本发明涉及电气设备领域中电能计量设备领域,具体为一种统一倍率宽幅计量电流互感器及其制作方法、控制方法。
背景技术：
为了保证电力系统安全经济运行，必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备，而需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流，供给测量仪表和保护装置使用。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400a的电流转变为5a的电流。除起到电流变换的作用外，还起到电气隔离作用。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，实际中往往只有一匝，也就是穿心而过，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路等设备中。
在测量电流时由于电气设备容量的不同，需要测量的电流值有大有小，如果固定用一组变比较大的电流互感器在测大电流时，测试出的电流值精度较高，但当做小容量的电气设备时变比较大的互感器测试出的电流值精度就会较低，造成误差很大。比如100/5的电流互感器，根据国家标准，一次电流为额定一次电流的1％时的比差值是±0.75％，即电流互感器的二次电流需要0.05a，但是在1％以下的范围由于电磁传递的非线性关系，1％以下的电流测量误差较大，即一次电流在1a以下测量精度达不到。而采用与100/5同样倍率的一种20/1的电流互感器，一次电流为1a时，占额定一次电流的5％，额定一次电流的1％为0.2a，虽然满足了一次电流在1a以下的精确测量，但是在电流超过20a时，不能长时间过负荷运行。而在大型工厂中，白天工作用电量大，电流可达几百安，而到了夜间，关闭机器仅剩照明的情况下电流又很少因此需要设计一种可以根据负荷的大小自动切换电流互感器的精度实现电流计量范围加宽的一种电流互感器成为一种迫切的要求。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供了一种在更宽电流采样范围内满足国家标准精度要求的一种统一倍率宽幅计量电流互感器。
本发明要解决的技术问题的技术方案是：
统一倍率宽幅计量电流互感器，其特征在于：包括宽幅电流采样装置和智能转换终端，所述宽幅电流采样装置与智能转换终端电气连接。所述宽幅电流采样装置输出大、小采样范围的电流信号给智能转换终端。所述大采样范围的一次电流为额定一次电流的1％～120％，所述小采样范围的一次电流为额定一次电流的0.2％～1％。所述智能转换终端自动判断并切换大、小采样范围的电流给计量装置。
更好的，所述宽幅电流采样装置设有铁芯以及绕设在铁芯上的二次绕组，所述二次绕组的额定二次电流为5a。所述二次绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的额定二次电流为1a，并且第一线圈绕和二次绕组的变比倍率相同。
更好的，所述宽幅电流采样装置还包括转接端子，所述转接端子包括公共输出端子、第一电流端子、第二电流端子。所述第一线圈的导线的一端和公共输出端子电气连接，第一线圈另一端和第一电流端子电气连接，用以输出小采样范围的二次电流。所述第二线圈的导线的一端和公共输出端子电气连接，第二线圈另一端和第二电流端子电气连接，用以与第一电流端子组合输出大采样范围的二次电流。
更好的，所述智能转换终端包括控制器、检测模块、转换开关、电流端子,所述电流端子包括公共输入端子、第一电流输入端子、第二电流输入端子、第一电流输出端子、第二电流输出端子。所述第一电流输出端子和公共输入端子电气连接，所述第一电流输出端子和公共输入端子之间串设有检测模块，所述检测模块和控制器电气连接用以检测连接第一电流输出端子和公共输入端子的导线上的电流。所述转换开关串联在第二电流输出端子和第二电流输入端子之间，所述转换开关的控制输入端和控制器电气连接，所述第一电流输入端子和第二电流输出端子电气连接。所述公共输出端子和公共输入端子电气连接，所述小电流输出端子和小电流输入端子电气连接，所述组合电流输出端子和组合电流输入端子电气连接。
更好的，所述检测模块为仪表用电流互感器，所述检测模块套设在连接第一电流输出端子和公共输入端子的导线上，所述检测模块的输出端和控制器电气连接。所述切换开关为继电器，所述切换开关的常闭触点串联在组合电流输入端子和第二电流输出端子之间，所述控制器和切换开关的线圈绕组电气连接。
更好的，所述第一线圈由两根或两根以上导线绕制而成，所述第二线圈由两根或两根以上导线绕制而成。
更好的，所述智能转换终端设有数据接口用以实现电流数据的检测。
一种统一倍率宽幅计量电流互感器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、根据额定一次、二次电流以及安匝数确定二次绕组铁心的截面积，包括额定二次电流为5a的线圈绕组的截面积φ1和额定二次电流为1a的线圈绕组的截面积φ2，其中第一线圈的截面积＝φ2，第二线圈的截面积＝φ1-φ2，
