半磁芯電流傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于高壓電器領域，具體涉及一種應用于電子式電流互感器的半磁芯 電流傳感器。
【背景技術】
[0002] 隨著電子技術的進步，近年來電子式電流互感器發(fā)展迅速。電子式電流互感器需 要一次電流傳感器，比如空心線圈、鐵芯線圈、霍爾效應元件和/或光學裝置。
[0003] 國家推薦標準GB/T20840. 8-2007《互感器第8部分：電子式電流互感器》的附錄 D公開了一次電流傳感器的兩個方案，一個是鐵芯線圈式低功率電流互感器（LPCT)方案， 另一個是空心線圈（羅哥夫斯基線圈）方案。
[0004] 鐵芯線圈式低功率電流互感器（LPCT)方案是傳統(tǒng)電磁感應原理電流互感器的一 種演進，就是在電磁原理電流互感器（CT)的二次輸出端接一個采樣電阻，采樣電阻上的電 壓與一次電流成正比，即為輸出信號。原來的CT要帶相當大的負荷，一方面是老式繼電器 動作需要一定功率來驅動，另外主要是二次電纜很長（從幾十米到上千米），因此高壓CT負 荷動輒幾十伏安，甚至上百伏安。在電子互感器中，采樣部分直接移到CT的二次線圈附近， 二次電纜變得很短（幾米甚至一米之內），因此可以大幅度降低二次負荷；同時，由于CT的 輸出電流直接供給采樣電阻，是設備內部的信號，不必按照原來5A或1A的標準值來設計， 可以設計成毫安級別，這樣就更可以大幅度降低CT二次負荷。這樣演化后的LPCT與傳統(tǒng) CT的最大區(qū)別是線圈輸出功率由幾十瓦（甚至上百瓦）降到毫瓦量級，因此在相同的鐵芯 截面積情況下，LPCT電子式電流互感器的測量范圍比傳統(tǒng)CT有明顯提升。LPCT方案采用 鐵芯CT做傳感器，因此準確度高，受溫度等環(huán)境因素影響小，現在的電子式電流互感器常 采用LPCT方案制作測量用電流互感器。
[0005] 空芯線圈方案是利用羅哥夫斯基線圈原理制作一次電流傳感器。所謂羅氏線圈原 理就是空心線圈的電壓輸出與一次電流的導數成正比，因此把空心線圈的輸出電壓積分后 就可以得到與一次電流成正比的信號。由于空心線圈沒有磁飽和問題，也沒有剩磁問題，動 態(tài)范圍廣，因此現在的電子式電流互感器常采用空心線圈方案制作保護用電流互感器。
[0006] 可以看出，鐵芯線圈LPCT方案與空心線圈積分方案是完全不同的兩個方案。LPCT 方案采用變壓器原理，由變壓器的"T"形等值電路可以知道，一次電流（折合后的值）幾乎 全部流入二次回路，一次電流和二次電流的差值就是勵磁電流，也就是LPCT的誤差電流。 由于鐵芯的存在，勵磁電流所占比例很小，即LPCT誤差很小，并且二次電流越接近一次電 流，誤差越小?？招木€圈積分方案則不同，空心線圈的輸出是電壓，即感應電勢減去內阻壓 降，所以二次回路的電流越小，即與一次電流（折合后）的差值越大，誤差越小。也可以從另 一個角度理解：一次電流幾乎全部用于空心線圈的勵磁，使空心線圈兩端產生足夠高的感 應電勢，這個感應電勢帶動后續(xù)的積分支路，以得到與一次電流成正比（而不是與一次電 流導數成正比）的輸出電壓，積分支路的阻抗越大電流越小，則空芯線圈里的內阻壓降越 小，最后得到的信號誤差越小。鑒于這個原因，國家推薦標準GB/T20840.8-2007中指出， 空心線圈積分方案中的積分部分一般不在線圈本體進行，而是后移到繼電器部分。而在現 實中，通常是在A/D轉換以后進行數字積分，這樣有利于降低空芯線圈的負載電流，從而降 低空芯線圈內阻壓降，最終減小測量誤差。
[0007] 上述兩個技術方案中，LPCT方案更適宜制作測量用電子式電流互感器，空心線圈 積分方案更適宜制作保護用電子式電流互感器，也有用LPCT方案制作保護用電子式電流 互感器的公開資料。上述兩個方案都是可行的，當前也都有廣泛應用。
