CN103117161A - 电流互感器的导电组件及其电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电流互感器的导电组件，包括一个屏蔽管(10)和穿设于所述屏蔽管(10)中的至少一个导电杆(20)。所述屏蔽管(10)和所述导电杆(20)的电位相同且彼此之间电气隔离。所述屏蔽管(10)可通过与所述导电杆(20)电连接来承载所述一次导体中的电流。本发明还提供了使用上述导电组件的电流互感器。利用屏蔽管参与导电，提高了导电组件的空间利用率，对于同样的额定电流要求，可以减少导电组件的尺寸并节省导电组件的材料，从而降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电流互感器的导电组件，尤其涉及一种用于倒立式电流互感器的导电组件。本发明还涉及使用该导电组件的电流互感器。
背景技术
在用于电力系统的传统电磁式电流互感器中，通过磁芯电磁耦合的方式将用于电力传输的一次导体中的电流大小反馈到用于测量的二次导体中。一次导体穿设在磁芯上，二次导体缠绕于磁芯上，且它们之间存在一定的匝数比，以实现将一次导体中的高电流转换为二次导体中的低电流。现有电磁式电流互感器中，一次导体存在一匝、二匝和四匝三种方式，而二次导体在磁芯上的缠绕方式只有一个固定数量的匝数。一次导体通过导电组件的形式穿设在磁芯上，且为了满足客户对于多变比的需求，使客户能在不更换电流互感器的前提下，实现多变比在一台电流互感器上共存，一般电流互感器都设有与导电组件配合使用的一次换接装置。通过换接装置，客户能方便地改变一次导体相对于磁芯的匝数来控制电流互感器的变比。比如，如果一次导体为一匝，二次导体为一千匝，则电流互感器的一次电流和二次电流的变比就是1000∶1；如用户利用换接装置将一次匝数调整为二匝的话，由于二次导体匝数保持一千匝不变，则电流互感器的变比就变为500∶1。
以实现一次导体相对于磁芯的匝数为两匝的导电组件的结构为例，图1用于说明现有两匝导电组件的结构示意图。如图所示，导电组件包括一个屏蔽管30和两个导电杆40，其中两个导电杆40为载流体且穿设于屏蔽管30中。屏蔽管30与导电杆40处于相同的电位，并用于改善导电杆的电场分布，使整个导电组件具有均匀一致的电位。当换接装置使两个导电杆40串联连接时，相当于一次导体在磁芯上的匝数为两匝，当换接装置使两个导电杆40并联连接时，相当于一次导体在磁芯上的匝数为一匝。
考虑到导电杆中承载的巨大电流，导电杆的尺寸和体积都很大，从而使得包套导电杆的屏蔽管的尺寸也很大，进而使得整个电流互感器的体积很大。屏蔽管中除了导电杆占用的空间外，其他的空间均被闲置，占用了大量的导电组件的材料，增加了整个电流互感器的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电流互感器的导电组件，该电流互感器用于测量一次导体中的电流。本发明提供的这种电流互感器的导电组件，包括一个屏蔽管和穿设于屏蔽管中的至少一个导电杆。屏蔽管和导电杆电位相同且彼此之间电气隔离。屏蔽管可通过与导电杆电连接来承载一次导体中的电流。在保证安全承载额定电流的前提下，利用屏蔽管参与导电，提高了导电组件的空间利用率。对于同样的额定电流要求，可以减少导电组件的尺寸并节省导电组件的材料，从而降低了生产成本。
依据本发明电流互感器的导电组件的再一方面，导电组件具有一个与屏蔽管串联连接的导电杆。
依据本发明电流互感器的导电组件的另一方面，导电组件具有一个与屏蔽管并联连接的导电杆。
依据本发明电流互感器的导电组件的又一方面，导电组件具有三个导电杆，三个导电杆和屏蔽管依次串联连接。
依据本发明电流互感器的导电组件的又一方面，导电组件具有三个导电杆，三个导电杆和屏蔽管相互并联连接。
依据本发明电流互感器的导电组件的又一方面，导电组件具有三个导电杆，屏蔽管与一个导电杆串联，并与另外两个串联连接的导电杆并联连接。
依据本发明电流互感器的导电组件的又一方面，三个导电杆之间相互缠绕，它们的扭绞方向相同，且在导电组件的横截面中，三个导电杆的横截面图形的几何中心之间的连线形成一个等边三角形。通过使用多股导电杆相互缠绕扭绞的方式，可以抵消一部分集肤效应对导电组件载流能力的影响，同时还可以使得导电组件的磁场均匀分布。
依据本发明电流互感器的导电组件的又一方面，导电杆和/或屏蔽管由金属铝制备。
依据本发明电流互感器的导电组件的又一方面，导电杆之间和/或屏蔽管与导电杆之间填充有聚氨酯或环氧树脂。
本发明的目的还在于还提供使用上述导电组件的电流互感器。
附图说明
图1用于说明现有两匝导电组件的结构示意图。
图2用于说明本发明电流互感器的导电组件一种示意性实施方式的结构示意图。
图3和图4用于比较说明图2所示电流互感器的导电组件空间利用率的提升。
