，該環(huán)形鐵芯的外徑為18-40mm，內(nèi)徑為12_30mm，厚度為6_18mm，且外徑、內(nèi)徑和厚度分別優(yōu)選為36mm、20mm和16mm。當(dāng)然也可以采用設(shè)有氣隙I的環(huán)形鐵芯和不設(shè)氣隙I的環(huán)形鐵芯相疊加使用，或者可以采用如圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖
14、圖15所示的一付ED鐵芯或至少兩付ED鐵芯或者一付矩形切口鐵芯或者至少兩付矩形切口鐵芯相并排或相疊加組成。應(yīng)當(dāng)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
1.一種電流互感器，包括鐵芯、一次繞組和二次繞組，其特征在于，所述鐵芯上設(shè)有至少一個沿切割磁力線方向排列的氣隙，且鐵芯的截面積為0.5-3.5cm2 ;所述一次繞組的匝數(shù)為1-25匝，且一次繞組的線圈截面積為0.5-4mm2 ;所述二次繞組的匝數(shù)為10001-30000匝，且二次繞組的線圈直徑范圍為0.05-0.3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器，其特征在于，所述二次繞組兩端并聯(lián)有電阻，且所述電阻阻值為I歐姆-5000歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流互感器，其特征在于，所述一次繞組的匝數(shù)為1-15匝，二次繞組的匝數(shù)為10001-20000匝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器，其特征在于，所述鐵芯由至少一疊EI鐵芯或至少一付ED鐵芯或至少一付環(huán)形切口鐵芯或至少一付矩形切口鐵芯或至少一疊矩形切口鐵芯片中的一項或多項組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器，其特征在于，所述鐵芯由至少一付環(huán)形切口鐵芯與一付環(huán)形閉合鐵芯相疊加組成或由至少一付矩形切口鐵芯與一付矩形閉合鐵芯相疊加組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流互感器，包括鐵芯、一次繞組和二次繞組，鐵芯上設(shè)有至少一個沿切割磁力線方向排列的氣隙，且鐵芯的截面積為0.5-3.5cm2；一次繞組的匝數(shù)為1-25匝，且一次繞組的線圈截面積為0.5-4mm2；二次繞組的匝數(shù)為10001-30000匝，且二次繞組的線圈直徑范圍為0.05-0.3mm。本發(fā)明的有益效果是提供了一種電流互感器，當(dāng)初級電流升至額定電流的20-60倍時，該電流互感器能準(zhǔn)確傳變衰減時間常數(shù)為20-200ms的直流分量，能真實反映非周期的衰減狀態(tài)，其輸出波形不易飽和且不畸變，還能消除故障切除后次級波形產(chǎn)生拖尾的現(xiàn)象。
文檔編號H01F27/28GK103219140SQ20131014638
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者趙晶晶 申請人:南京江北自動化技術(shù)有限公司