[发明专利]基于印制电路板的罗戈夫斯基线圈的雷电流传感器

说明书

技术领域

本发明属于雷电流测量技术领域，具体涉及基于印制电路板(PCB)的罗戈夫斯基(Rogowski)线圈的雷电流传感器的结构。

背景技术

雷电流的幅值大、上升时间短，由此引发的电力系统过电压严重威胁电网的安全、稳定运行。对雷电流各项参数进行有效的测量为防雷设备的选择、雷电电磁辐射的研究等提供最原始的数据，这对雷电流的基础研究工作具有重要意义。常用的雷电流测量方法有磁钢棒法、阴极示波器、磁带法、罗戈夫斯基(Rogowski)线圈，其中Rogowski线圈以其无磁饱和，线性度高，绝缘性能好的优点在雷电流测量领域得到了广泛的应用。近年来又发展出了PCB型Rogowski线圈电流互感器，它是一种可以精确测量电流的电流传感器，已经成为研究的热门课题。

现有用PCB型Rogowski线圈测量电流的电流传感器，如专利号为ZL201120300261.7的“一种PCB型Rogowski线圈电流互感器”专利，公开的电流互感器主要包括PCB型Rogowski线圈、数据采集系统、光电转化装置、混合电源等，该电流传感器主要有如下缺点：

1、频带范围较窄，仅为工频50Hz。因此该电流传感器只能测量对频带要求不高的周期波形的工频电流(即只能用作配电网的电流互感器)，不能测量对频带范围要求很宽的幅值大、上升时间短的非周期波形的雷电流，不能用作雷电流传感器。

2、仅用滤波电路抑制干扰，抗干扰性能差。因此，该电流传感器只适用于测量以工频电流为基准的配电网电流，不能在架空输电线路周围电磁干扰很强的情况下测量幅值大、上升时间短的非周期波形的雷电流。

 3、该传感器采用有源电子式互感器，且供电环境复杂，从而导致电流传感器结构复杂，工作可靠性降低，适应户外恶劣环境的能力差。传感器的测量精度和使用寿命均受到影响，并且安装复杂，使用不方便，不便于推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有PCB型Rogowski线圈电流传感器的不足之处，提供了一种基于印制电路板的罗戈夫斯基线圈的雷电流传感器。能够测量雷电流并且具有测量频带宽，测量精度高，工作可靠且稳定性好，便于安装和推广应用等特点。

本发明的原理：本发明雷电流传感器基于安培环路定理和法拉第电磁感应定律，其原理与传统矩形截面的Rogowski线圈相同。当雷电流通过载流导体时会在其周围产生一个暂态磁场，变化的磁场在印制导线构成的小线匝产生了感应电动势，最终通过多个小线匝感应电势的叠加得到了线圈最终的输出电压。

                                                    

式中，M为线圈的互感系数，μ₀为磁导率常数，N为PCB型Rogowski线圈的匝数，h为PCB 板的厚度，b和a分别为线圈的外半径和内半径。在线圈信号输出端添加一个积分电路就能将上式的微分电压信号转换为与载流导体流过的电流相位相同，大小成比例的电压信号，传感器的输出电压u(t)为：。

K值与M值的大小和积分电路的增益有关，通过选取合适的N，h以及a，b值，调节积分电路的增益及带宽，传感器可以满足雷电流测量的基本要求。

 实现本发明目的之技术方案是：一种基于印制电路板的罗戈夫斯基线圈的雷电流传感器，主要由基板、积分电路、屏蔽层等构成。