一种利用三维磁场测试电流互感器磁屏蔽的方法及系统

摘要

本发明属于电力设备检测与应用技术领域，具体涉及一种利用三维磁场测试电流互感器磁屏蔽的方法及系统，本发明通过励磁源施加电流I

说明书

技术领域

本发明属于空间磁场检测技术领域，具体涉及一种利用三维磁场测试电流 互感器磁屏蔽的方法及系统。

背景技术

电能表是电力企业中使用普遍的电测仪表，是《计量法》规定的强制检定 贸易结算的计量器具。国际法制计量组织(OIML)制定R46对电能表抗磁屏蔽 性提出了更高的要求，规定400A/m工频磁场干扰对电能误差的影响不能超过 一定范围，电能表中重要部件电流互感器(电流传感器)对交变磁场较为敏感， 在外磁场的干扰下会产生较大误差。因此，提高电流互感器(电流传感器)对 交变磁场的屏蔽效果尤其重。现阶段测量磁屏蔽效果时,大多采用单一方向磁 场源不具备旋磁特性，不能模拟球面磁场源，需人工变换方向才能实现对屏蔽 盒各个方位的测试，不能快速准确的测量其屏蔽效果，需耗费大量的人力成本 且加入较大的人为误差。

目前尚未有将三维旋转磁场应用于电流互感器(电流传感器)磁屏蔽效能 测量。填补国内对互感器进行准确快速多方位测量磁场屏蔽效能的空白。同时， 直接测量互感器二次绕组的感应电压来评估其磁屏蔽效果的方法，易实现且具 有很强的实用性。该方法对电流互感器的形状和结构设计具有指导性作用。为 电能表内部布局及品质控制提供了依据。

需要了解的是，三维旋转磁场由三个方向的正交磁场从而形成 空间旋转磁场，如图1所示，其中空间磁场矢量满足：

式中的和分别代表沿X、Y、Z轴的磁场矢量。

同时，还可以通过改变各组线圈电流的频率、相位和幅值改变空间磁场的 频率、相位、幅值、方向，产生不同半径的球面磁场源，如图2所示，沿X、 Y、Z某一轴方向的磁场H_i，其中：

H_i＝μ_r×N×I_i，

式中，μ_r为相对磁导率；N为线圈匝数，I_i为产生X、Y、Z轴磁场对应的励 磁电流。

发明内容

本发明的目的为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用三维磁场 测试电流互感器磁屏蔽的方法及系统，本发明为屏蔽材料选取及结构的设计提 供了依据，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用三维磁场测试电流互感器磁屏蔽的方法，其特征在于：通过外部 施加电流I_x、I_y和I_z分别进入磁场发生器的三组励磁绕组产生三个正交磁场和形成不同半径的空间球面磁场H，对电流互感器进行各方位扫描，同 时测量电流互感器二次绕组所产生的感应信号，并计算得到电流互感器的磁屏 蔽效果。

优选地，所述电流I_x、I_y和I_z通过励磁源输出而得到。

优选地，还通过改变电流I_x、I_y和I_z的频率、相位和幅值对电流互感器进 行干扰，测试电流互感器二次绕组所产生的感应电压信号进行再次测量。

优选地，对所述电流互感器二次绕组测量的感应电压信号通过如下公式进 行计算得出屏蔽参数：

$SE=\frac{\Delta U}{H},$

ΔU为电流互感器在交流磁场下产生的感应电压，SE为磁屏蔽效果；H为空 间磁场的大小。

一种利用三维磁场测试电流互感器磁屏蔽的系统，其特征在于：包括计算 机、励磁源、磁场发生器、信号转换器和mV表，所述计算机通过RS232线控 制励磁源产生I_x、I_y、I_z分别进入磁场发生器产生三维旋转磁场，对电流互感 器进行各方位扫描，电流互感器的二次绕组N₂产生的感应电流通过信号转换器 后，通mV表过测量二次绕组的感应电压，再将mV表测量读取的感应电压传递 给计算机进行数据处理。

