基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器制造技術

基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器，涉及一種電流互感器。它是為了解決現有電流互感器測量的精確度受限，并且無法直接安裝在接線端不能斷開的電氣設備上的問題。其兩組導電條分別固定在兩塊圓環形PCB板上，每組導電條中導電條的數量為N；N塊印制有Rogowski線圈的電路板以兩塊圓環形PCB板的中軸線為軸呈放射性分布；每塊印制線圈的電路板均為多層板，層數為S；每塊圓環形PCB板上均開有N個通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的一端分別穿過一塊圓環形PCB板上的N個通孔與一個導電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的另一端分別穿過另一塊圓環形PCB板上的N個通孔與一個導電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板串聯連接。本實用新型專利技術適用于測量流過電氣設備的電流。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電流互感器。
技術介紹
以Rogowski線圈為傳感頭的電流互感器,是一種特殊結構的空心線圈，具有體積小、重量輕、造價低；與被測電流無直接電的聯系，無磁飽和與鐵心振蕩等問題；動態響應范圍大、測量范圍寬、抗電磁干擾能力強及損耗小等優點。傳統的Rogowski線圈是將導線緊密繞制在二次側環形的非導磁材料的骨架上， 形成空心螺線圈，二次側感應電壓e(t)與一次側被測電流i(t)滿足e(t) = -M di其中M為線圈的互感系數。Rogowski線圈主要適用于測量大電流或是脈沖電流,對于測量IOOA以下的電流較為困難，其原因主要在于線圈的互感系數難以提高，導致二次側感應電壓很微弱，并且極易受到周圍電磁干擾的影響。傳統的Rogowski線圈主要是手工繞制，其精確度不高，通常設計精確度最高達O.1%，而實際應用為1°/Γ3%，工業批量生產時線圈的分布參數一致性難以保證，從而阻礙了其產業化發展。PCB型的Rogowski線圈利用PROTEL等軟件繪制印制電路板(printed circuitboard, PCB)，利用電路板上的印制導線代替線圈，均勻地布置在印制電路板上，數字加工技術在工藝上能保證線圈均勻繞制、每匝線圈橫截面相等；線圈的制作只需在電腦上繪制其布線圖，操作快捷簡便；線圈由數控機床生產，避免了繁瑣的繞制過程，縮短了加工周期，提高了生產效率。PCB型的Rogowski線圈不僅克服了傳統羅氏線圈線匝不均勻、參數分散性大等缺點，而且靈敏度、測量精確度以及性能方面都優于傳統的銅線繞制的線圈。目前，有一種雙面對稱布線PCB型Rogowski線圈，如圖I所示，其中標記A為端子，采用的是在PCB板的頂層和底層雙面以環心為中心成放射狀均勻密布導線，兩層之間通過外徑處的過孔B用一小段導線連通，頂層和底層呈對稱結構，形成垂直于線圈截面的線匝；由于現有加工工藝的限制，PCB電路板的厚度一般只有幾個毫米，為了滿足實際要求，通常采用將幾塊電路板串聯使用，如圖I所示，印制電路板PCBl和PCB2通過一導線相連接。為了使測量具有更高的準確度，線圈采用偶數塊串聯，并且相鄰兩個線圈的繞線方向相反，使流過線圈內部的電流產生的感應電壓相疊加，使輸出的電勢加倍，增加了線圈信號采集的能力，提高了傳感頭的信噪比；能夠有效地抑制垂直于PCB板面磁場產生的感應電動勢，線圈外部電場在線圈上產生的感應電壓相互抵消，消除了外界磁場的干擾。PCB型Rogowski線圈不含鐵心，則其互感系數很小，測量電流時感應出的電壓信號非常微弱且極易受到外界的干擾，因此需要增大線圈的互感系數，通常采用的方式是增加線圈的高度，或是增大線圈匝數的密度，但受數字機床加工工藝的限制，其骨架尺寸有一定的限制，增大互感系數的空間很小；布線時銅線太細容易導致斷裂，線圈匝數的密度也隨著線圈內外徑的確定而確定下來。現有的另一種方案Rogowski線圈同樣PCB板設計,每層PCB板上用導線繪制4個尺寸相同螺旋線圈，圍繞同一中心均勻對稱分布，每層相鄰的線圈依次串聯而成，每個螺旋線圈的頂層和底層通過過孔連接，螺旋線圈可以看成是一個平面，載流導體緊貼在PCB的頂層，圍繞不相鄰的螺旋線圈構成一砸回路，與PCB板面電氣絕緣。為了提高線圈的抗電磁干擾性能，在PCB板上覆銅，起到濾除高頻干擾的目的。圖2和圖3為PCB型Rogowski線圈的結構示意圖，其中標號廣4為螺旋線圈，標號51為PCB板的過孔。當交流電流i(t)通過如圖2所示路徑時，由于線圈對稱分布，在螺旋線圈1、3上 產生的磁鏈相同，且方向均是垂直于PCB板面向外,在螺旋線圈2、4上產生的磁鏈相同,方向垂直于PCB板面向里。從頂層看，線圈1、3產生的感應電動勢方向為逆時針，在線圈2、4上產生的感應電動勢的方向為順時針，螺旋線圈依次串聯連接，使得整個二次線圈中產生的感應電動勢方向相同，因此產生的感應電動勢為各個線圈的感應電動勢相疊加之和。現有PCB型Rogowski線圈存在的缺點其一，受數字機床加工工藝的限制，其骨架尺寸有一定的限制，增大互感系數的空間很小，測量的精確度受到限制；其二，現有的PCB型Rogowski線圈的每片線圈的繞線匝數受限制，為了提高互感系數，需由偶數塊印制電路板串聯，多塊線圈進行串聯后將導致線圈體積會很大；其三，在一些特定場合(如檢測流過電氣設備的泄漏電流)，電氣設備的接線端無法斷開，則現有的Rogowski線圈無法安裝在設備的接線上，便無法進行檢測。
