专利名称：带铁芯式雷电流传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电流测量装置，具体是一种带铁芯式雷电流传感器，适用于 高频或脉冲大电流的测量。
背景技术：
目前，用于脉冲大电流测量的传感器主要有两种，即电阻分流器和罗氏线圈。电阻分流器只适宜测量IOkA以下的电流；对于IOkA以上的电流，虽然可采用多 个电阻分流器并联的方式进行测量，但并联后整套装置的体积将会十分庞大、笨重。工业用 电阻分流器的准确度通常虽标称为0. 5级，但当其用于测量大电流时，因自身温度变化将 导致电阻值发生变化，从而将严重影响其测量准确度。同时，当采用电阻分流器测量快速变 化的脉冲大电流时，由于分流器存在集肤效应，使得它的电位输出端的电压会发生时移。此 外，使用电阻分流器测量雷电冲击大电流时还存在以下两个方面的缺陷其一，测量时必须 将分流器一次回路断开并接入被测回路，给安装使用带来很多不便，并且分流器的接入还 会影响到被测电流回路的电气参数；其二，由于分流器一次回路与二次回路没有电气隔离， 故其不适用于微机继电保护等含有计算机的计量设备或控制装置。与电阻分流器相比，罗氏线圈本身与被测电流回路没有直接的电气联系，而是通 过电磁场耦合实现对大电流的测量，因此与被测回路有着良好的电气绝缘。罗氏线圈测量 频率范围宽(一般为0. 1 100MHz，特殊设计的罗氏线圈可达2000MHz的带宽)，线圈自身 的上升时间小(如nS数量级)，测量准确度高(一般为0.5% 2%之间，特殊设计的罗氏 线圈可优于0. 1 % )，易于以数字量输出，从而实现测量数字化、网络化和自动化，且不会产 生易燃、易爆等危险，符合环保要求。目前国内使用的罗氏线圈多为空心罗氏线圈。空心罗氏线圈避免了使用铁芯时所 带来的损耗及非线性影响，但此时回路中的电感主要由线圈提供，自积分条件不易满足，因 此空心罗氏线圈所需的线圈匝数较多，体积较大。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有空心罗氏线圈存在的缺点，提供一种用于雷电流 监测的带铁芯式雷电流传感器。本实用新型为了解决上述技术问题的技术方案如下带铁芯式雷电流传感器，它由绝缘保护层1、活动接头2、信号引出头3、铁芯4、绝 缘外皮5、感应线圈6、信号电阻7和瞬态电压抑制器8组成；该传感器为环形，绝缘保护层 1为开口环形管，绝缘外皮5为圆筒状，信号电阻7是金属膜电阻；各部件位置和连接关系 如下铁芯4埋设在绝缘外皮5圆筒中；感应线圈6绕制在绝缘外皮5外表面上，其末端 从绝缘外皮圆筒内、铁芯间穿过；信号电阻7与瞬态电压抑制器8并联后接于感应线圈6首 末两端；绝缘保护层1将上述铁芯4、绝缘外皮5、感应线圈6、信号电阻7、瞬态电压抑制器8封装在其空腔内，弯曲成环状并通过活动接头2联成闭合圆环；信号引出头3固定在活动 接头2上。上述绝缘保护层ι是采用PI3R材料制成的开口环形管。本实用新型具有下列优点和积极效果1.本实用新型体积小，重量轻，结构简单，造价低廉，设计有活动接头，易于安装使用。2.本实用新型雷电冲击电流的测量范围为3kA 150kA ；输出信号稳定性好、线性 好，精度能满足相关测量要求，其测量误差能控制在3%以内；自感系数大、内阻小且易于 实现自积分结构。3.本实用新型装置内装设有瞬态电压抑制器，可限制输出电压，对信号测量电子 模块中的精密元器件起保护作用。4.本实用新型本身无需装设金属屏蔽层。

图1是本实用新型带铁芯式雷电流传感器外观示意图；图2是本实用新型带铁芯式雷电流传感器内部结构示意图；图3是活动接头示意图。图中绝缘保护层1、活动接头2、信号引出头3、铁芯4、绝缘外5、感应线圈6、信号 电阻7、瞬态电压抑制器8。
具体实施方式
本实用新型的使用方法和工作原理为工作时被测载流导体从带铁芯式雷电流传感器的中心穿过，根据电磁感应定律， 传感器的输出电压与被测电流成微分关系，为此，为还原出被测电流，使线圈的输出电压与 一次电流的实际相位一致，在端口处增加积分器对感应电势进行积分处理即可。本实用新型与被测载流导体之间通过磁场耦合进行大电流的精确测量，无需与被 测电流回路的电气连接，故可以实现高低压之间的隔离。本实用新型选用电阻采样法进行信号采样，该方法适用于高频信号的测量当被 测电流的频率很高时(如雷电冲击电流)，其角频率ω很大，传感器的感抗《L将会很大， 易满足自积分条件；采样电阻两端的输出电压与一次电流幅值成正比，且相位相同，达到通 过测量输出电压而测得输入电流的目的。信号电阻(7)采用金属膜电阻，其自感小，阻值稳定，基本不受被测电流及环境温 度变化的影响；同时，其具有足够的热容量，可防止烧断；另外，信号电阻有良好的屏蔽，减 小了被测电流回路及其他杂散磁场对电阻电感的影响。信号电阻(7)两端并联有瞬态电压抑制器(8)。当瞬态电压抑制器的两极受到反 向瞬态高能量冲击时，它能在IO-12S量级的时间里，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收 高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精 密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。本实用新型中的瞬态电压抑制器可根据需要箝位的电 压值来选择不同的参数。[0026]本实用新型测量时的线性度良好，其屏蔽抗扰措施满足测量要求，故无需设置金 属屏蔽层，因而结构简单，造价低廉。本实用新型选择了 PI3R材料制作绝缘保护层。良好的Pra管材，管件具有耐腐蚀、 防水结、耐高温高压、寿命长、易于连接等特点，管件的柔性使得装置安装施工较为快捷且 安全可靠，可缩短工期，且施工费用比铜管节省60 %，具有优越的经济性。
