本實用新型涉及局部放電檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于電纜和變壓器局部放電測試的高頻電流傳感器。

背景技術(shù)：

局部放電檢測是檢驗高壓開關(guān)GIS、變壓器、發(fā)電機、電力電纜等高壓電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的重要試驗?，F(xiàn)有技術(shù)中，除了可以使用超聲波法和超高頻法直接對高壓電氣設(shè)備的局部放電進行測量外，也可以通過檢測高壓電氣設(shè)備接地線的高頻電流信號來檢測其內(nèi)部的局部放電狀況。高頻電流法不僅可以實現(xiàn)對一些微小的絕緣缺陷引起的電纜局部放電微信號的檢測，而且可以在線監(jiān)測電纜、變壓器和發(fā)電機組等設(shè)備絕緣介質(zhì)的絕緣狀態(tài)。作為檢測和判斷局部放電故障的有效方法，高頻電流法在發(fā)電機、變壓器和高壓電纜的局放現(xiàn)場檢測及在線監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。

高頻電流傳感器(HFCT)作為高頻電流檢測法檢測局部放電的傳感器部件，一般使用Rogowski線圈方式，在環(huán)狀的磁芯材料上圍繞多匝導(dǎo)電線圈，高頻電流穿過磁芯中心引起的高頻交變磁場會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。高頻電流傳感器的頻帶寬度和靈敏度是衡量傳感器性能的最重要的兩個參數(shù)。此外，傳感器現(xiàn)場抗干擾能力也是衡量傳感器性能的重要指標(biāo)。然而，現(xiàn)有的高頻電流傳感器在設(shè)計上存在頻帶寬而靈敏度不足或靈敏度高而頻帶較窄的缺陷，或由于設(shè)計上存在電磁屏蔽缺陷，造成在實際應(yīng)用中仍然存在一定的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提出一種高頻電流傳感器，以提高抗干擾能力，同時具有檢測靈敏度高的優(yōu)點。

基于上述目的，本實用新型提供的高頻電流傳感器包括兩個分體式的金屬屏蔽外殼，所述金屬屏蔽外殼的內(nèi)壁開設(shè)有凹槽，所述凹槽內(nèi)嵌入有半環(huán)型磁芯，所述凹槽上開設(shè)有用于通過磁力的環(huán)型縫隙；所述半環(huán)型磁芯與凹槽之間留有空隙，所述空隙填充有絕緣材料，當(dāng)兩個金屬屏蔽外殼的兩端分別連接時，所述金屬屏蔽外殼內(nèi)的兩個半環(huán)型磁芯組成環(huán)型磁芯；其中一個半環(huán)型磁芯的上纏繞有兩段線圈，且所述兩段線圈的纏繞方向相反。

在本實用新型的一些實施例中，所述兩段線圈以半環(huán)型磁芯的中心線為軸對稱纏繞。

在本實用新型的一些實施例中，所述兩段線圈的長度、直徑、材質(zhì)和纏繞匝數(shù)均一致。

在本實用新型的一些實施例中，所述金屬屏蔽外殼包括弧形的磁芯槽和蓋板，所述磁芯槽的一側(cè)壁上固定連接有蓋板，所述蓋板與磁芯槽的內(nèi)壁組成用于嵌入半環(huán)型磁芯的凹槽。

在本實用新型的一些實施例中，所述蓋板為L字型，所述磁芯槽的另一側(cè)壁與蓋板之間留有環(huán)型縫隙。

在本實用新型的一些實施例中，所述磁芯槽外側(cè)壁的一端通過合頁鉸接，另一端通過搭扣鉸接，所述兩個磁芯槽的一端繞著合頁轉(zhuǎn)動，所述搭扣用于將兩個磁芯槽的另一端打開后者合上。

