一种用于交直流共存的电流互感器

技术领域

本发明涉及电流互感器技术领域，特别是涉及一种用于交直流共存的电流互感器。

背景技术

近年来，交直流输电工程、新型用电技术以及相关电力设备得到了较快发展，直流输电功率占全电网的比重，以及交直流电网互联的程度逐年增加。在负荷侧，随着电力电子技术的普及应用，电力系统中接入的非线性负荷数量不断增加，如：钢铁、石化、陶瓷、轨道交通等领域，导致负荷电流产生了一定的直流分量；在电源侧，光伏新能源发电中大量使用可控硅和变频设备同样会产生一定的直流分量。目前电力系统中用于电能表电流取样用低压电流互感器不能耐受直流分量也不具备测量直流分量电流的能力，导致存在直流分量时低压电能计量装置失准，因此造成的电能少计给电网企业带来了巨大的经济损失，也常常引起贸易纠纷。针对低压电流互感器在直流分量负荷下存在传变误差大的缺陷，需要一种交直流共存环境下磁芯结构电流互感器。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种用于交直流共存的电流互感器，解决低压电流互感器在直流分量负荷下存在传变误差大的技术问题。

一方面，提供一种用于交直流共存的电流互感器，包括：

相互串联的交流互感器、直流互感器；

所述交流互感器包括第一一次绕组和第一二次绕组，所述第一一次绕组与所述第一二次绕组之间设置第一金属芯，所述第一二次绕组均匀绕于所述第一金属芯上，所述第一一次绕组作为一次穿心导体绕于所述第一金属芯上；

所述直流互感器包括第二一次绕组和第二二次绕组，所述第二一次绕组与所述第二二次绕组之间设置第二金属芯，所述第二二次绕组均匀绕于所述第二金属芯上；

其中，所述第一一次绕组与所述第二一次绕组相互串联，所述第一二次绕组与所述第二二次绕组相互串联。

优选地，所述第一金属芯为环型铁芯，所述第一金属芯与所述第一二次绕组之间设置绝缘层。

优选地，所述第二金属芯为环形硅钢片铁芯，所述第二金属芯与所述第二二次绕组之间设置绝缘层。

优选地，所述第二金属芯上设置至少多个气隙，所述多个气隙等分所述第二金属芯，所述气隙的剖面平滑设置。

优选地，所述多个气隙中任一气隙与所述第二金属芯之间的夹角呈直角。

优选地，还包括：

补偿绕组，其内至少设置一短路匝线圈绕组、一分数匝线圈绕组，所述短路匝线圈绕组和所述分数匝线圈绕组相邻的绕于所述第二金属芯上。

优选地，所述补偿绕组内还设置至少一个补偿电容，所述补偿电容与所述分数匝线圈绕组相互并联。

综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的用于交直流共存的电流互感器，通过交流电流互感器与直流串联复合，充分利用硅钢片铁心和超微晶合金磁性能方面具有互补特性，将硅钢片材料和超微晶合金磁芯按一定比例组合成复合磁芯，实现在直流分量下的准确计量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例中一种用于交直流共存的电流互感器的示意图。

图2为本发明实施例中一种用于交直流共存的电流互感器的示意图。

图3为本发明实施例中一种用于交直流共存的电流互感器的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明提供的一种用于交直流共存的电流互感器的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述电流互感器包括：

相互串联的交流互感器CT1、直流互感器CT2；

所述交流互感器CT1包括第一一次绕组P1-P2和第一二次绕组S1-S2，所述第一一次绕组P1-P2与所述第一二次绕组S1-S2之间设置第一金属芯A，所述第一二次绕组S1-S2均匀绕于所述第一金属芯A上，所述第一一次绕组P1-P2作为一次穿心导体绕于所述第一金属芯A上；所述直流互感器CT2包括第二一次绕组P3-P4和第二二次绕组S3-S4，所述第二一次绕组P3-P4与所述第二二次绕组S3-S4之间设置第二金属芯B，所述第二二次绕组S3-S4均匀绕于所述第二金属芯B上；其中，所述第一一次绕组P1-P2与所述第二一次绕组P3-P4相互串联，所述第一二次绕组S1-S2与所述第二二次绕组S3-S4相互串联。可理解的，交流互感器CT1和直流互感器CT2串联实现本发明中新型结构的电流互感器，其中，第一一次绕组P1-P2与第二一次绕组P3-P4串联构成本发明中新型结构的电流互感器的一次绕组P1-P4，所述第一二次绕组S1-S2与所述第二二次绕组S3-S4串联构成本发明中新型结构的电流互感器的二次绕组S1-S4。

