一种罗氏线圈及使用该罗氏线圈的电子式电流互感器

摘要

本发明涉及一种罗氏线圈及使用该罗氏线圈的电子式电流互感器，罗氏线圈包括由骨架及缠绕在骨架上的导线构成的线圈基体、包覆在线圈基体表面的绝缘层和包设于绝缘层外围的金属屏蔽层，金属屏蔽层上于靠近线圈基体的中心的一侧设有与线圈基体同轴线的环形缺口，环形缺口供一次导体上产生的磁场通过以进入线圈基体，金属屏蔽层包覆在绝缘层的表面，环形缺口的设置可以使一次导体产生的磁场通过以进入线圈基体，使线圈基体能够感应一次导体上产生的磁场，而同时通过金属屏蔽层屏蔽了外部其他设备的电磁干扰，提高了测量结果的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种罗氏线圈及使用该罗氏线圈的电子式电流互感器。

背景技术

Rogowski线圈(罗氏线圈)又叫电流测量线圈、微分电流传感器，是一种均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈构成电流传感器，是电子式电流互感器的一个组成部分，其输出信号是电流对时间的微分属于电流小信号，通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。与传统的带铁芯的互感器相比，罗氏线圈具有测量范围广、精度高、稳定可靠且结构简单的优点，可广泛使用于电子式电流互感器对一次电流的传变。授权公告号为CN 201717077 U的中国实用新型专利公开了一种罗氏线圈，包括由骨架及缠绕在骨架上的导线构成的线圈基体和包覆在线圈基体表面的环氧树脂层即绝缘层，提高了罗氏线圈整体的机械强度。但是该信号极易受到变电站等场所内的复杂电磁环境干扰，影响电流信号的幅值与相位，从而增大了计算后得到的一次电流参数误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高测量准确性的罗氏线圈；同时，本发明的目的还在于提供一种使用该罗氏线圈的电子式电流互感器。

为实现上述目的，本发明的一种罗氏线圈的技术方案是：一种罗氏线圈，包括由骨架及缠绕在骨架上的导线构成的线圈基体和包覆在线圈基体表面的绝缘层，还包括包设于绝缘层外围的金属屏蔽层，金属屏蔽层上于靠近线圈基体的中心的一侧设有与线圈基体同轴线的环形缺口，环形缺口供一次导体上产生的磁场通过以进入线圈基体。

所述金属屏蔽层由金属屏蔽层本体弯折而成，金属屏蔽层本体为锯齿形状，金属屏蔽层本体包括基板和沿基板宽度方向两侧相对设置的第一锯齿部分和第二锯齿部分，各锯齿部分均包括沿基板长度方向设置的多个齿板，第一锯齿部分的相邻的各齿板之间和第二锯齿部分的相邻的各齿板之间均设置有随基板弯折成环形结构时相应的锯齿部分的相邻各齿板之间拼接以对绝缘层进行包覆的让位槽，第一锯齿部分的齿板与第二锯齿部分上的相应齿板之间随基板弯折成环形结构时形成所述环形缺口。

所述线圈基体的横截面为方形结构，各齿板均包括根部与基板一体连接的齿板第一部分和一体连接于齿板第一部分的另一端的齿板第二部分，齿板第一部分沿其根部弯折90度，齿板第二部分相对于齿板第一部分顺向弯折90度，所述让位槽包括设置于相邻的齿板第一部分之间的开口远离基板的V形槽段和位于相邻的齿板第二部分之间的方形槽段。

所述基板的一端具有沿其长度方向伸出第一锯齿部分和第二锯齿部分的用于折成环形结构式与基板的另一端接触以连接的连接段。

所述罗氏线圈还包括包覆于金属屏蔽层表面的具有缓冲效果的保护层。

本发明的电子式电流互感器的技术方案是：一种电子式电流互感器，包括罗氏线圈和与罗氏线圈连接的电子线路板，罗氏线圈包括由骨架及缠绕在骨架上的导线构成的线圈基体和包覆在线圈基体表面的绝缘层，还包括包设于绝缘层外围的金属屏蔽层，金属屏蔽层上于靠近线圈基体的中心的一侧设有与线圈基体同轴线的环形缺口，环形缺口供一次导体上产生的磁场通过以进入线圈基体。

所述金属屏蔽层由金属屏蔽层本体弯折而成，金属屏蔽层本体为锯齿形状，金属屏蔽层本体包括基板和沿基板宽度方向两侧相对设置的第一锯齿部分和第二锯齿部分，各锯齿部分均包括沿基板长度方向设置的多个齿板，第一锯齿部分的相邻的各齿板之间和第二锯齿部分的相邻的各齿板之间均设置有随基板弯折成环形结构时相应的锯齿部分的相邻各齿板之间拼接以对绝缘层进行包覆的让位槽，第一锯齿部分的齿板与第二锯齿部分上的相应齿板之间随基板弯折成环形结构时形成所述环形缺口。

所述线圈基体的横截面为方形结构，各齿板均包括根部与基板一体连接的齿板第一部分和一体连接于齿板第一部分的另一端的齿板第二部分，齿板第一部分沿其根部弯折90度，齿板第二部分相对于齿板第一部分顺向弯折90度，所述让位槽包括设置于相邻的齿板第一部分之间的开口远离基板的V形槽段和位于相邻的齿板第二部分之间的方形槽段。

