CN112858986B - 一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路及校验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路及校验设备，所述一次绕组泄漏电流补偿电路，包括：第一阻容单元、第二阻容单元和运算放大器；其中，第一阻容单元的一端与连接点相连接，另一端与所述运算放大器的反向输入端相连接；第二阻容单元的一端与标准电流互感器的一次绕组的电流输入端相连接，另一端与所述运算放大器的输出端相连接；运算放大器的同向输入端与地相连接；所述补偿电路能够实现标准电流互感器一次绕组低电位的自动调整，在将串联的测量支路连接点的电位自动调整至0电位且保证测试过程中N点一直处于0电位的同时，能够对标准电流互感器的容性泄漏起到很好的补偿效果，能够保证对被测电流互感器的校验准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电测量技术领域，并且更具体地，涉及一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路及校验设备。
背景技术
标准电流互感器是用于检定校准电力互感器、电流传感器等大电流测量装置的标准设备。其基本原理如图1所示。其中W1和W2为一次绕组和二次绕组，两绕组共同绕制在一个铁芯上，一次电流在铁芯上产生磁通量，二次绕组通过耦合在二次产生与一次成比例的电流I2.设一次绕组和二次绕组的匝数分别为N1和N2，则理想情况下一次电流I1和二次电流I2满足：I 1/I2＝N2/N1。
然而在实际的电流互感器结构中，如图2所示，由于分布参数的存在，在一次绕组匝间，一次绕组与屏蔽结构间，以及一次绕组与外壳地之间均为存在分布电容，于是就会有部分电流通过分布电容流入大地，或其他部件，进而引起一次绕组流入和流出电流不相等，在铁芯中产生的磁通量耦合到二次时，便产生误差。而该部分容性泄漏误差与电路的分布参数有关系，为了使该部分误差稳定，电流互感器使用时均会要求一次绕组的接地端必须固定，这样可以时该部分误差固定下来，并采取补偿措施。在使用标准电流互感器进行误差校验时，会将被试电流互感器与标准电流互感器的一次串联，通过相同的一次电流，二次电流则连接至校验装置。然而此时，若将电流互感器的连接点直接接地的话，由于对地回路会有电流流过，导致标准与被试电流互感器的一次电流不相等，进而在校验时会引起误差。
于是此时，在一次绕组一般会采用Wagner接地技术，也有研究人员成为对称支路法，如图3所示。在电流互感器一次增加有Rw和Cw构成的调整支路，支路中间节点连接至地电位，使用指令仪测量接地节点与电流互感器连接点N之间的电位，调整Rw和Cw值，直至指令仪指0为止。这样N点的电位为地电位，但并没有直接接地，可保证两个电流互感器的正常工作。简单的理解便是通过电路结构，在接地点位置构造一个零电位，但该部分并没有真实的接地，该方法原理类似于西林电桥。该方法的缺点是，对于不同的电流互感器，该支路的参数均不相同，且在测试过程中，由于电流互感器的工作特性的差异，指令仪会出现不为0的状态，需要重新调零。
因此，需要一种能够自动调整N点0电位并对泄露电流进行补偿的电路。
发明内容
本发明提出一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路及校验设备，以解决如何在对被测电流互感器进行校验时保证连接点处于0点位且能够对标准电流互感器的一次绕组泄漏电流进行补偿的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路，所述一次绕组泄漏电流补偿电路，包括：第一阻容单元、第二阻容单元和运算放大器；其中，
所述第一阻容单元的一端与连接点相连接，所述第一阻容单元的另一端与所述运算放大器的反向输入端相连接；所述连接点为标准电流互感器的一次绕组的电流输出端和被测电流互感器的一次绕组的电流输入端的连接点；
所述第二阻容单元的一端与标准电流互感器的一次绕组的电流输入端相连接，所述第二阻容单元的另一端与所述运算放大器的输出端相连接；
所述运算放大器的同向输入端与地相连接；其中，根据所述运算放大器的输入端虚短的原理，所述连接点的电位与所述运算放大器的同相输入端相等，为0电位；根据所述运算放大器的输入端虚断的原理，所述连接点到运算放大器的反相输入端的电流为0；在所述运算放大器与标准电流互感器构成的回路中，所述标准电流互感器的输入端和输出端的电流完全相等，所述运算放大器能够对标准电流互感器的容性泄漏电流起到补偿作用。
优选地，其中所述一次绕组泄漏电流补偿电路，还包括：
缓冲器，用于当泄漏电流较大时，提供满足校验需求且与泄漏电流相等的电流输出至标准电流互感器一次绕组；
