[发明专利]电流传感装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及电流互感器，尤其是用于给测量仪表和保护设备提供精确 电流的电流传感设备。

背景技术

智能电子设备(IEDs)是已知的。IED包括，例如，电子跳闸(trip)单元， 保护继电器，能量表和电能质量表。作为实例，保护继电器通常连接到耦接到 电力线的一个或多个电流传感器的次级侧。电流传感器提供指示电力线信号的 模拟信号给保护继电器。在IEDs的情况中，模拟信号被模数(A/D)转换器转 换为数字信号，其被微控制器处理。可选地，在使用较老的装备的地方，模拟 信号被连接到模拟保护设备，例如机电式继电器或模拟表。在任一种情况中， 具有适当量值并反映电力线上的电流的比例信号的模拟信号需要被输入下游的 保护设备。

电流传感器的一种类型，电流互感器(CT)，被设计为在它的次级绕组中提 供电流，其与它的初级绕组中流过的电流成比例。电流互感器(CTs)在电力工 业包括中压工业应用中，通常用于计量和保护继电器，通常在高压情况下它们 帮助测量大的电流。电流互感器将测量和控制电路从通常出现在被测量的电路 上的高压隔离。

工业规模的电流互感器通常被构造为，将单个的初级匝(绝缘电缆或未绝 缘的母线)穿过缠绕有许多匝导线的绝缘良好的环形铁芯。母线用作初级绕组， 环形铁芯周围缠绕的导线用作次级绕组。电流互感器被广泛地用于测量电流和 监测电力系统的操作。电流互感器通常由它的初级绕组和次级绕组的电流比来 表述。通常的次级电流是1安培(A)或5A。

电流互感器的次级电流提供诸如低压继电器、IED或仪表的电力设备的一 般功能。虽然电流互感器的设计变化很多，但是每种必须满足这样的要求，即， 安装在给定的空间体积内，例如在电路断路器(即，中压(600V)工业开关设 备)的壳体内，并且当感应和提高电流时，提供期望的精确水平。

目前，大多数重要的电流传感解决方案都提供有大、重的电流互感器。电 子和光纤传感选择已经可以获得，但是由于来自相关附加元件的系统可靠性的 损失而没有采用。对于与现有5A或1A IED等的接口，对传输线路损耗失、饱 和损耗等的补偿，以及由于次级电流经过长的距离到达IED导致的线路损耗的 解决方案还没有获得。IED的输入电流传统上是5A，但是也可能是，例如，1A， 如果IED被指定为1A输入。

虽然CT的设计变化很多，但是每种必须满足这样的要求，即，安装在给定 的空间体积内，例如在电路断路器壳体内，并且当感应电路电流时，提供期望 的精确水平。当用在具有可变额定电流的小型电路断路器中时，电流互感器中 需要预定的最大铁芯体积以确保电流互感器在发生过流时不会发生磁饱和。可 选地，需要预定的最小铁芯体积以确保在较低的稳态操作电流水平时铁芯将被 充分磁化。

考虑到限制CT尺寸，单铁芯电流互感器已经被用来传感电路电流，并同时 提供运行功率给更高额定电流的电路断路器中的电子跳闸单元。为了防止铁芯 在较高电流水平变得饱和，已经使用了昂贵的磁钢叠片，并且铁芯尺寸增加， 以允许过载和短路电流传感。

考虑到电路电流传感，用于提供跳闸单元运行功率的铁芯电流互感器和用 于电路电流传感的空心电流互感器已经被使用。然而，由于体积的限制，在电 路断路器的每个磁极中的两个电流互感器的使用并非总是可行的。虽然可获得 组合的铁芯和空心电流互感器的改进的组装布置，合成的专门的绕组和装配工 艺导致更高的成本设计。当涉及高电流时或当体积约束限制可以使用的磁铁芯 材料的数量时，这种布置仍然受饱和的约束。