所述基板的一端具有沿其长度方向伸出第一锯齿部分和第二锯齿部分的用于折成环形结构式与基板的另一端接触以连接的连接段。

所述罗氏线圈还包括包覆于金属屏蔽层表面的具有缓冲效果的保护层。

本发明的有益效果是：金属屏蔽层包覆在绝缘层的表面，环形缺口的设置可以使一次导体产生的磁场通过以进入线圈基体，使线圈基体能够感应一次导体上产生的磁场，而同时通过金属屏蔽层屏蔽了外部其他设备的电磁干扰，提高了测量结果的准确性。

进一步地，金属屏蔽层本体采用锯齿形状并齿板件设有让位槽，保证在金属屏蔽层本体折弯成环形结构时正好除环形缺口外完全包覆绝缘层，起到更好的屏蔽外部磁场干扰的作用，同时各齿板之间没有重叠的部分，不出现褶皱，弯折时操作简单且弯折后的金属屏蔽层结构整齐。

附图说明

图1为本发明的一种电子式电流互感器的一个实施例中的一次导体穿过罗氏线圈的整体结构示意图；

图2为罗氏线圈的截面图；

图3为金属屏蔽层的展开结构示意图；

图4为金属屏蔽层弯折成环形结构后的结构示意图；

图5为罗氏线圈屏蔽外部磁场的原理示意图；

图6为图5的等效原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的一种电子式电流互感器的具体实施例，如图1至图6所示，包括罗氏线圈2和具有积分功能的电子线路板，电子线路板与罗氏线圈2的两个接线端电连接。罗氏线圈2包括骨架及缠绕在骨架上的导线构成的线圈基体3、包覆在线圈基体3表面的绝缘层4、包设于绝缘层4外围的金属屏蔽层5和包覆于金属屏蔽层5表面的具有缓冲效果的保护层6，保护层6材料为绝缘材料。

线圈基体3的横截面为方形结构，金属屏蔽层5为具有一个开口朝向线圈基体3的中心的环形缺口7的环形结构，金属屏蔽层5的横截面形状为具有一个开口朝向线圈基体3的中心的缺口的方形结构。金属屏蔽层5由金属屏蔽层本体弯折而成，金属屏蔽层本体为锯齿形状，金属屏蔽层本体包括长条形的基板8和沿基板8宽度方向两侧相对设置的第一锯齿部分9和第二锯齿部分10，各锯齿部分均包括沿基板8长度方向设置的多个齿板11，第一锯齿部分9的相邻的各齿板11之间和第二锯齿部分10的相邻的各齿板之间均设置有随基板8弯折成环形结构时相应的锯齿部分的相邻各齿板11之间拼接以对绝缘层4进行包覆的让位槽14，第一锯齿部分9的齿板11与第二锯齿部分10上的相应齿板之间随基板8弯折成环形结构时形成上述环形缺口7。各齿板11均包括根部与基板8一体连接的齿板第一部分12和一体连接于齿板第一部分12的另一端的齿板第二部分13，齿板第一部分12沿其根部弯折90度，齿板第二部分13相对于齿板第一部分顺向弯折90度，让位槽14包括设置于相邻的齿板第一部分12之间的开口远离基板8的V形槽段15和位于相邻的齿板第二部分13之间的方形槽段16。基板8的一端具有沿其长度方向伸出第一锯齿部分9和第二锯齿部分10的用于折成环形结构式与基板8的另一端接触以连接的连接段17。金属屏蔽层本体使用长条锯齿形状，除了供一次导体1上的磁场经过线圈基体3的环形缺口7外完全包覆环状的线圈基体3，最大限度屏蔽外界低频干扰磁场，提高电子式电流互感器的抗干扰能力、提高其测量结果的准确性。

如图5和图6所示，金属屏蔽层5的材料要选取导磁率较高的材料，因为导磁率较高的材料能够为外部的干扰磁场提供了一条磁阻很低的通路，因此外部的干扰磁场会集中在金属屏蔽层中，从而使电子式电流互感器免受磁场干扰。从这个机理上分析，显然金属屏蔽层分流的外部的干扰磁场分量越多，则屏蔽效果越高。根据这个原理，我们可以用电路的计算方法来计算磁屏蔽效果。用两个并联的电阻分别表示金属屏蔽层的磁阻和空气的磁阻，用电路分析的方法来计算磁场的分流，由此可以计算屏蔽效果，

H_i＝H₀Rs/(Rs+R₀)(1)

式中：H_i表示金属屏蔽层内部的磁场强度；H₀表示金属屏蔽层外的外部的干扰磁场强度；Rs表示金属屏蔽层的磁阻；R₀表示空气的磁阻。

磁阻的计算公式：

R＝L/uS(2)

式中：L表示磁路长度；u表示磁导率；S表示磁通流过的面积。

对于高导磁率的材料来说，Rs<<R0，因此，屏蔽效能为：

从公式中可以看出，金属屏蔽层5的导磁率越高，金属屏蔽层5的厚度越厚，则屏蔽效能越高。另外，Ls越小，屏蔽效能越高，这意味着，金属屏蔽层距离所保护的空间越近，则效果越好。因此，本发明的金属屏蔽层5的材料为硅钢材料，金属屏蔽层本体为由硅钢材料加工成的薄板材料，由于硅钢材料具有较高的磁导率，可有效屏蔽外界低频干扰磁场。

在本发明的其他实施例中，金属屏蔽层也可以由两层或者三层及以上，此时，各金属屏蔽层上均设置有环形缺口，各环形缺口相对设置以供一次导体上的磁场进入线圈基体；在满足使用的要求下，硅钢材料也可以由普通碳钢代替；线圈基体的横截面也可以为圆形结构，此时，让位槽为V形槽结构，没有方形槽段。

一种罗氏线圈的实施例与上述一种电子式电流互感器的各实施例中的罗氏线圈的实施例相同，此处不再赘述。