[实用新型]一种栅栏式电流互感器

说明书

本实用新型公开了一种栅栏式电流互感器，涉及电流互感器领域，该栅栏式电流互感器采用平行间隔设置的两个PCB板以及支撑在两个PCB板之间的金属针构成，金属针与PCB板上的印制导线构成线圈，基于PCB技术，线圈可以沿着周向均匀分布，线圈开口也很小，降低了使用时偏心导致的误差，由于金属针和PCB板均为硬性材质，使用过程中不易发生形变，因此该电流互感器稳定性好且耐高温及抗老化性能优异，另外单匝线圈的有效面积远远大于现有的PCB式硬性罗氏线圈，因此灵敏度较优并且PCB板材厚度的偏差带来的影响被大幅度减小，使得线圈之间的有效面积的均匀性好，电流互感器的测量精确度更高且互换性更好。

技术领域

本实用新型涉及电流互感器领域，尤其是一种栅栏式电流互感器。

背景技术

罗氏线圈的基本结构如图1所示，其通过在一环形的非铁磁材质骨架上均匀缠绕若干匝线圈实现，线圈骨架的截面通常为圆形或矩形但不限于以上两种形状。测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律。工作时，穿过线圈中心的通电导线产生的电磁场将在线圈开口处产生一个感应电势e(t)输出：e(t)＝-M di(t)/dt；以截面为矩形的罗氏线圈为例，互感系数M＝μ0Nhln(b/a)/2π，式中μ0为真空磁导率，N为线圈匝数，a、b分别为线圈横截面的内外径，h为截面高度。可见，当线圈几何参数一定的前提下，互感系数M为一个常数，感应电势与通电导线中瞬时电流i(t)对时间的导数成正比关系，因此只要测量线圈的输出感应电势就可以间接获知穿过其中的电流大小。

因为不存在铁芯，罗氏线圈不存在磁饱和现象，因此非常适合测量大电流，这种线圈线性度好，标定容易，可测量不规则导体，安装方便，无须破坏导体，适用频率宽，无二次开路危险，维修简单方便，因此市场上出现了多种不同形式的基于罗氏线圈模型的实用型的互感器产品。目前常见的主要有柔性罗氏线圈和硬性罗氏线圈：

柔性罗氏线圈是市场上应用最为广泛的一类罗氏电流互感器，其在柔软绝缘的骨架上均匀缠绕若干匝漆包线(即感应线圈)，外面再包覆一层保护外套。请参考图2，这是一种开口的线圈，使用时，将柔性罗氏线圈开合处的扣件1打开套在待测载流体上，然后通过该扣件1扣合形成一个“封闭”的线圈，通过测量线圈引出线2的电压获知被测电流。但是这种结构至少存在以下缺点：1、线圈存在开口，开合处的线圈密度与其他地方的线圈密度做不到相同，因此会产生装设位置误差；2、线圈沿骨架绕制很难做到均匀，这将带来系统误差；3、绕制线圈柔性骨架的截面做不到处处相等，将导致测量误差；4、使用过程中线圈骨架受牵拉扭曲会导致截面变形或线圈偏移，将导致测量误差；5、柔性骨架材料不耐高温，容易老化，不适合在高温环境长期使用。

硬性罗氏线圈采用硬质非铁磁性物质做骨架，在骨架上绕制若干匝线圈，线圈与骨架间可以保持相对固定的位置关系，这克服了软性线圈的大部分缺点。但是线圈在绕制的过程中依然难以保证圆周方向上的均匀分布，从而制约了互感器的精度。有鉴于此，目前硬性罗氏线圈大多数采用PCB(印刷电路板)技术实现，该技术采用计算机辅助设计软件进行布线，通过金属化过孔连接不同板层之间的印制导线，布好线后交由专业生产厂家采用精密数控机床全自动化生产，PCB式硬性罗氏线圈结构示意图请参考图3，这种用印制导线代替线圈的方式可以保证线圈加工非常精确且几何参数稳定，不再需要繁琐的绕制，但这种结构至少存在以下缺点：线圈的有效面积由PCB厚度决定，但PCB的基材普遍性存在厚度偏差(同一张板材不同区域存在偏差、不同批次板材之间存在偏差)，参照如下表一示出的官方数据，可以发现即便是表格中最理想的精偏差也达到5％的误差。这个误差意味着不同匝的截面积不尽相同，从而导致不同互感器之间存在较大的离散型，如果要做到尽可能的精准，需要对每一只分别标定，这又带来互换性差的问题。同时，受PCB厚度的限制，PCB式硬性罗氏线圈灵敏度很低，限制了其测量范围，因此，这种硬性罗氏线圈在工程上少有使用，不满足大规模市场推广的要求。

表一

PCB厚度标准和厚度规格

依照GB/T 4722，PCB厚度有如下系列：