一种新型电流互感器的制作方法

1.本发明涉及一种新型电流互感器，特别是带有抽头的电流/电压变换器。


背景技术：

2.目前，公知的电流互感器征如下：
3.①
一次线圈绕过铁芯1匝或多匝，二次线圈根据电流的变比绕制圈数，根据理论计算二次侧的电流其中i1为一次侧电流，w1为一次侧线圈匝数，w2为二次侧线圈匝数，i2为二次侧电流。由以上公式可以看出的数值，决定了一二次电流的变化倍数，就可以把很大的电流变成很小的电流便于测量，同时，一、二次之间也可以设计有绝缘结构，一次侧即使有很高的电压，二次侧也可以保持很低的电压，保证运行维护的安全。
4.②
由于电流互感器一次侧匝数较少，二次侧匝数较多(一般都要降低电流以便测量)，而一次侧电流线圈要串接在负载回路，只受负载控制，互感器的励磁电流就有可能很大，这就需要把二次侧线圈短路(中间只可以串接电流表等低阻抗负载)，让一次侧的电流一部分作为激磁电流产生激磁磁通，而大部分电流通过二次绕组流过。一但二次绕组开路，激磁电流过大，铁芯饱和，在二次侧会产生很高的电压，造成设备损坏，而且铁芯也有可能永久损坏；
5.③
在有的一次回路中，一次电流变化范围很大，可能从50ma变化到50a，而电流互感器的变比却是恒定不变的，只能按最大电流选择(例如50a/1a)，一次侧50ma时二次侧输出电流只有1ma，这时由于不在铁芯的磁化曲线的线性区间，测量误差会很大(角差和比差)，严重时影响正常的保护判断；
6.④
为了解决电流变化范围过大的问题，二次侧线圈可以使用抽头，按一次侧电流的大小来改变二次侧线圈的匝数，但这会带来如下问题：
7.a.运行使用时只能使用一个抽头，不能同时使用两个以上抽头同时读取数据，找最准确的数据读取，因为一但第二个抽头接上负载，激磁电流就会被分流一部分，测量误差急剧增加，无法使用；
8.b.运行使用时可以带电更换抽头，但需先把要用的抽头之间接好负载，而后再断开原来抽头之间接入的负载。这样操作不但不够安全，在有些场合无法实现，而且也会造成短时间内测量功能尚失，影响运行安全；


