CN212646872U - 一种差分式高频电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种差分式高频电流传感器，包括壳体（6），所述壳体（6）内设有磁环（1）和绕设于磁环（1）上的二次绕组（2），所述壳体（6）上开设有从磁环（1）中部穿过的一次导体穿孔（4），以让差分式一次载流导体穿过，所述壳体（6）上开设有输出端子出线槽（3），以让二次绕组（2）的输出端子（5）穿出。该传感器有利于提高串联电弧故障信号采集的准确性、可靠性和安全性。

Description

一种差分式高频电流传感器

技术领域

本实用新型涉及电子传感器件领域，具体涉及一种差分式高频电流传感器。

背景技术

低压配电线路中，正常状态的稳态电流可达数安甚至几十安，频率为工频50Hz，而通过实验发现，当串联电弧故障发生时，电流幅值基本不发生变化，但电弧电流中含有丰富的噪声，其频率可达几十kHz甚至MHz以上。由此看出，采集故障发生时电弧电流高频信号，可以作为电弧故障发生的依据。在低压配电网的串联故障电弧检测中，为了检测电弧发生时的电流的高频噪声，需要选用能够采集暂态、高频电流信号的电流传感器。传统的采用硅钢材料制成的电流互感器适用于工频范围内的电流信号的采集，但无法用于高频电流信号的采集。高频电流传感器能够采集低功率小电流高频信号，但对于电流较大的低压配电线路，高频电流传感器的磁芯容易产生饱和现象，致使输出信号失真，传遍特性变差。为了避免饱和现象，通常采用增大磁芯内外径，增大体积，磁芯开气隙等方法减小磁芯内部磁通的大小，这限制了高频电流传感器的应用范围。

现有的用于串联故障电弧电流信号采集的方法存在如下缺点及不足：（1）分流器需要串联接入被测线路中，采集到的信号为全频段范围内的电流信号，需要增加信号调理电路对信号进行滤波，得到高频故障电弧信号，该方法增加了硬件成本，且由于分流器与被测线路没有电气隔离，可能存在安全问题，危害操作人员和测量仪表的安全。（2）电磁式电流互感器本质是一个变压器，一次侧需要串接在被测电路中，且二次侧不能开路，互感器与被测电路也没有电气隔离，依然无法确保人身和仪表安全问题。（3）霍尔效应传感器性能稳定可靠，可以测量直流、交流和复杂的电流波形，原副边电气隔离。但测量带宽较窄，存在较大的响应时间，温漂大，测量高频时，涡流损耗大，不适于高频故障电流信号的测量。（4）空心罗氏线圈线性度好、带宽可到MHz，不会出现磁芯饱和问题，是理想的高频电流传感器。但空心罗氏线圈由于不存在铁磁磁芯，其空气磁芯相对磁导率约为1，二次绕组的感应电压很小，导致测量的灵敏度很低，通常该传感器适用于高频大电流测量场合，而很少用于低压配电网故障电弧检测。（5）为了增大输出响应，大多数使用的是磁芯罗氏线圈。根据前述低压配电网串联故障电弧的电弧电流的特点，可以考虑采用高频磁性材料作为传感器磁芯，由于高频磁材料相对磁导率是真空磁导率的几十倍甚至几千倍，二次绕组的感应电压可以满足测量需要。磁芯罗氏线圈虽然比空心罗氏线圈响应大很多，但由于磁芯罗氏线圈的磁芯饱和问题，限制了这种传感器的应用场合。高频磁芯的饱和磁感应强度一般较低，如果被测电流过大而使磁芯工作点进入磁化曲线的饱和区，磁芯的磁导率将急剧下降，失去传感效果。（6）电弧故障电流互感器需要安装在干路上，当小功率负载支路并联由大功率负载时，如果小功率负载支路发生电弧故障，含有高频噪声小电流会被大功率负载的大电流屏蔽掉，常用的电流互感器很难解决该问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种差分式高频电流传感器，该传感器有利于提高串联电弧故障信号采集的准确性、可靠性和安全性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种差分式高频电流传感器，包括壳体（6），所述壳体（6）内设有磁环（1）和绕设于磁环（1）上的二次绕组（2），所述壳体（6）上开设有从磁环（1）中部穿过的一次导体穿孔（4），以让差分式一次载流导体穿过，所述壳体（6）上开设有输出端子出线槽（3），以让二次绕组（2）的输出端子（5）穿出。

进一步地，所述一次导体穿孔（4）包括平行设置的两个贯穿孔，以在使用时同时穿过零线和火线。

进一步地，所述磁环（1）为由高频软磁材料制成的高频磁环，所述磁环被一次载流导体上的被测电流磁化，随着被测电流的交变而交变。

进一步地，所述二次绕组（2）的缠绕角度小于360°，即未绕满所述磁环（1）。

进一步地，所述输出端子出线槽（3）开设于外壳（6）下方，所述输出端子（5）穿出后连接采样电阻，输出采样信号。

进一步地，所述磁环（1）与壳体（6）之间填充环氧树脂或热塑性材料，以将传感器浇注成型。

进一步地，所述差分式高频电流传感器应用于所要保护线路区段的干路上。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