图5用于说明本发明电流互感器的导电组件另一种示意性实施方式的结构示意图。
图6和图7用于比较说明图5所示电流互感器的导电组件空间利用率的提升。
图8用于说明图5所示电流互感器的导电组件中导电杆之间的缠绕关系。
标号说明
10、30屏蔽管
20、40导电杆。
下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对电流互感器的导电组件及其电流互感器的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部分。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
图2用于说明本发明电流互感器的导电组件的一种示意性实施方式的结构示意图。如图所示，电流互感器用于测量一次导体中的电流，其导电组件包括一个屏蔽管10和一个导电杆20。导电杆20穿设于屏蔽管10中，屏蔽管10和导电杆20具有相同的电位且彼此之间电气隔离。
当屏蔽管10与导电杆20串联连接时，相当于一次导体在磁芯上的匝数为两匝；当屏蔽管10与导电杆20并联连接时，相当于一次导体在磁芯上的匝数为一匝。图2所示的导电组件可以实现两种不同的匝数比，并可以使用现有技术中任意一种换接方式实现导电杆与屏蔽管之间连接方式的改变。
图3和图4用于比较说明图2所示电流互感器的导电组件空间利用率的提升。图3用于说明现有技术的导电组件中实现一匝和两匝两种相对于磁芯的匝数的一种示意性实施方式的截面示意图。如图所示，设屏蔽管10的直径D为100mm，则整个屏蔽管10所包围的截面积为：
设屏蔽管10的壁厚为8mm，并考虑到导电杆20之间的最小安全绝缘距离和导电杆20与屏蔽管10的管壁之间的最小安全绝缘距离，则导电杆20的直径D导电杆为35mm，从而得到图3所示导电组件的有效载流面积S截流为：
将有效载流面积除以整个屏蔽管所包围的截面积得到导电组件空间利用率δ2匝：
图4用于说明电流互感器的导电组件实现一匝和两匝两种相对于磁芯的匝数的一种示意性实施方式的截面示意图。如图所示，屏蔽管D的直径同样设为100mm，整个屏蔽管所包围的截面积S总为：
设屏蔽管10的壁厚为8mm，并考虑到导电杆20之间的最小安全绝缘距离和导电杆20与屏蔽管10的管壁之间的最小安全绝缘距离，则导电杆20的直径为70mm，有效载流面积S载流为导电杆的截面积S导电杆与屏蔽管的截面积S屏蔽管之和，图4所示导电组件的有效载流面积为：
S载流＝S屏蔽管+S导电杆＝2312+3848＝6160mm2
将有效载流面积S载流除以整个屏蔽管所包围的截面积S总得到导电组件空间利用率δ2匝新：
从图3所示导电组件与图4所示导电组件的空间利用率的比较可以看到，图4的本发明导电组件的空间利用率提高到了图3的现有导电组件的3倍以上。这意味着，对于同样的电流要求，可以仅使用与图3中的导电杆20直径相同的一个导电杆，而屏蔽管的尺寸和屏蔽管与导电杆之间的空间也可以减少，从而大幅减小了导电组件的尺寸且节省了导电组件的材料。
图5用于说明电流互感器的导电组件的另一种示意性实施方式的结构示意图。如图所示，电流互感器用于测量一次导体中的电流，其导电组件包括一个屏蔽管10和三个导电杆20。导电杆20穿设于屏蔽管10中，屏蔽管10和导电杆20具有相同的电位且彼此之间电气隔离。
当屏蔽管10与三个导电杆20之间依次串联连接时，相当于一次导体在磁芯上的匝数为四匝；当屏蔽管10与三个导电杆20彼此并联连接时，相当于一次导体在磁芯上的匝数为一匝；当屏蔽管10与一个导电杆20串联后，再与另外两个串联的导电杆20并联连接，相当于一次导体在磁芯上的匝数为二匝，从而通过图5所示的导电组件可以实现三种不同的匝数比。可以使用现有技术中任意一种换接方式实现导电组件的导电杆之间以及导电杆与屏蔽管之间连接方式的改变。还可以根据需要进一步增加导电杆的数量，以实现更多种一次导体在磁芯上的匝数，从而实现更多的电流互感器的变比。
图6和图7用于比较说明图5所示电流互感器的导电组件空间利用率的提升。图6用于说明现有技术的导电组件中实现一匝、两匝和四匝三种相对于磁芯的匝数的一种示意性实施方式的截面示意图。如图所示，设屏蔽管10的直径为100mm，整个屏蔽管所包围的截面积S总为：
设屏蔽管10的壁厚为8mm，并考虑到导电杆20之间的最小安全绝缘距离以及导电杆20与屏蔽管10的管壁之间的最小安全绝缘距离，则导电杆20的直径D导电杆为24mm，从而得到图6所示导电组件的有效载流面积S载流为：
将有效载流面积S载流除以整个屏蔽管所包围的截面积S总得到导电组件空间利用率δ4匝：
图7用于说明电流互感器的导电组件实现一匝、两匝和四匝三种相对于磁芯的匝数的一种示意性实施方式的截面示意图。如图所示，屏蔽管的直径同样设为100mm，整个屏蔽管所包围的截面积S总为：