步骤2、设计制作铁芯，铁芯以额定二次电流为1a为基准进行设计，此时铁芯面积计算时磁密选择在0.35t～0.41t，同时，满足额定二次电流为5a的铁芯面积计算时磁密选择在0.5t～0.6t，
步骤3、利用电流互感器校验仪并根据步骤1、步骤2的数据迭代调整二次补偿匝数，直到达到国家标准误差等级的精度要求，
步骤4、利用绝缘材料包扎线圈、烘干、浇注成型。
更好的，所述步骤1中的第一线圈或者第二线圈采用两根或者两根以上导线，并在所述步骤3中根据误差校验结果调整第一线圈或者第二线圈的每根导线的截面积大小。
一种统一倍率宽幅计量电流互感器的智能终端的控制方法其特征在于包括以下步骤：
初始状态下，转换开关处于闭合状态，
步骤1、智能终端上电启动，转换开关处于闭合状态，
步骤2、控制器运行设定时间t1后通过检测模块检测二次电流的大小，
如果二次电流小于下限值，则控制器控制转换开关断开，
如果二次电流大于下限值，则控制器控制转换开关保持闭合状态，
步骤3、控制器启动自动转换功能，包括以下两种情况：
一、正常运行时的切换控制
当二次电流值小于下限值并持续设定时间t2后，控制器控制转换开关断开，
当二次电流值大于上限值并持续设定时间t3后，控制器控制转换开关闭合，
二、异常运行时的切换控制
当二次电流大于上限值后，在设定时间t3内检测电流在采样周期内电流的增幅，
如果电流的增幅大于增幅上限值，则控制器控制转换开关闭合，
如果电流的增幅小于增幅上限值，则控制器保持转换开关的状态。
本发明的有益效果为：
1、在更宽的采样范围内能够输出满足国家标准的二次电流，具有是计量更加准确的有益效果；
2、具有自动切换两种采样范围的功能；
3、电流互感器结构简单，采用一个铁芯，成本低廉。
附图说明
图1是本发明一种实施例的电气结构图，
图2是本发明一种实施例二次绕组的示意图。
图中：
1、宽幅电流采样装置，2、智能转换终端，l2、二次绕组，l21、第一线圈，l22、第二线圈，cs1、公共输出端子，cs2、第一电流端子，cs3、第二电流端子，ks1、公共输入端子，ks2、第一电流输入端子，ks3、第二电流输入端子，s1、第一电流输出端子，s2、第二电流输出端子，u、控制器，ct、检测模块，sw、转换开关。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
如图1所示，该发明为一种统一倍率宽幅计量电流互感器，包括宽幅电流采样装置1和智能转换终端2。宽幅电流采样装置1用以与一次设备进行能量交换，来获取一次设备导线上的电流的大小，并且宽幅计量装置在不同的电流采样范围内满足不同的精度要求。因此，在本发明中，宽幅电流采样装置1可以精确采集的电流范围有大、小采样范围两个一次电流的采样范围。其中，大采样范围的一次电流为额定一次电流的1％～120％，小采样范围的一次电流为额定一次电流的0.2％～1％。在额定二次电流为5a时，根据国家标准精度较高的采样范围是1％～120％，本发明将精度满足国家标准的采样范围扩展到0.2％～120％。智能转换终端2与宽幅电流采样装置1电气连接，用以实现在不同精度要求下电流采样范围的切换。智能转换终端2将自动判断并切换大、小采样范围所采集到的电流给计量装置，即将采样精度高的电流采样范围的输出值输出到计量装置。当一次电流在额定一次电流的1％～120％之间时，自动切换到大采样范围运行，当一次电流为额定一次电流的0.2％～1％之间时，自动切换到小采样范围运行。
和传统的电流互感器相同，宽幅计量采样装置1主要由铁芯t和二次绕组l2组成，一般设有引线端子、绝缘材料或者是一次绕组。二次绕组l2的额定二次电流为5a，为了使大、小采样范围都能输出精度较高的二次电流，对二次绕组l2进行了多绕组处理，即设置两个绕组，分别为第一线圈l21、第二线圈l22。其中第一线圈l21设定的额定二次电流为1a，由于第一线圈和二次绕组属于从属关系，因此第一线圈的二次绕组l2的变比倍率相同。第一线圈l21和第二线圈l22绕设在铁芯t上。更好的，第一线圈l21由两根或两根以上导线绕制而成，第二线圈l22由两根或两根以上导线绕制而成。通过采用多个导线绕制的方法实现分匝补偿。
电流互感器可以设置一次绕组，多数情况没有一次绕组，即穿心式电流互感器，因此本实施例虽然以无一次绕组进行说明，但是对具有一次绕组的电流互感器具有同样的效果。
更好的，为了便于接线，宽幅电流采样装置1还设置了转接端子。转接端子包括公共输出端子cs1、第一电流端子cs2、第二电流端子cs3。其中，第一线圈l21的导线的一端和公共输出端子cs1电气连接，第一线圈l21另一端和第一电流端子cs2电气连接，第二线圈l22的导线的一端和公共输出端子cs1电气连接，第二线圈l22另一端和第二电流端子cs3电气连接。第一电流端子cs2和公共输出端子cs1之间用以输出小采样范围的二次电流。第一电流端子cs2和第二电流端子cs3并接后和公共输出端子cs1之间用以输出大采样范围的二次电流。
