专利名称：一种低功耗电子式电流互感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电陶瓷新技术和反射式光纤位移传感器技术在电力系统电流测量 领域的应用，所推出的低功耗电子式电流互感器，是一种新型无源电子式高压电流互感器。
背景技术：
电流互感器在电力系统中应用非常广泛，是电厂、变电站必备的设备之一，是电力 系统的“眼睛”，它用于各种电流的测量和转换，作为对电费计量、电网的正常运行及故障时 提供可靠的模拟量或数据信息的设备。目前，电力系统中的电流互感器的主要有几类第一类是的电磁式电流互感器，其优点是原理成熟，测量精度及暂态响应特性较 好。但在高压大电流运行环境下，这类电流互感器需要大量的绝缘材料来解决原副边绕组 的绝缘以及对地绝缘问题，尤其当二次开路时，二次回路高电压会直接对相关二次设备造 成损害，甚至发生危险，导致重大事故。第二类是光电式互感器，它的特点是无饱和，高精度，线性度好，体积小，重量轻， 可靠性、安全性高等。光电互感器的采集器单元(包括电流电压传变和信号处理等)与电 力设备的高电压部分等电位，高低压之间连接全部使用光纤，将一次电流或电压转变为小 电压信号，就地转换为数字量，通过光纤传输给保护、测量和监控等设备使用。但是基于法 拉第效应的光电式电流互感器无法避免光纤的诱导线性双折射问题，温度稳定性和抗干扰 性相对比较差，从而对外部环境和制造工艺要求比较高，目前比较难以形成工业化产品，广 泛地推广应用。第三类是罗氏线圈电子电流互感器。其目前的制造工艺趋于成熟，但是由于其输 出信号微弱，需在高压侧对信号加以处理并放大，并且光源持续供能的稳定问题和抗干扰 能力仍然是困扰它的主要问题，高压侧的信号处理系统也使它无法做到无源化。

发明内容
本发明的目的，旨在提出一种绝缘结构简单，暂态特性良好，采用光纤传输信号， 并能广泛应用的低功耗型电子式电流互感器。按照本发明提供的低功耗电子式电流互感器，利用开口铁心式电磁电流互感器做 传感系统的第一级，该电磁式电流互感器的输出端接一高精密电阻，以此将电流信号转化 成电压信号，该电压信号经一升压型电压互感器放大后加到固定的薄片型压电陶瓷上，反 射式光纤位移传感器的光纤探头距离薄片型压电陶瓷片大约为2mm左右，通过非接触式测 量把薄片型压电陶瓷片的逆压电效应产生的振动量转换为相应的光强度的变换量，通过光 强度信息来反映电流的大小和方向。将光强度信号转换成电信号后，进行A/D转换后输出 所测电流的数字化信息，送入数字化变电站的合并单元中，这样就完成了大电流测量的全 过程，也实现电子式电流互感器的无源化和高、低压的完全隔离。本发明中的低功耗电子式电流互感器，它采用反射式光纤位移传感器的非接触式测量技术除了对二次侧的电气元件有效进行隔离的同时，同时也实现了电子式电流互感器 的无源化。运行时，传感部分均处于高电位，其对地绝缘由环氧树脂灌封和光纤来实现。上述低功耗电子式电流互感器的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对绝缘 结构的要求比较简单，精度满足电能计量和保护控制的要求，动态稳定性能良好，能长期稳 定运行，属于一种低功耗电子式电流互感器产品。


图1 薄片型压电陶瓷逆压电效应特性原理2 低功耗电子式电流互感器测量原理3 低功耗电子式电流互感器输入-输出特性4 低功耗电子式电流互感器内部结构图1.绝缘外壳2开口铁心式电磁电流互感器3环氧树脂4高精密电阻5升压电压互感器6薄片型压电陶瓷7紧固件8光纤探头9绝缘套管10光纤11低功耗电子式电流互感器底座12反射式光纤位移传感器
具体实施例方式以下结合上述各附图，详细说明本发明。本发明中低功耗电子式电流互感器的传感系统以开口铁心式电磁电流互感器1 为传感基础，其二次侧接入一高精密电阻3，将二次电流转换为电压。该电压经过升压电压 互感器5升压后，得到的电压&与一次电流呈线性关系UazI1(1)将υ加在薄片型压电陶瓷6 (厚度大约在0.5mm左右)的两极。参见图1，本发明 中所采用薄片型压电陶瓷6受到电压^作用时，利用其逆压电效应，把升压电压互感器5输 出电压U的幅值、方向的变化量转化为薄片型压电陶瓷6的应变量，这是把电能转换成为机 械能的关键环节。经过大量的实验数据证明在一定的应变范围内，薄片型压电陶瓷6应变 相量与电压相量成正比，具有很好的线性度，如式2所示A5oc￡T(2)薄片型压电陶瓷6的灵敏度很高，其驱动电流通常在ΙΟμΑ以下。