优选地，所述电流互感器置于磁场发生器产生的三维磁场空间中心处。

优选地，所述磁场发生器包括三个磁轭、三组极头、三组励磁线圈和三组 接线柱，所述三个磁轭之间两两垂直正交，三组接线柱分别固定设置于三个磁 轭两两正交处的外部两侧，三组励磁线圈分别绕制在三组极头上，同一轴上的 励磁线圈绕制方向保持一致，其靠近磁轭的一端连接至对应的接线柱通入相同 的电流，保证同轴的极头产生同向的磁场。

综上所述，本发明由于采用了以上技术方案，本发明具有以下显著效果：

本发明采用三维旋转磁场测量电流互感器、电流传感器或电压互感器的磁 屏蔽性能,为电流互感器、电流传感器或电压互感器的屏蔽材料选取及结构的 设计提供了依据。对电能表内部布局及品质控制具有指导性意义，达到提高电 能表计量准确性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实 例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造 性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是空间磁场矢量图。

图2是不同半径的球面磁场源矢量图。

图3是本发明的一种利用三维磁场测试电流互感器磁屏蔽系统的原理图。

图4是本发明的磁场发生器结构图。

图5是本发明的磁场发生器磁的XOY方向的二维平面图。

图6是本发明的电流互感器磁屏蔽效果测试原理图。

图7是本发明的电传感器器磁屏蔽效果测试原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图3，一种利用三维旋转磁场测试电流互感器磁屏蔽的方法，通过外 部励磁装置(励磁源)施加一组三个方向上的电流I_x、I_y和I_z分别进入磁场发生 器产生三个正交旋转的三维磁场和形成不同半径的空间球面磁场H， 并对磁场空间内的电流互感器进行各方位扫描，并对电流互感器的二次绕组N 所产生的电流或电压感应信号进行测量，然后对所述电流互感器测量的电压或 电流信号通过如下公式进行计算得出屏蔽参数：

$SE=\frac{\Delta U}{H},$

式中，ΔU＝ΔI×R，

其中，ΔI为电流互感器在交流磁场下产生的感应电流,单位：安培(A)； ΔU为电流互感器在交流磁场下产生的感应电压,单位：毫伏(mV)；R为取样电 阻，单位：欧姆(Ω)；H为空间磁场的大小，单位：安培/米(A/m)；SE为磁屏 蔽效果，单位：毫伏/(安培/米)(mV/(A/m))。

如图3所示，一种用于测试互感器磁屏蔽的系统，包括计算机、励磁源、 磁场发生器、信号转换器和mV表，所述计算机通过RS232线控制励磁装置产 生I_x、I_y、I_z分别进入磁场发生器产生三维正交的旋转磁场空间，对电置于三 维旋转磁空间的电流互感器感进行各方位扫描，电流互感器的二次绕组N₂产生 的感应电流通过信号转换器后，通过毫伏表(mV表)测量二次绕组的感应电压， 再将测量读取的感应电压传递给计算机进行分析处理，所述信号转换器为I/V 或V/V转换器。

如图4所示，所述磁场发生器包括三个磁轭、三组极头、三组励磁线圈和 三组接线柱，所述三个磁轭之间两两垂直正交，三组接线柱分别固定设置于三 个磁轭两两正交处的外部两侧，三组励磁线圈分别绕制在三组极头上，同一轴 上的励磁线圈绕制方向需一致，且同轴的励磁线圈流入相同的电流，保证同轴 的极头，产生同向的磁场，所述电流互感器置于磁场发生器产生的三维磁场空 间中心处。