（1）该传感器采用差分式穿线方式来采集电弧电流的高频信号，即火线和零线同时穿过互感器，这样可以使绝大多数电流产生的磁场抵消，磁芯中的剩余磁通（磁链）很小，磁芯始终工作在低磁通密度状态，不会出现磁芯饱和问题，解决了高频电流互感器在低压配电网电弧故障检测中因电流过大而产生的磁芯饱和问题。

（2）该传感器与被测电路实现了电气隔离，仅依靠磁耦合原理，即可将串联电弧故障发生时的一次侧载流导体的高频信号转换成电压采集输出，避免了传统的分流器、电磁式电流互感器与被测电路连接而带来的对操作人员和测量仪表的安全问题。

（3）将该传感器应用于采集串联故障电弧发生时的高频电流信号，有效地解决了单一性负载和大多数大功率屏蔽性负载的串联故障电弧辨别问题，避免了传统利用电流互感器采集故障发生时的低频电流信号所导致的误判和漏判问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图（去掉前盖）。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供了一种差分式高频电流传感器，应用于所要保护线路区段的干路上，如图1所示，包括壳体6，所述壳体6内设有磁环1和绕设于磁环1上的二次绕组2，所述壳体6上开设有从磁环1中部穿过的一次导体穿孔4，以让差分式一次载流导体穿过，所述壳体6上开设有输出端子出线槽3，以让二次绕组2的输出端子5穿出。在本实施例中，壳体6由主壳体和前盖组成，图1是该传感器去掉前盖后的结构示意图。

所述差分式一次载流导体具有两根载流导体，其上电流等值反向，两根载流导体垂直穿过传感器，两根载流导体的偏心距影响传感器一次导体和二次绕组的互感。所述一次导体穿孔4包括平行设置的两个贯穿孔，以在使用时同时穿过零线和火线，即差分式一次载流导体的两根载流导体。

在本实施例中，所述磁环1为由满足带宽要求的高频软磁材料制成的高频磁环，所述磁环被一次载流导体上的被测电流磁化，随着被测电流的交变而交变。所述高频软磁材料可以是铁氧体、磁粉芯等。所述二次绕组2采用铜芯漆包线，其缠绕角度介于0°和360°之间，即未绕满所述磁环1，较佳值为180°，但不局限于该角度，用于随着磁环上的交变磁通产生感应电压。所述磁环1与壳体6之间填充环氧树脂或热塑性材料这类容易固化的绝缘材料，以将传感器浇注成型。

所述输出端子出线槽3开设于外壳6下方，所述输出端子5穿出后连接采样电阻，输出采样信号。从输出端子出线槽3引出的双输出端子5上并接无感或低感采样电阻，以减小采样电阻自身电感对传感器输出响应的影响。

在本实用新型的其他实施例中，还可以在传感器垂直截面两侧安装环形金属片，作为屏蔽罩，以避免可能的外界磁场干扰。

本实用新型的差分式高频电流传感器，克服了空心罗氏线圈响应小、磁芯罗氏线圈饱和问题，使得二次绕组输出响应较大，磁芯不会饱和。该传感器还能克服大功率负载对小功率故障支路造成的故障信号屏蔽问题。该传感器能够有效用于低压配电网的串联故障电弧信号的采集，且不需要后续信号调理电路（积分器、滤波电路），对硬件要求低，有效地降低了成本。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种差分式高频电流传感器，其特征在于，包括壳体（6），所述壳体（6）内设有磁环（1）和绕设于磁环（1）上的二次绕组（2），所述壳体（6）上开设有从磁环（1）中部穿过的一次导体穿孔（4），以让差分式一次载流导体穿过，所述壳体（6）上开设有输出端子出线槽（3），以让二次绕组（2）的输出端子（5）穿出。

2.根据权利要求1所述的一种差分式高频电流传感器，其特征在于，所述一次导体穿孔（4）包括平行设置的两个贯穿孔，以在使用时同时穿过零线和火线。

3.根据权利要求1所述的一种差分式高频电流传感器，其特征在于，所述磁环（1）为由高频软磁材料制成的高频磁环，所述磁环被一次载流导体上的被测电流磁化，随着被测电流的交变而交变。

4.根据权利要求1所述的一种差分式高频电流传感器，其特征在于，所述二次绕组（2）的缠绕角度小于360°，即未绕满所述磁环（1）。

5.根据权利要求1所述的一种差分式高频电流传感器，其特征在于，所述输出端子出线槽（3）开设于壳体（6）下方，所述输出端子（5）穿出后连接采样电阻，输出采样信号。

6.根据权利要求1所述的一种差分式高频电流传感器，其特征在于，所述磁环（1）与壳体（6）之间填充环氧树脂或热塑性材料，以将传感器浇注成型。

7.根据权利要求1所述的一种差分式高频电流传感器，其特征在于，所述差分式高频电流传感器应用于所要保护线路区段的干路上。

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