技術實現思路
本技術是為了解決現有電流互感器測量的精確度受限，并且無法直接安裝在接線端不能斷開的電器設備上的問題，從而提供一種基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器。基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器,它包括兩塊圓環形PCB板,所述兩塊圓環形PCB板均水平設置，且塊圓環形PCB板同軸設置；它還包括N塊印制有Rogowski線圈的電路板和兩組導電條,所述兩組導電條分別固定在兩塊圓環形PCB板上，每組導電條中導電條的數量為N個；N塊印制有Rogowski線圈的電路板以兩塊圓環形PCB板的中軸線為軸呈放射性分布；每塊圓環形PCB板上均開有N個通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的一端分別穿過一塊圓環形PCB板上的N個通孔與一個導電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的另一端分別穿過另一塊圓環形PCB板上的N個通孔與一個導電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板串聯連接；N為偶數。每塊印制有Rogowski線圈的電路板由六個螺旋線圈串聯而成。本技術提出一種新型的PCB型Rogowski線圈，基于該線圈的電流互感器,可直接安裝于電氣設備的接線處，無需改變電氣設備的原有接線方式；并且能夠根據需要增加每片線圈的螺旋線圈的層數，有效地增大互感系數，有效提高電流互感器的測量靈敏度和精確度。并且，本技術無磁飽和現象，與一次側高壓端無直接電的聯系，保證操作人員在二次側的人身安全。附圖說明圖I是
技術介紹
中雙面對稱布線PCB型Rogowski線圈的結構示意圖；圖2是
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中現有PCB型Rogowski線圈的頂層結構示意圖；圖3是
技術介紹
中現有PCB型Rogowski線圈的底層結構示意圖；圖4是本技術的結構示意圖；圖5是圖4的俯視圖；圖6是圖4的仰視圖；圖7是一個電路板的結構示意圖；圖8是Rogowski線圈設計原理圖；圖9是一層Rogowski線圈的結構示意圖。具體實施方式具體實施方式一、結合圖4至9說明本具體實施方式,基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器，它包括兩塊圓環形PCB板11，所述兩塊圓環形PCB板11均水平設置，且塊圓環形PCB板11同軸設置；它還包括N塊印制有Rogowski線圈的電路板13和兩組導電條，所述兩組導電條分別固定在兩塊圓環形PCB板11上，每組導電條中導電條14的數量為N個；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13以兩塊圓環形PCB板11的中軸線為軸呈放射性分布；每塊圓環形PCB板11上均開有N個通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13的一端分別穿過一塊圓環形PCB板11上的N個通孔與一個導電條14電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13的另一端分別穿本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器，它包括兩塊圓環形PCB板（11），所述兩塊圓環形PCB板（11）均水平設置，且塊圓環形PCB板（11）同軸設置；其特征是：它還包括N塊印制有Rogowski線圈的電路板（13）和兩組導電條，所述兩組導電條分別固定在兩塊圓環形PCB板（11）上，每組導電條中導電條（14）的數量為N個；N塊印制有Rogowski線圈的電路板（13）以兩塊圓環形PCB板（11）的中軸線為軸呈放射性分布；每塊圓環形PCB板（11）上均開有N個通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板（13）的一端分別穿過一塊圓環形PCB板（11）上的N個通孔與一個導電條（14）電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板（13）的另一端分別穿過另一塊圓環形PCB板（11）上的N個通孔與一個導電條（14）電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板（13）串聯連接；N為偶數。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏新勞，朱博，劉通，劉智宏，李銳海，王國利，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，南方電網科學研究院有限責任公司，
類型：實用新型
國別省市：