技术实现要素：

9.对于现有技术存在的上述缺陷和问题，本发明提供了一种提供多个抽头(多变比)，每个抽头可以同时带有测量回路负载，读取数据时只读取变比与一次电流最接近的抽头测得的数据，而且根据数字线路的需要，直接把电流信号转换成电压信号，方便a/d转换。
10.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.该一种新型电流互感器包括：铁芯；平衡绕组；一次导线；平衡绕组负载；二次绕
组；负载阻抗等。
12.上述的一种新型电流互感器，其特征在于，该一种新型电流互感器还包括：在电流互感器铁芯上绕有平衡绕组，并接有平衡绕组负载。再在铁芯上绕上二次测量绕组，该二次测量绕组可以有多个抽头，同时测量一次侧电流，但以变比最接近一次侧电流的抽头输出的数值为准。
13.有益效果
14.①
保证在很大的范围内都有很高的测量精度；
15.②
当一次电流很小，尤其用作零序电流互感器，一次测电流最大时有可能达到50a，但在高阻接地时，零序电流不足50ma。如果使用50/1a的变比，二次侧输出电流只有1ma，分辨率极低，含有的干扰信号也十分多，给故障判断带来了极大的困难。如果使用该新型电流互感器，有三个抽头：10a/10v、20a/10v、50a/10v，一次侧零序电流50ma时，各个抽头输出的电压分别是：50mv、25mv、10mv，小变比抽头的分辨率与最大变比的分辨率相比较，提高了5倍。如果三个抽头设置成1a/10v、20a/10v、50a/10v，一次侧零序电流50ma时，各个抽头输出的电压分别是：500mv、25mv、10mv，分辨率提高了50倍，这对于配电网最常发生的高阻接地故障的判断极为有利。
16.③
当一次侧电流出现50a电流时，1a/10v的输入回路会有保护元件保护，防止过压烧坏；
17.④
在原来电流互感器的基础上只增加了一个平衡绕组和负载(电阻)，结构简单、造价低廉。
18.说明书附图说明
19.图1为该一种新型电流互感器没有接入电压负载回路时的等效电路图；
20.图2为该一种新型电流互感器接入电压负载回路时的等效电路图；
21.图3为该一种新型电流互感器用在零序电流互感器中的示意图。
22.图中：1-电流互感器铁芯；2-平衡绕组；3-a相一次导线；4-平衡绕组负载电阻；5-b相一次导线；6-c相一次导线；7-二次电压输出绕组；8-第一个抽头负载；9-第二个抽头负载；10-第三个抽头负载；11-第四个抽头负载。
具体实施方式
23.该一种新型电流互感器包括：
24.(1)电流互感器铁芯1-聚集磁场传递电磁能量用；
25.(2)平衡绕组2-接上负载后分流部分一次电流，只有部分激磁电流产生激磁磁通，以让电流互感器铁芯1内的磁通保持基本恒定；
26.(3)a相一次导线3-一次回路导电用；
27.(4)平衡负载电阻4-串接在平衡绕组中，以维持激磁磁通在一定的范围内，既不饱和也不要过小以保证有足够的能量传递能力；
28.(5)b相一次导线5-一次回路导电用；
29.(6)c相一次导线6-一次回路导电用；
30.(7)二次电压输出绕组7-感应出输出电压用，与一次电流成线性比例；
31.(8)第一个抽头负载8-模拟负载用；
32.(9)第二个抽头负载9-模拟负载用；
33.(10)第三个抽头负载10-模拟负载用；
34.(11)第四个抽头负载11-模拟负载用；
35.下面结合说明书附图1～说明书附图3及具体实施方式对本发明作进一步说明：
36.1.一种新型电流互感器构结构要点：
37.①
在电流互感器铁芯上增加一个平衡绕组，并接有平衡负载；
38.②
平衡绕组及负载构成了一个分流回路，使电流互感器铁芯内产生一个基本稳定的激磁磁通；
39.③
在电流互感器铁芯上绕制的输出电压绕组，由于是电压输出，只要各个抽头负载侧输入阻抗足够大且相对恒定，输出电压绕组输出的电压就与一次侧电流成线性关系，可以直接测量出一次侧电流；
40.④
由于输出电压绕组可以有多个抽头，各个抽头输出的电压可以同时检测，随时都是用分辨率最高的抽头输出的电压信号，保证分辨率始终最高，并且实时在线检测，这对电网安全十分必要。
41.2.新型电流互感器工作原理：
42.在输出电压绕组没有接入负载的情况下，电流互感器的等效电路图见说明书附图1。其中：r
1-一次侧绕组的电阻；x
1σ-一次绕组的泄漏感抗；r
m-激磁回路的铁损等效电阻；x
m-激磁回路的等效感抗；r
2-平衡绕组等效电阻；x
2-平衡绕组等效感抗；r
0-平衡绕组负载电阻；i
1-一次侧电流；i
p-平衡绕组负载电流；i
m-激磁电流。
43.由于负载电阻r0较小，一次侧电流绝大部分被分流到i
p
，只有部分电流im作为激磁电流维持基本恒定，也就维持了铁芯内磁通的基本稳定。
44.当输出电压绕组接入负载的情况下，电流互感器的等效电路图见说明书附图2。其中：r
3-二次侧绕组第一个抽头的等效电阻；x
3-二次侧绕组第一个抽头的泄漏感抗；r
4-二次侧绕组第二个抽头的等效电阻；x
4-二次侧绕组第二个抽头的泄漏感抗；r
5-二次侧绕组第三个抽头的等效电阻；x
5-二次侧绕组第三个抽头的泄漏感抗；r
6-二次侧绕组第四个抽头的等效电阻；x
6-二次侧绕组第四个抽头的泄漏感抗；i
1-一次测电流；i
p
′‑
平衡绕组负载电流；im′‑
激磁电流；i
l-负载电流；r1～r4-第一到第四个抽头分别接入的负载电阻；i
1l
～i
4l-第一到第四个抽头分别输出的负载电流。
45.参见说明书附图2，平衡绕组负载电阻r0一般选得比较小，一次电流i1绝大部分被平衡绕组负载电流i
p
′
分流，而二次负载阻抗(一般都是阻性)r1～r4阻值都很大(一般达到r0值的一千倍以上)，这样二次负载电流i
l
相对于激磁电流im′
、平衡绕组负载电流i
p
′
来说很小，所占的比例更小，这样，二次侧输出的电压就与二次匝数成正比、与激磁磁通成正比例，也就与一次电流成正比例关系，尤其当r1～r4保持不变的情况下，输出电压与一次电流之间的比例关系误差以及角度误差就可以很小了，满足了对电流的测量要求。
46.下面结合具体实施例(参见说明书附图3)，对本发明详细描述。
47.在小电流接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地系统)中，发生单相接地故障会产生一个零序电流，但是由于高阻接地的情况占绝大多数，产生的零序电流都很小(几百毫安居多)，而用于测量零序电流的零序电流互感器的变比大多是20a～50a/1a，换算到二次侧电流只有几毫安，伴随着干扰分量二次设备很难辨别区分，对电网安全运行影响很大。
如果直接选用小变比的电流互感器，当出现大的零序电流时，铁芯会饱和、发热甚至损坏，也对电网不利。
48.采用带有平衡绕组的电流互感器，二次绕组带有抽头直接输出电压(对应的变比可以是：5a/10v、20a/10、50a/10v)，各个抽头输出的电压全部实时检测，用最合适的抽头输出的电压作为依据，既不会出现铁芯饱和也不会出现分辨率过低的情况，一举两得。
49.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。