在本发明中，结合图4和图5，所述磁场发生器的三个磁轭分别为X方向 的磁轭3、Z方向的磁轭2和Y方向的磁轭1，磁轭3的接线柱x接入交流电流 I_x，磁轭2的接线柱z接入交流电流I_z，磁轭1的接线柱y接入交流电流I_y， 磁轭1、磁轭2和磁轭3两两垂直正交。交流电流I_x流入励磁线圈X1和励磁 线圈X2，使连接在励磁线圈X1上的极头x1和励磁线圈X2上的极头x2产生X 方向的磁场；交流电流I_y流入励磁线圈Y1和励磁线圈Y2，使连接在励磁线圈 Y1上的极头y1和励磁线圈Y2上的极头y2产生Y方向的磁场；交流电流I_Z流 入励磁线圈Z1和励磁线圈Z2，使连接在励磁线圈Z1上的极头z1和励磁线圈 Z2上的极头z2产生Z方向的磁场。极头z1和极头z2产生沿Z轴方向较大区 域的均匀磁场，极头x1和极头x2产生沿X轴较大区域的均匀磁场，极头y1 和极头y2产生沿Y轴较大区域的均匀磁场；极头z1和极头z2产生沿Z轴较 大区域的均匀磁场；其中，励磁线圈X1上的极头x1和励磁线圈X2上的极头 x2的轴线一致，励磁线圈Y1上的极头y1和励磁线圈Y2上的极头y2的轴线一 致，励磁线圈Z1上的极头Z1和励磁线圈Z2与的极头Z2的轴线一致。图5为 磁场发生器的XOY方向上的二维平面图，可以将电流互感器或电流传感器放入 极头的中心处(磁场的中心),接入电流I_x、I_y和I_z后所产生的三维旋转磁场对 电流互感器或电流传感器进行各方位扫描，使电流互感器或电流传感器的二次 绕组产生感应电流，经过放大转换后得到感应电压ΔU，即可计算出电流互感器 的屏蔽效果。

实施例1：

结合图1和图6所示，对电流互感器磁屏蔽效果进行测试，计算机通过 RS232线控制励磁装置(励磁源)产生I_x、I_y、I_z分别接入磁场发生器的接线柱， 电流I_x、I_y、I_z分别进入各自的励磁线圈产生三维旋转磁场，空间磁场对电流 互感器进行全方位扫描时，电流互感器的二次绕组N₂产生感应电流ΔI，ΔI经 过I/V转换器后，再经毫伏表(mV表)测量读取得到感应电压ΔU，计算其磁屏蔽 效果SE，则反应了电流互感器屏蔽盒的屏蔽效果，其中：

ΔU＝ΔI×R，$SE=\frac{\Delta U}{H},$

ΔI为电流互感器在交流磁场下产生的感应电流(A),ΔU为电流互感器在交 流磁场下产生的感应电压(mV),R为取样电阻(Ω)，SE为磁屏蔽效果，mV/(A/m)。

在本实施例中，还可调节I_x、I_y、I_z的幅值产生不同的球面磁场H，系统测 量到不同的感应电压ΔU₁，计算不同方位的SE，同时还可以改变I_x、I_y、I_z的频 率和相位来改变空间磁场源的频率和相位，进行不同的测试。

实施例2：

结合图3和图7所示，对电流传感器磁屏蔽效果进行测试，计算机通过 RS232线控制励磁装置(励磁源)产生I_x、I_y、I_z分别接入磁场发生器的接线柱， 电流I_x、I_y、I_z分别进入各自的励磁线圈产生三维旋转磁场，空间磁场对电流 传感器进行全方位扫描时，电流传感器的二次绕组N₂产生感应电压，感应电压 经过V/V转换器后，再经毫伏表(mV表)测量读取得到感应电压ΔU，计算电流传 感器的其磁屏蔽效果SE。调节I_x、I_y、I_z的幅值产生不同的球面磁场H，系统 测量到不同的感应电压ΔU₁，计算不同方位的SE，则反应了电流传感器屏蔽盒 的屏蔽效果，其中：

$SE=\frac{\Delta U}{H},$

式中：ΔU为电流互感器在交流磁场下产生的感应电压(mV)，SE为磁屏蔽 效果(mV/A/m),H为空间磁场的大小(A/m)。

在本实施例中，同时还可以改变I_x、I_y、I_z的频率和相位来改变空间磁场 源的频率和相位，进行不同的测试。

以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。