在本實用新型的一些實施例中，所述磁芯槽的一個端面上設(shè)置有定位孔，另一個端面上設(shè)置有定位塊，當(dāng)兩個磁芯槽相互合上時，其中一個磁芯槽上的定位塊插入另一個磁芯槽的定位孔內(nèi)。

在本實用新型的一些實施例中，所述兩段線圈的一端均與信號輸出插頭的接地線連接，另一端分別與信號輸出插頭的兩個信號芯連接。

在本實用新型的一些實施例中，每段線圈的纏繞匝數(shù)為1匝，所述線圈為銅片，所述線圈的橫截面積為4-10mm²；

所述環(huán)型縫隙的寬度為2-10mm，所述環(huán)型磁芯的內(nèi)徑為40-55mm，外徑為55-75m，高度為20-40mm。

在本實用新型的一些實施例中，所述絕緣材料為聚苯乙烯。

從上面所述可以看出，本實用新型創(chuàng)造性地將差分放大的原理，引入到高頻電流傳感器中，充分利用差分電路有效消除干擾和兩倍放大原始信號的特點，有效地提高了高頻電流傳感器的抗干擾能力，并極大提高了傳感器的靈敏度。這些都使本實用新型提供的高頻電流傳感器能更好適用于復(fù)雜的測試環(huán)境，有效提高其檢測效果和實用性。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例高頻電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例高頻電流傳感器的半剖左視圖；

圖3為本實用新型實施例高頻電流傳感器的線圈纏繞示意圖；

圖4為本實用新型實施例高頻電流傳感器的等效電路；

圖5為本實用新型所述的高頻電流傳感器靈敏度測試的電路連接。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細(xì)說明。

需要說明的是，實用新型實施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是為了區(qū)分兩個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見“第一”“第二”僅為了表述的方便，不應(yīng)理解為對實用新型實施例的限定，后續(xù)實施例對此不再一一說明。

參見圖1和圖2，分別為本實用新型實施例高頻電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和半剖左視圖。作為本實用新型的一個實施例，所述高頻電流傳感器包括兩個分體式的金屬屏蔽外殼1，所述金屬屏蔽外殼1的內(nèi)壁開設(shè)有凹槽，所述凹槽內(nèi)嵌入有半環(huán)型磁芯4，所述凹槽上開設(shè)有用于通過磁力的環(huán)型縫隙9；所述半環(huán)型磁芯4與凹槽之間留有空隙，所述空隙填充有絕緣材料11，當(dāng)兩個金屬屏蔽外殼1的兩端分別連接時，所述金屬屏蔽外殼1內(nèi)的兩個半環(huán)型磁芯4組成一個環(huán)型磁芯?？蛇x地，所述絕緣材料11可以為防水硅橡膠。作為本實用新型的一個優(yōu)選實施例，所述環(huán)型縫隙9的寬度為2-10mm，用于磁力通過，可以很好地屏蔽傳感器外側(cè)的各種干擾信號。

作為本實用新型的又一個實施例，如圖2所示，所述金屬屏蔽外殼1包括弧形的磁芯槽2和蓋板3，所述磁芯槽2的一側(cè)壁上固定連接有蓋板3，所述蓋板3與磁芯槽2的內(nèi)壁組成用于嵌入半環(huán)型磁芯4的凹槽。優(yōu)選地，所述蓋板3為L字型，所述磁芯槽2的另一側(cè)壁與蓋板3之間留有環(huán)型縫隙9，用于通過磁力。優(yōu)選地，所述凹槽為半環(huán)型，以與所述半環(huán)型磁芯4吻合?？蛇x地，所述凹槽的橫截面可以為正方形或者長方形。需要說明的是，在該實施例中，所述磁芯槽2的內(nèi)側(cè)為半圓形，以使形成的凹槽為半環(huán)型，所述磁芯槽2的外側(cè)可以為其他形狀?？蛇x地，所述磁芯槽2和蓋板3上開設(shè)有數(shù)個安裝螺絲孔10，可以通過安裝螺絲將磁芯槽2的側(cè)壁和蓋板3固定連接。