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。一、总体如图1、图2、图3所示，本实用新型包括绝缘保护层1、活动接头2、信号引出头3、 铁芯4、绝缘外皮5、感应线圈6、信号电阻7、瞬态电压抑制器8。其位置和连接关系是带铁芯式雷电流传感器由内层到外层依次是铁芯4、绝缘外皮5、感应线圈6、绝缘 保护层1。铁芯4埋设在绝缘外皮5圆筒中；感应线圈6绕制在绝缘外皮5外表面上，其末端 从绝缘外皮圆筒内、铁芯间穿过；信号电阻7与瞬态电压抑制器8并联后接于感应线圈6首 末两端；绝缘保护层1将上述铁芯4、绝缘外皮5、感应线圈6、信号电阻7、瞬态电压抑制器 8封装在其空腔内，弯曲成环状并通过活动接头2联成闭合圆环；信号引出头3固定在活动 接头2上。二.功能部件1.绝缘保护层1绝缘保护层1的功能是器件封装和传感器成形。2.活动接头2活动接头2是一种用PI5R材料做成的可旋接式活动接头。其功能是可断开或连接传感器，以便于安装使用。3.信号引出头3信号引出头3是一种常见的信号接头。其功能是引出电压信号。4.铁芯 4铁芯4是由数根细铁丝构成。其功能是增大电感，从而有利于满足自积分条件，使所需的感应线圈匝数减少。5.绝缘外皮5绝缘外皮5是一种横截面为圆环的线缆外皮材料，也可取其他橡胶材料。其功能是支撑和绝缘，隔离内部铁芯4和外部感应线圈6，并起支撑感应线圈6的 作用。6.感应线圈6感应线圈6是由细铜丝绕制而成的多匝线圈。其功能是通过被测电流产生的磁场，实现电能和磁能的相互转换，在线圈内感应 电势。7.信号电阻7信号电阻7是一个金属膜电阻，其首末两端接在感应线圈6的首末两端。[0054]其功能是输出测量信号。8.瞬态电压抑制器8瞬态电压抑制器8是一种二极管。其功能是限制感应线圈6输出的最高电压。三.工作原理本实用新型提出的带铁芯式雷电流传感器包括绝缘保护层1、活动接头2、信号引 出头3、铁芯4、绝缘外皮5、感应线圈6、信号电阻7、瞬态电压抑制器8。工作时，带铁芯式雷电流传感器成闭合环状。当被测载流导体从带铁芯式雷电流 传感器的中心穿过时，从传感器的信号引出端即可得到所需的测量信号。
权利要求带铁芯式雷电流传感器，其特征在于，它由绝缘保护层(1)、活动接头(2)、信号引出头(3)、铁芯(4)、绝缘外皮(5)、感应线圈(6)、信号电阻(7)和瞬态电压抑制器(8)组成；该传感器为环形，绝缘保护层(1)为开口环形管，绝缘外皮(5)为圆筒状，信号电阻(7)是金属膜电阻；各部件位置和连接关系如下铁芯(4)埋设在绝缘外皮(5)圆筒中；感应线圈(6)绕制在绝缘外皮(5)外表面上，其末端从绝缘外皮圆筒内、铁芯间穿过；信号电阻(7)与瞬态电压抑制器(8)并联后接于感应线圈(6)首末两端；绝缘保护层(1)将上述铁芯(4)、绝缘外皮(5)、感应线圈(6)、信号电阻(7)、瞬态电压抑制器(8)封装在其空腔内，弯曲成环状并通过活动接头(2)联成闭合圆环；信号引出头(3)固定在活动接头(2)上。
2.根据权利要求1所述的带铁芯式雷电流传感器，其特征在于，所述绝缘保护层(1)是 采用PI3R材料制成的开口环形管，通过活动接头，可断开或连接传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种带铁芯式雷电流传感器。它由铁芯、绝缘外皮、感应线圈、信号电阻、瞬态电压抑制器、信号引出头、绝缘保护层、活动接头组成。铁芯埋设在绝缘外皮圆筒中；感应线圈绕制在绝缘外皮外表面上，其末端从绝缘外皮圆筒内、铁芯间穿过；信号电阻与瞬态电压抑制器并联后接于感应线圈首末两端；绝缘保护层将上述铁芯、绝缘外皮、感应线圈、信号电阻、瞬态电压抑制器封装在其空腔内，弯曲成环状并通过活动接头联成闭合圆环；信号引出头固定在活动接头上。本实用新型优点是1.允许被测量电流范围大，输出信号稳定性好、线性好，测量精度能满足相关测量的要求；2.装置设有活动接头、易于安装使用；3.装置体积小，重量轻，结构简单，造价低廉。
文档编号G01R15/18GK201697960SQ20102024271
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者刘均华, 周文俊, 喻剑辉, 朱时阳, 李明贵, 石振江, 邓雨荣, 邱凌 申请人:广西电网公司电力科学研究院;武汉新电电气技术有限责任公司;武汉大学;广西电网公司防城港供电局