设屏蔽管10的壁厚为8mm，并考虑到导电杆20之间的最小安全绝缘距离和导电杆20与屏蔽管10的管壁之间的最小安全绝缘距离，则导电杆20的直径为30mm，有效载流面积为三个导电杆的截面积S导电杆与屏蔽管截面积S屏蔽管之和，图7所示导电组件的有效载流面积S载流为：
S载流＝S屏蔽管+S导电杆＝2312+2121＝4433mm2
将有效载流面积除以整个屏蔽管所包围的截面积得到导电组件空间利用率δ4匝新：
从图6所示导电组件与图7所示导电组件的空间利用率的比较可以看到，图7的本发明导电组件的空间利用率提高到了图6的现有导电组件的2倍以上。这意味着，对于同样的电流要求，可以仅使用与图6中的导电杆20直径相同的三个导电杆，而屏蔽管的尺寸和屏蔽管与导电杆之间的空间也可以减少，从而大幅减小导电组件尺寸且节省了导电组件的材料。本发明的电流互感器的导电组件，由于屏蔽管10与导电杆20之间处于相同的电位，从而使屏蔽管10改善了导电组件的电场分布，使得其电场分布均匀。同时，利用屏蔽管10参与导电，提高了导电组件的空间利用率，对于同样的额定电流要求，可以减少导电组件的尺寸并节省导电组件的材料，从而降低生产成本。
图8用于说明图5所示电流互感器的导电组件中导电杆20之间的缠绕关系。如图所示，三个导电杆20之间相互缠绕，它们的扭绞方向相同。在导电组件的横截面中，三个导电杆20的横截面图形为圆形，这三个圆形的圆心之间的连线构成一个等边三角形。导电杆的横截面形状也可以是其他的形状。通过使用多股导电杆相互缠绕扭绞的方式，可以抵消一部分集肤效应对导电组件载流能力的影响，同时还可以使得导电组件的磁场均匀分布。
在电流互感器的导电组件的一种示意性实施方式中，由于空间利用率的增加，有效载流面积的提高，可以使用相对廉价的金属铝来代替金属铜制备导电杆20和/或屏蔽管10等导电组件，从而极大地降低了材料成本，当然也可以使用其他导电性良好的廉价金属。导电杆之间以及导电杆与屏蔽管之间还可以填充聚氨酯或环氧树脂等具有绝缘功能的填充物。
本发明还提供了一种使用上述导电组件的电流互感器。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.电流互感器的导电组件，所述电流互感器用于测量一次导体中的电流，所述导电组件包括：
一个屏蔽管(10)和穿设于所述屏蔽管(10)中的至少一个导电杆(20)，
其特征在于：
所述屏蔽管(10)和所述导电杆(20)的电位相同且彼此之间电气隔离；以及
所述屏蔽管(10)可通过与所述导电杆(20)电连接来承载所述一次导体中的电流。
2.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电组件具有一个与所述屏蔽管(10)串联连接的所述导电杆(20)。
3.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电组件具有一个与所述屏蔽管(10)并联连接的所述导电杆(20)。
4.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电组件具有三个所述导电杆(20)，三个所述导电杆(20)和所述屏蔽管(10)依次串联连接。
5.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电组件具有三个所述导电杆(20)，三个所述导电杆(20)和所述屏蔽管(10)相互并联连接。
6.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电组件具有三个所述导电杆(20)，所述屏蔽管(10)与一个所述导电杆(20)串联，并与另外两个串联连接的所述导电杆(20)并联连接。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的导电组件，其特征在于，三个所述导电杆(20)之间相互缠绕，它们的扭绞方向相同，且在所述导电组件的横截面中，三个所述导电杆(20)的横截面图形的几何中心之间的连线形成一个等边三角形。
8.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电杆(20)和/或所述屏蔽管(10)由金属铝制备。
9.如权利要求1所述的导电组件，其特征在于，所述导电杆(20)之间和/或所述屏蔽管(10)与所述导电杆(20)之间填充有聚氨酯或环氧树脂。
10.一种电流互感器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的导电组件。
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