宽幅电流采样装置1用以实现电流的获取，需要将达到精度标准的电流采样方位切换到输出端还需要智能转换终端2来实现。智能转换终端2包括控制器u、检测模块ct、转换开关sw、电流端子。电流端子包括公共输入端子ks1、第一电流输入端子ks2、第二电流输入端子ks3、第一电流输出端子s1、第二电流输出端子s2。
其中，第一电流输出端子s1和公共输入端子ks1电气连接。第一电流输出端子s1和公共输入端子ks1之间串设有检测模块ct，检测模块ct和控制器u电气连接用以检测连接第一电流输出端子s1和公共输入端子ks1的导线上的电流。转换开关sw串联在第二电流输出端子s2和第二电流输入端子ks3之间，并且转换开关sw的控制输入端和控制器u电气连接，用以实现第一线圈l21和二次绕组l2输出的切换，即大、小采样范围的切换。第一电流输入端子ks2和第二电流输出端子s2电气连接。在运行在额定一次电流的0.2％～1％之间时，额定二次电流为1a的第一线圈的测量精度较高，此时转换开关sw控制组合电流输入端子与第二电流输出端子之间断开，只有第一线圈输出电流，实现额定二次电流为1a的运行状态的输出，此时运行在小采样范围内；当运行在额定一次电流1％～120％之间时，控制转换开关sw连通第二电流输入端子ks3与第二电流输出端子s2，整个二次绕组输出电流，实现额定二次电流为5a的运行状态的电流输出，此时运行在大采样范围内。在第一线圈单独运行的状态下，第二线圈处于断开的状态，由于在电流互感器中设有多个绕组的电流互感器在只有一个绕组闭合的状态下，断开的绕组不会发生爆炸的可能，因为产生的高电势被闭合的绕组短接化解。
智能转换终端与宽幅电流采样装置通过各自的端子进行连接，公共输出端子cs1和公共输入端子ks1电气连接，第一电流端子cs2和第一电流输入端子ks2电气连接，第二电流端子cs3和第二电流输入端子ks3电气连接。
更好的，检测模块ct为仪表用电流互感器，检测模块ct套设在连接第一电流输出端子s1和公共输入端子ks1的导线上。通过检测模块ct获取导线上的电流大小并将转换后的电流输出到控制器u上，因此检测模块ct的输出端和控制器u电气连接。
更好的，切换开关sw为继电器，切换开关sw的常闭触点串联在第二电流输入端子ks3和第二电流输出端子s2之间。控制器u和切换开关sw的线圈绕组电气连接。控制器u通过控制切换开关sw的线圈绕组控制切换开关sw的常闭触点进而控制第二线圈是否与第一线圈组合成二次绕组输出电流。
更好的，为了实现对智能转换终端2的维护和检测，智能转换终端2设有数据接口。通过数据接口，可以与pc机的控制软件实现数据的获取，进而实现电流数据的查看。
更好的，为了便于设备的检修，在智能转换终端2上还设置了指示灯，用以指示宽幅电流采样装置1运行在大采样范围还是小采样范围。
本发明一种统一倍率宽幅计量电流互感器的制作方法包括以下步骤：
步骤1、根据额定一次、二次电流以及安匝数确定二次绕组l2的截面积，包括额定二次电流为5a的线圈绕组的线径φ1和额定二次电流为1a的线圈绕组的线径φ2。其中第一线圈的截面积＝φ2，第二线圈的截面积＝φ1+φ2。
更好的，如图2所示,第一线圈l21或者第二线圈l22采用两根或者两根以上导线。并且第一线圈l21所有导线的面积之和为φ2，第二线圈l22的所有导线的截面积之和为φ1-φ2。
步骤2、设计制作铁芯，铁芯以额定二次电流为1a为基准进行设计，此时铁芯面积计算时磁密选择在0.35t～0.41t，同时，满足额定二次电流为5a的铁芯面积计算时磁密选择在0.5t～0.6t。
步骤3、利用电流互感器校验仪并根据步骤1、步骤2的数据迭代调整二次补偿匝数，直到达到国家标准误差等级的精度要求。
更好的，在第一线圈l21或者第二线圈l22采用两根或者两根以上导线时，根据误差校验结果调整第一线圈l21或者第二线圈l22的每根导线的截面积大小。
步骤4、利用绝缘材料包扎线圈、烘干、浇注成型。
本发明一种统一倍率宽幅计量电流互感器的智能终端的控制方法包括以下步骤：
初始状态下，转换开关sw处于闭合状态，
步骤1、智能终端上电启动，转换开关sw处于闭合状态，
步骤2、控制器u运行设定时间t1后通过检测模块ct检测二次电流的大小，
如果二次电流小于下限值，则控制器u控制转换开关sw断开，
如果二次电流大于下限值，则控制器u控制转换开关sw保持闭合状态，
步骤3、控制器u启动自动转换功能，包括以下两种情况：
一、正常运行时的切换控制
当二次电流值小于下限值并持续设定时间t2后，控制器u控制转换开关sw断开，
当二次电流值大于上限值并持续设定时间t3后，控制器u控制转换开关sw闭合，
二、异常运行时的切换控制
当二次电流大于上限值后，在设定时间t3内检测电流在采样周期内电流的增幅，
如果电流的增幅大于增幅上限值，则控制器u控制转换开关sw闭合，
如果电流的增幅小于增幅上限值，则控制器u保持转换开关sw的状态。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。