作為本實用新型的一個較佳實施例，所述兩個金屬屏蔽外殼1的兩端分別通過鉸接部件互相鉸接，以方便將兩個金屬屏蔽外殼1拆開或者合上。優(yōu)選地，如圖1所示，所述磁芯槽2外側(cè)壁的一端通過合頁6鉸接，另一端通過搭扣7鉸接，因此，所述兩個磁芯槽2的一端可以繞著合頁6轉(zhuǎn)動，所述搭扣7用于將兩個磁芯槽2的另一端打開后者合上。

所述磁芯槽2的一個端面上設(shè)置有定位孔12，另一個端面上設(shè)置有定位塊13，所述定位孔13能夠插入定位孔內(nèi)，當(dāng)兩個磁芯槽2相互合上時，其中一個磁芯槽2上的定位塊13插入另一個磁芯槽2的定位孔12內(nèi)，以便于兩個磁芯槽2的安裝定位。

作為本實用新型的再一個實施例，一個半環(huán)型磁芯4的上纏繞有兩段線圈14，如圖3所示，所述兩段線圈14的纏繞方向相反。其中，所述兩段線圈的一端均與信號輸出插頭15的接地線連接，另一端分別與信號輸出插頭15的兩個信號芯連接。較佳地，所述信號輸出插頭15可以為雙芯差分信號輸出插頭，所述線圈14的一端均與所述雙芯插頭的接地線連接，另一端分別與兩個信號芯連接。優(yōu)選地，所述兩段線圈14的纏繞匝數(shù)相同，反向繞制在其中一個半環(huán)型磁芯4上。更為優(yōu)選地，所述兩段線圈14以半環(huán)型磁芯4的中心線為軸對稱纏繞，即所述兩段線圈14以半環(huán)型磁芯4的中心線為軸對稱地反向纏繞?？蛇x地，所述線圈14的纏繞匝數(shù)可以為1匝，2匝，3匝，等等。較佳地，為保證輸出的差分信號幅值相等，所述兩段線圈14的長度、直徑、材質(zhì)均一致。

進一步地，所述信號輸出插頭15再與前置放大器16的輸入端連接，前置放大器16與信號調(diào)理或檢測單元(例如示波器)連接，就可以對耦合的高頻電流信號進行分析。信號輸出插頭15輸出信號為為差分信號，通過雙芯同軸電纜與所述前置放大器16連接，所述前置放大器16將差分信號放大輸出為單端信號?？蛇x地，所述前置放大器16為差分信號放大器，其輸入端為差分信號，輸出信號為單端信號。本實用新型創(chuàng)造性地將差分放大的原理，引入到高頻傳感器中，充分利用差分電路有效消除干擾和兩倍放大原始信號的特點，有效地提高了高頻電流傳感器的抗干擾能力，并極大提高了傳感器的靈敏度。

信號檢測靈敏度試驗實施例

本實用新型提供的電流傳感器等效電路如圖4所示，其中I₁(t)為原邊電流，U₁(t)和U₂(t)分別為兩段線圈的感應(yīng)電壓，L_s1和L_s2為兩段線圈的自感，R_s1和R_s2為兩個線圈的自身電阻，C_s1和C_s2為兩個線圈的雜散電容，R為負(fù)載電阻。為保證輸出的差分信號幅值相等，要求兩段線圈長度、直徑材質(zhì)一致，即L_s1＝L_s2、R_s1＝R_s2、C_s1＝C_s2，這樣對于同一原邊電流，兩段線圈會耦合幅值相等，相位相反的感應(yīng)電壓U₁(t)和U₂(t)。