其中，所述缓冲器的输入端与所述运算放大器的输出端相连接，所述缓冲器的输出端与所述第二阻容单元的另一端相连接。
优选地，其中所述缓冲器的型号为BUF634。
优选地，其中所述第一阻容单元，包括：并联的第一电容和第一电阻；所述第二阻容单元，包括：并联的第二电容和第二电阻；
其中，所述第一电容、第一电阻、第二电容和第二电阻用于防止所述运算放大器的直流失调信号对所述标准电流互感器的一次绕组的影响。
优选地，其中所述第一电阻和第二电阻的取值范围均为：100Ω至1000Ω。
优选地，其中所述运算放大器的型号为ADA4522-1。
本发明还提供了一种电流互感器校验设备，所述电流互感器校验设备包括：标准电流互感器和如上所述的一次绕组泄漏电流补偿电路。
本发明提供了一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路及校验设备，通过在标准电流互感器的一次侧增加一个运算放大器构成的一次绕组泄漏电流补偿电路，能够实现标准电流互感器一次绕组低电位的自动调整，在将串联的测量支路连接点的电位自动调整至0电位且保证测试过程中N点一直处于0电位的同时，能够对标准电流互感器的容性泄漏起到很好的补偿效果，能够保证对被测电流互感器的校验准确度。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为电流互感器的基本原理图；
图2为实际电流互感器等效的电路图；
图3为采用Wagner接地技术对被测电流互感器进行校验的原理图；
图4为根据本发明实施方式的电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路400的结构示意图；
图5为根据本发明实施方式的有运算放大器构成的电流互感器零电位结构的示意图；
图6为根据本发明实施方式的一次绕组泄漏电流补偿电路的示例图；
图7为根据本发明实施方式的电流互感器校验设备700的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图4为根据本发明实施方式的电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路400的结构示意图。如图4所示，本发明实施方式提供的电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路，能够实现标准电流互感器一次绕组低电位的自动调整，在将串联的测量支路连接点的电位自动调整至0电位且保证测试过程中N点一直处于0电位的同时，能够对标准电流互感器的容性泄漏起到很好的补偿效果，能够保证对被测电流互感器的校验准确度。本发明实施方式提供的电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路400，包括：第一阻容单元401、第二阻容单元402和运算放大器403。
优选地，所述第一阻容单元401的一端与连接点相连接，所述第一阻容单元的另一端与所述运算放大器的反向输入端相连接；所述连接点为标准电流互感器的一次绕组的电流输出端和被测电流互感器的一次绕组的电流输入端的连接点。
优选地，所述第二阻容单元402的一端与标准电流互感器的一次绕组的电流输入端相连接，所述第二阻容单元的另一端与所述运算放大器的输出端相连接。
优选地，其中所述第一阻容单元，包括：并联的第一电容和第一电阻；所述第二阻容单元，包括：并联的第二电容和第二电阻；
其中，所述第一电容、第一电阻、第二电容和第二电阻用于防止所述运算放大器的直流失调信号对所述标准电流互感器的一次绕组的影响。
优选地，其中所述第一电容和第二电容的取值范围均为：1000μF至5000μF。
优选地，其中所述第一电阻和第二电阻的取值范围均为：100Ω至1000Ω。
优选地，所述运算放大器403的同向输入端与地相连接。其中，根据所述运算放大器的输入端虚短的原理，所述连接点的电位与所述运算放大器的同相输入端相等，为0电位；根据所述运算放大器的输入端虚断的原理，所述连接点到运算放大器的反相输入端的电流为0；在所述运算放大器与标准电流互感器构成的回路中，所述标准电流互感器的输入端和输出端的电流完全相等，所述运算放大器能够对标准电流互感器的容性泄漏电流起到补偿作用。
优选地，其中所述运算放大器的型号为ADA4522-1。
优选地，其中所述一次绕组泄漏电流补偿电路，还包括：
缓冲器，用于当泄漏电流较大时，提供满足校验需求且与泄漏电流相等的电流输出至标准电流互感器一次绕组；
其中，所述缓冲器的输入端与所述运算放大器的输出端相连接，所述缓冲器的输出端与所述第二阻容单元的另一端相连接。
优选地，其中所述缓冲器的型号为BUF634。