这种采用薄片 型压电陶瓷6的逆压电效应，把大电流相量线性地转换为微振动应变量的方法，实现了在 电流互感器二次侧的有效电气隔离。除了采用压电陶瓷的新技术，本发明首次把反射式光纤位移传感器12也引入到 电力系统的电流测量当中。反射式光纤位移传感器是一种原理简单，设计灵活，性能稳定， 造价低廉，抗干扰能力强的光电测量装置。本发明通过其光纤探头8的非接触测量方式，把 薄片型压电陶瓷6的应变量转换成为与幅值大小成正比的接收光强度的变化量(反射式光 纤位移传感器以电压向量形式来表征光强度变化量)，见图1，表达式如下Jn ocAS(3)
由(1)、(2)、(3)可得出反射式光纤位移传感器的输出与一次电流的关系
权利要求
1.一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于利用开口铁心式电磁电流互感器(2) 做传感系统的第一级，在该开口铁心式电磁电流互感器O)的输出端接一电阻，以此将电 流信号转化成电压信号，该电压信号经一升压型电压互感器( 加到固定的薄片型压电陶 瓷(6)上，反射式光纤位移传感器(12)的光纤探头(8)距离薄片型压电陶瓷(6)大约为 2mm左右，由此测得薄片型压电陶瓷(6)由于电压作用产生的应变量，由此获得了一次电流 的信息，送入到A/D转换单元，信号最终输出到数字变电站的低压合并单元，这样就完成了 大电流测量的全过程，也实现电子式电流互感器的无源化和高、低压完全隔离。
2.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于采用开口铁心式 电磁电流互感器(2)作为传感的第一级，输出电流信号。
3.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于利用高精密电阻 (4)来将电磁式电流互感器的输出电流转换为电压信号。
4.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于采用升压型电压 互感器( 将电压信号放大。
5.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于将放大后的电压 信号加到薄片型压电陶瓷(6)两极，薄片型压电陶瓷(6)厚度大约在0. 5mm左右，由薄片型 压电陶瓷(6)的逆压电效应所产生的应变来获得被测电流的信息。
6.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于采用反射式光纤 位移传感技术，通过非接触式测量把薄片型压电陶瓷(6)的逆压电效应产生的振动量转换 为相应的光强度的变换量，通过光强度信息来反映电流的大小和方向。
7.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于光强度信号通过 光纤(10)来传输，在电流互感器的二次侧转换为电信号，进行A/D转换后输出所测电流的 数字化信息，送入数字化变电站的合并单元中，完成电流互感器信号转换的所有过程。
8.如权利要求1所述的一种低功耗电子式电流互感器，其特征在于传感部分整体运 行在高电位，开口铁心部分采用环氧树脂C3)灌封，再用绝缘套管(9)按照6 IOkV电压等 级的标准进行外部封装，低功耗电子式电流互感器的对地绝缘由绝缘套管(9)和光纤(10) 共同完成，实现高、低压完全隔离。
全文摘要
本发明提出一种低功耗电子式电流互感器，采用开口铁心式电磁电流互感器作为传感系统的第一级，用一高精密电阻将开口铁心式电子电流互感器的输出变为电压信号，再经由一个升压电压互感器升压后加到薄片型压电陶瓷的两极，使之产生相应的应变，利用反射式光纤位移传感器测得这个应变，从而实时地反映了一次电流的参量信息。低功耗电子式电流互感器的传感部分整体运行在高电位，对地绝缘由绝缘套管和光纤共同完成，实现高、低压完全隔离。该低功耗电子电流互感器实现了对电子式电流互感器的无源化，绝缘结构简单，抗干扰能力强，易于维护。
文档编号G01R15/18GK102129909SQ20101000081
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者魏孝铭 申请人:华云逸力(北京)光纤传感技术有限公司