[0008] 但是，上述技術方案中也存在明顯的不足，主要是：
[0009] 1、LPCT方案用于保護互感器時，仍存在剩磁、飽和問題，雖然比傳統(tǒng)互感器好了很 多，但對于全偏移短路電流來說，在C-0-C-0循環(huán)重合閘時還是容易飽和，引起電流測量誤 差，造成繼電保護裝置誤動作。
[0010] 2、設計實踐表明，即使將鐵芯線圈加開氣隙，LPCT方案也很難滿足互相矛盾的兩 方面要求：氣隙太?。ㄐ∮?. 3 % )，飽和問題無法徹底解決；氣隙太大（大于1 % )，勵磁電 流太大，誤差超標。
[0011] 3、空心線圈方案對于大電流測量有優(yōu)勢，比如幾十千安的短路電流；但是對于額 定電流以下小電流測量準確度很低，原因在于空芯線圈的電感值較小，感應電勢低。要增加 電感值就要增加銅線圈的匝數或者骨架的截面積，一方面增加成本，另一方面也大大增加 設備體積，喪失了電子式互感器的一個主要優(yōu)勢。
[0012] 4、空心線圈方案的一個很大缺點是積分環(huán)節(jié)造成的信號拖尾，即被測電流斷開 (為零）之后，互感器的輸出電壓不能及時歸零，無論硬件積分還是數字積分，信號拖尾問 題目前均未解決。嚴重的信號拖尾可能造成繼電保護裝置計算錯誤，引起誤動作。 【實用新型內容】
[0013] 本實用新型的目的是要克服現有技術的不足，實用新型一種半磁芯電流傳感器， 其用于電子式電流互感器的一次電流傳感和/或轉換，沒有鐵芯線圈電流互感器的剩磁問 題、沒有磁飽和問題；與空芯線圈積分方案相比，尺寸減小、節(jié)省銅、提高感應電勢以提高小 電流測量能力，同時基本沒有輸出拖尾問題。
[0014] 本實用新型是通過如下技術方案來實現的：
[0015] 即一種半磁芯電流傳感器，其特征在于包括環(huán)形半磁芯骨架、銅線圈、積分電阻、 積分電容器、泄放電阻和泄放電感，磁性骨架段與非磁性骨架段交替相連緊固成環(huán)形半磁 芯骨架，環(huán)形半磁芯骨架上繞有銅線圈，積分電阻與積分電容器串聯(lián)成積分支路，銅線圈的 兩端接積分支路兩端，泄放電阻與泄放電感串聯(lián)成泄放支路，泄放支路的兩端接積分電容 器兩端，積分電容器上的電壓為輸出信號。
[0016] 作為本實用新型的一個優(yōu)選方案：環(huán)形半磁芯骨架的非磁率為1 %至70%。
[0017] 作為本實用新型的一個優(yōu)選方案：泄放電阻的阻值不大于積分電容器通過泄放支 路放電的臨界電阻值。
[0018] 作為本實用新型的一個優(yōu)選方案：積分電阻值大于泄放支路阻抗值的10倍，泄放 支路阻抗值大于積分電容器容抗值的10倍。
[0019] 作為本實用新型的一個優(yōu)選方案：泄放電感為非線性磁芯電感。
[0020] 本實用新型首先將磁性材料的高相對磁導率和非磁性材料的不飽和特性結合起 來，制造一個等值相對磁導率yP較高、又不易磁飽和的環(huán)形骨架，本實用新型稱之為半磁 芯環(huán)形骨架。本說明書中，把半磁芯環(huán)形骨架中非磁性材料占整個環(huán)形骨架周長的比例稱 為半磁芯骨架的非磁率。與傳統(tǒng)CT的有氣隙環(huán)形鐵芯中氣隙僅占〇. 1%左右比例不同，本 實用新型的半磁芯骨架的非磁率要高很多，為1 %至70%。帶氣隙鐵芯CT中，鐵芯氣隙如 果過大，測量誤差很難滿足標準要求；與之相反，本實用新型中半磁芯骨架的非磁率如果過 小，測量誤差反而容易超標，這是由于本實用新型的技術方案與鐵芯線圈式互感器方案的 原理不同造成的。鐵芯線圈互感器方案的原理是：采樣電阻上的電壓與一次電流成正比； 本實用新型的原理是：積分電容器上的電壓與一次電流成正比。
[0021] 制作好半磁芯環(huán)形骨架以后，在其上纏繞銅線圈，銅線圈的兩端接積分電阻與積 分電容器，積分電阻與積分電容器串聯(lián)成積分支路，積分電容器上的