具体实施例中，所述第一金属芯A为环型铁芯，所述第一金属芯A与所述第一二次绕组S1-S2之间设置绝缘层。可理解的，所述交流互感器CT1由环型超微晶铁心、铜线构成，所述铜线均匀绕制于环形超微晶铁心上，层间用黄金膜绝缘构成所述第一二次绕组S1-S2；所述交流互感器CT1的一次绕组的第一一次绕组P1-P2，即为一次穿心导体。

具体地，所述第二金属芯B为环形硅钢片铁芯，所述第二金属芯B与所述第二二次绕组S3-S4之间设置绝缘层。所述第二金属芯B上设置至少多个气隙，所述多个气隙等分所述第二金属芯B，所述气隙的剖面平滑设置。所述多个气隙中任一气隙与所述第二金属芯B之间的夹角呈直角。可理解的，直流互感器CT2包括环形硅钢片铁心和铜线，所述铜线均匀绕制于环形超微晶铁心上，层间用黄金膜绝缘构成第二二次绕组S3-S4。

为了提升直流电流互感器的耐受直流能力，将第二金属芯B进行了特殊设计，设计了4个气隙，4个气隙等分环形硅钢片铁心，相邻气隙与圆芯的连线呈90°角；每个气隙的大小为4-6mm，气隙剖面平整光滑；环形硅钢片铁心用固定装置锁死，保障四个气隙大小固定。电流互感器铁芯气隙与铁芯的抗饱和能力成正比，与磁导率成反比。随着气隙lg的增大，铁芯的不饱和区间(工作区间)越来越大，磁导率也越来越小。而电流互感器的误差会随磁导率的变大而减小。因此增大铁芯的气隙，可提升电流互感器的抗饱和能力，但会造成磁导率的下降，使得误差增大。本专利提出的4-6mm气隙状态，电流互感器的误差最佳。

本发明的一个实施例中，为了进一步提升直流电流互感器的校验精度，本发明采用了特殊补偿设计，如图2和图3所示，所述的电流互感器还包括：

补偿绕组，其内至少设置一短路匝线圈绕组S5-S6、一分数匝线圈绕组S7-S8，所述短路匝线圈绕组S5-S6和所述分数匝线圈绕组S7-S8相邻的绕于所述第二金属芯B上。可理解的，在第二金属芯B上采用了短路匝补充、电容补偿、分数匝补偿以及减匝数补偿。在所述第二金属芯B上用铜线绕制至少1匝短路匝线圈绕组S5-S6，增加磁路的损耗，从而达到大幅度补偿角差的效果；在所述第二金属芯B上用铜线绕制所述分数匝线圈绕组S7-S8，通过分数匝补偿实现角差优化。

具体实施例中，所述补偿绕组内还设置至少一个补偿电容C，所述补偿电容C与所述分数匝线圈绕组S7-S8相互并联。可理解的，所述分数匝线圈绕组S7-S8并联补偿电容C，通过调容，实现比差优化，所述直流互感器CT2依据二次绕制理论设计值，再进行减匝数补偿，提升输出电流。

本发明的实施例中，首先采用短路匝，增加磁路的损耗，从而达到大幅度补偿角差的效果；但是短路匝的大负荷也会拉低二次电流，使得二次电流大幅减小，带来较大误差，基于此问题本发明提出采用减匝数的方式来补偿较大的比差，抬高二次电流；再设计补偿线圈并联补偿电容的方式来调整角差；用分数匝来调整比差。使得电流互感器误差满足需要的误差限值水平。

有直流分量时，CT1交流互感器饱和相当于一个小电阻，CT2直流互感器起主导作用，表现耐受直流特性，满足2级要求；无直流分量时，CT1铁芯起主导作用，满足0.2S级要求，从而实现了交直流共存环境下电流互感器的精准计量。

综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的用于交直流共存的电流互感器，通过交流电流互感器与直流串联复合，充分利用硅钢片铁心和超微晶合金磁性能方面具有互补特性，将硅钢片材料和超微晶合金磁芯按一定比例组合成复合磁芯，实现在直流分量下的准确计量。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。