[实用新型]半磁芯电流传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于高压电器领域，具体涉及一种应用于电子式电流互感器的半磁芯电流传感器。

背景技术

随着电子技术的进步，近年来电子式电流互感器发展迅速。电子式电流互感器需要一次电流传感器，比如空心线圈、铁芯线圈、霍尔效应元件和/或光学装置。

国家推荐标准GB/T 20840.8-2007《互感器第8部分：电子式电流互感器》的附录D公开了一次电流传感器的两个方案，一个是铁芯线圈式低功率电流互感器(LPCT)方案，另一个是空心线圈(罗哥夫斯基线圈)方案。

铁芯线圈式低功率电流互感器(LPCT)方案是传统电磁感应原理电流互感器的一种演进，就是在电磁原理电流互感器(CT)的二次输出端接一个采样电阻，采样电阻上的电压与一次电流成正比，即为输出信号。原来的CT要带相当大的负荷，一方面是老式继电器动作需要一定功率来驱动，另外主要是二次电缆很长(从几十米到上千米)，因此高压CT负荷动辄几十伏安，甚至上百伏安。在电子互感器中，采样部分直接移到CT的二次线圈附近，二次电缆变得很短(几米甚至一米之内)，因此可以大幅度降低二次负荷；同时，由于CT的输出电流直接供给采样电阻，是设备内部的信号，不必按照原来5A或1A的标准值来设计，可以设计成毫安级别，这样就更可以大幅度降低CT二次负荷。这样演化后的LPCT与传统CT的最大区别是线圈输出功率由几十瓦(甚至上百瓦)降到毫瓦量级，因此在相同的铁芯截面积情况下，LPCT电子式电流互感器的测量范围比传统CT有明显提升。LPCT方案采用铁芯CT做传感器，因此准确度高，受温度等环境因素影响小，现在的电子式电流互感器常采用LPCT方案制作测量用电流互感器。

空芯线圈方案是利用罗哥夫斯基线圈原理制作一次电流传感器。所谓罗氏线圈原理就是空心线圈的电压输出与一次电流的导数成正比，因此把空心线圈的输出电压积分后就可以得到与一次电流成正比的信号。由于空心线圈没有磁饱和问题，也没有剩磁问题，动态范围广，因此现在的电子式电流互感器常采用空心线圈方案制作保护用电流互感器。

可以看出，铁芯线圈LPCT方案与空心线圈积分方案是完全不同的两个方案。LPCT方案采用变压器原理，由变压器的“T”形等值电路可以知道，一次电流(折合后的值)几乎全部流入二次回路，一次电流和二次电流的差值就是励磁电流，也就是LPCT的误差电流。由于铁芯的存在，励磁电流所占比例很小，即LPCT误差很小，并且二次电流越接近一次电流，误差越小。空心线圈积分方案则不同，空心线圈的输出是电压，即感应电势减去内阻压降，所以二次回路的电流越小，即与一次电流(折合后)的差值越大，误差越小。也可以从另一个角度理解：一次电流几乎全部用于空心线圈的励磁，使空心线圈两端产生足够高的感应电势，这个感应电势带动后续的积分支路，以得到与一次电流成正比(而不是与一次电流导数成正比)的输出电压，积分支路的阻抗越大电流越小，则空芯线圈里的内阻压降越小，最后得到的信号误差越小。鉴于这个原因，国家推荐标准GB/T 20840.8-2007中指出，空心线圈积分方案中的积分部分一般不在线圈本体进行，而是后移到继电器部分。而在现实中，通常是在A/D转换以后进行数字积分，这样有利于降低空芯线圈的负载电流，从而降低空芯线圈内阻压降，最终减小测量误差。

上述两个技术方案中，LPCT方案更适宜制作测量用电子式电流互感器，空心线圈积分方案更适宜制作保护用电子式电流互感器，也有用LPCT方案制作保护用电子式电流互感器的公开资料。上述两个方案都是可行的，当前也都有广泛应用。

但是，上述技术方案中也存在明显的不足，主要是：

1、LPCT方案用于保护互感器时，仍存在剩磁、饱和问题，虽然比传统互感器好了很多，但对于全偏移短路电流来说，在C-O-C-O循环重合闸时还是容易饱和，引起电流测量误差，造成继电保护装置误动作。

2、设计实践表明，即使将铁芯线圈加开气隙，LPCT方案也很难满足互相矛盾的两方面要求：气隙太小(小于0.3％)，饱和问题无法彻底解决；气隙太大(大于1％)，励磁电流太大，误差超标。

3、空心线圈方案对于大电流测量有优势，比如几十千安的短路电流；但是对于额定电流以下小电流测量准确度很低，原因在于空芯线圈的电感值较小，感应电势低。要增加电感值就要增加铜线圈的匝数或者骨架的截面积，一方面增加成本，另一方面也大大增加设备体积，丧失了电子式互感器的一个主要优势。