图5为根据本发明实施方式的有运算放大器构成的电流互感器零电位结构的示意图。如图5所示，在标准电流互感器CT1的一次侧增加一个精密运算放大器，运算放大器的同相输入端接地，运算放大器的反相输入端与用于被测电流互感器校验的连接点N连接，运算放大器的输出端与标准电流互感器的一次绕组的电流输入端，即I1端连接。CT2为被测互感器。按照运算放大器的输入端虚短的原理，N的电位与同相输入端相等，也就意味着为0电位。按照运算放大器的输入端虚断的原理，N点到运算放大器的反相输入端的电流为0。在运算放大器与CT1构成的回路中，标准电流互感器CT1由于分布参数，流入接地导体的容性泄漏电流均会通过运算放大器的接地端，再经过输出端流回CT1，这样对于CT1，其输入与输出电流就完全相等，实现了对CT1容性泄漏电流起到补偿作用。通过在标准电流互感器的一次增加一个运算放大器构成的反馈回路，实现了在将串联测量支路连接点调整至0电位的同时，也对电流互感器的容性泄漏起到了很好的补偿效果。本发明的电流补偿电路用在对被测电流互感器进行校验时，可根据电流互感器测量电流的变化，调整电路输出，始终保持上述效果。
另外，电流泄漏补偿电路不能连接在被测互感器上，如果连接在被测互感器上，被测互感器的误差会被改变，是不允许的。
图6为根据本发明实施方式的一次绕组泄漏电流补偿电路的示例图。如图6所示，一次绕组泄漏电流补偿电路中的U1可采用低失调电压的精密运算放大器ADA4522-1，U2为缓冲器，可选用BUF634，可以保证当泄漏电流较大时，电路可提供足够的电流输出。第一电容C1、第一电阻R1、第二电容C2和第二电阻R2共同用于防止放大器的直流失调信号对标准电流互感器一次绕组的影响。C1和C2的值应尽量大，一般可取1000μF到5000μF，电阻可选择100Ω到1000Ω之间，需根据电流互感器回路调整。A点连接于图5中的N点，B点连接至CT1的一次绕组的电流输入端，即I1端。在对被测电流互感器进行校验时，能够使连接点电位处于0电位状态，并对绕组泄漏电流进行补偿。
图7为根据本发明实施方式的电流互感器校验设备700的结构示意图。如图7所示，本发明实施方式提供的电流互感器校验设备700，包括：标准电流互感器701和一次绕组泄漏电流补偿电路702。其中，所述依次绕组泄漏电流补偿电路702和本发明实施方式的电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路400相同，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电流互感器的一次绕组泄漏电流补偿电路，其特征在于，所述一次绕组泄漏电流补偿电路，包括：第一阻容单元、第二阻容单元和运算放大器；其中，
所述第一阻容单元的一端与连接点相连接，所述第一阻容单元的另一端与所述运算放大器的反向输入端相连接；所述连接点为标准电流互感器的一次绕组的电流输出端和被测电流互感器的一次绕组的电流输入端的连接点；
所述第二阻容单元的一端与标准电流互感器的一次绕组的电流输入端相连接，所述第二阻容单元的另一端与所述运算放大器的输出端相连接；
所述运算放大器的同向输入端与地相连接；其中，根据所述运算放大器的输入端虚短的原理，所述连接点的电位与所述运算放大器的同相输入端相等，为0电位；根据所述运算放大器的输入端虚断的原理，所述连接点到运算放大器的反相输入端的电流为0；在所述运算放大器与标准电流互感器构成的回路中，所述标准电流互感器的输入端和输出端的电流完全相等，所述运算放大器能够对标准电流互感器的容性泄漏电流起到补偿作用。
2.根据权利要求1所述的一次绕组泄漏电流补偿电路，其特征在于，所述一次绕组泄漏电流补偿电路，还包括：
缓冲器，所述缓冲器的输入端与所述运算放大器的输出端相连接，所述缓冲器的输出端与所述第二阻容单元的另一端相连接。
3.根据权利要求2所述的一次绕组泄漏电流补偿电路，其特征在于，所述缓冲器的型号为BUF634。
4.根据权利要求1所述的一次绕组泄漏电流补偿电路，其特征在于，所述第一阻容单元，包括：并联的第一电容和第一电阻；所述第二阻容单元，包括：并联的第二电容和第二电阻；
其中，所述第一电容、第一电阻、第二电容和第二电阻用于防止所述运算放大器的直流失调信号对所述标准电流互感器的一次绕组的影响。
5.根据权利要求4所述的一次绕组泄漏电流补偿电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的取值范围均为：100Ω至1000Ω。
6.根据权利要求1所述的一次绕组泄漏电流补偿电路，其特征在于，所述运算放大器的型号为ADA4522-1。
7.一种电流互感器校验设备，其特征在于，所述校验设备包括：标准电流互感器和如权利要求1-6中任一项所述的一次绕组泄漏电流补偿电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |