[发明专利]一种测量雷电流的无磁芯电流传感器

说明书

本发明涉及一种测量雷电流的无磁芯电流传感器，包括圆环形印刷电路板和六个无磁芯的磁传感器，所述六个无磁芯的磁传感器均匀安装于所述圆环形印刷电路板上，搭建用于测量雷电流的圆形阵列；在圆形阵列中心穿设横截面为矩形的长直扁平被测导体；所述无磁芯电流传感器进行雷电流测量时采用基于对小部分磁场测量的数字处理方法，将流经圆形阵列内部导体的电流与回流电流分开，以降低外部串扰导致的串扰误差，提高电流传感器的测量准确度。该无磁芯电流传感器有利于实现雷电流的测量，测量准确，测量电流范围大，可靠性好。

技术领域

本发明属于电力系统电流测量技术领域，具体涉及一种测量雷电流的无磁芯电流传感器。

背景技术

我国的南方地区为雷电多发地区，变电站常遭受雷电入侵导致相关电力设备损坏，甚至发生较大范围停电的情况，不仅给用户带来不便，同时电力设备的损坏以及工业生产的停工也导致了严重的经济损失。

当变电站或输电线路遭受雷击时，站内的传统电流互感器难以对雷电流进行精确的测量，这是因为对于传统的电磁式电流传感器来说，其主要存在如下几个问题：1)当测量频率过高的电流时，容易发生铁磁谐振现象，在电流器内部产生高压，导致电流互感被烧毁；2)当测量幅值较大的电流时，电流互感器内部硅钢片容易在工作过程中产生严重发热现象，且难以散热，导致电流互感器工作可靠性降低；3)电流互感器内硅钢片铁芯磁导率高，容易在测量过程中发生磁饱和现象，导致其得到的测量结果不准确；

4)电磁式电流互感器内部硅钢片铁芯体积较大，且制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量雷电流的无磁芯电流传感器，该无磁芯电流传感器有利于实现雷电流的测量，测量准确，测量电流范围大，可靠性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种测量雷电流的无磁芯电流传感器，包括圆环形印刷电路板和六个无磁芯的磁传感器，所述六个无磁芯的磁传感器均匀安装于所述圆环形印刷电路板上，搭建用于测量雷电流的圆形阵列；在圆形阵列中心穿设横截面为矩形的长直扁平被测导体；

所述无磁芯电流传感器进行雷电流测量时采用基于对小部分磁场测量的数字处理方法，将流经圆形阵列内部导体的电流与回流电流分开，以降低外部串扰导致的串扰误差，提高电流传感器的测量准确度。

进一步地，所述圆环形印刷电路板上设有加法器和滤波器，所述加法器用于将各个磁传感器采集的电压进行叠加，所述滤波器用于降低噪声的干扰。

进一步地，所述基于对小部分磁场测量的数字处理方法包括以下步骤：

搭建磁传感器组成的圆形阵列的数学模型，得到待测电流与六个磁传感器输出的关系；

构建圆形阵列串扰误差的表达式；

进行串扰误差抑制。

进一步地，在圆环形印刷电路板上均匀安装所述六个无磁芯的磁传感器，组成圆形阵列；令S₁～S₆表示六个无磁芯的磁传感器，角度α表示导体中心到传感器中心与导体水平线之间的夹角，角度θ₁表示被测导体边缘中心到传感器中心与导体水平线之间的夹角，D表示导体边缘到中心的距离，r表示传感器中心到导体中心的距离，rD，I₁表示导体的边缘电流，电流I₁不在圆形阵列的中心；其中r由标量势和α计算得到：

磁标势写成：

因此，磁场沿圆形印刷电路板的切向分量表示为：

在六个等分布的磁传感器组成的圆形阵列下，通过斯托克斯定律的离散逼近，得到方程：