在本實施例中，所用的磁芯材料內(nèi)外徑分別為48和65mm，線圈截面積8m²，繞線匝數(shù)為1，使用2個反向線圈輸出差分信號，以傳統(tǒng)電流傳感器，僅使用用1個線圈輸出單端信號作為對照。電路連接如圖5所示。所用的信號發(fā)生器為RIGOL DG4162，輸出信號為一定幅值的正弦信號或脈沖信號；所用的信號檢測器為RIGOL DS4034四通道示波器，所用的負(fù)載電阻為50歐姆的無感電阻；所用的差分信號放大器具有3個不同的放大倍數(shù)：20、40和60dB。表1顯示信號發(fā)生器輸出不同頻率，不同幅值的正弦信號，本實用新型提供的高頻電流傳感器和傳統(tǒng)傳感器，輸出的信號幅值的差異，可見在1M到150M范圍內(nèi)，本實用新型提供的高頻電流傳感器耦合到的信號經(jīng)放大后遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)傳感器。即使對微弱的電流也能有很高的檢測靈敏度。

表1高頻電流傳感器對不同頻率、幅值的信號響應(yīng)

注：/表示超出示波器的量程

要盡可能提高傳感器靈敏度，就要較少線圈纏繞匝數(shù)。為此，本實用新型采用最小纏繞匝數(shù)1匝，所述線圈為銅片。可選地，所述線圈的截面積可以為4-10mm²，可以提高傳感器感應(yīng)頻帶的上限截止頻率及高頻段的靈敏度。線圈匝數(shù)一定情況下，其它可調(diào)的參數(shù)對于線圈就是其導(dǎo)線直徑和絕緣材質(zhì)，選擇直徑大、絕緣材料介電常數(shù)小的導(dǎo)線可以降低線圈電阻以增加傳感器檢測的頻帶寬度；另一可調(diào)的參數(shù)就是磁芯。所述銅片可以選自紫銅片、黃銅片、青銅片和白銅片。優(yōu)選地，所述銅片選自紫銅片，以提高傳感器的檢測靈敏度。

磁芯的設(shè)計包括磁芯的內(nèi)外徑和高度以及磁芯材料。本實用新型在優(yōu)化條件下，經(jīng)過理論計算和實際試驗，本實用新型優(yōu)選使用0.5-1.2mm厚，寬度5-15mm的紫銅片作為纏繞線圈，以聚苯乙烯作為絕緣材料。作為本實用新型的又一個實施例，本實用新型選用0.8mm厚，寬度為10mm的紫銅片作為纏繞線圈，纏繞匝數(shù)1匝，以提高檢測靈敏度。作為本實用新型的另一個實施例，本實用新型可以選用1mm厚，寬度為8.8mm的紫銅片作為纏繞線圈，纏繞匝數(shù)1匝，以提高檢測靈敏度。作為本實用新型的再一個實施例，本實用新型可以選用0.9mm厚，寬度為10mm的紫銅片作為纏繞線圈，纏繞匝數(shù)1匝，以提高檢測靈敏度。作為本實用新型的另一個實施例，本實用新型可以選用1.2mm厚，寬度為6mm的銅片作為纏繞線圈，纏繞匝數(shù)1匝，以提高檢測靈敏度。所述銅片

磁芯選擇在高頻區(qū)性能好的鎳鋅鐵氧體磁芯，磁芯的尺寸，從原理上是越大越好，考慮到電纜本身的大小，其最佳內(nèi)徑就比較固定，本實用新型設(shè)計磁芯的內(nèi)徑為40-55mm，外徑為55-75mm，高度為20-40mm。作為本實用新型的一個實施例，所述磁芯的內(nèi)徑為50mm，外徑為70mm，高度為30mm，作為本實用新型的又一個實施例，所述磁芯的內(nèi)徑為53mm，外徑為68mm，高度為35mm，作為本實用新型的又一個實施例，所述磁芯的內(nèi)徑為45mm，外徑為60mm，高度為28mm，可以提高傳感器感應(yīng)頻帶的上限截止頻率及高頻段的靈敏度。需要說明的是，所述磁芯是指由兩個半環(huán)型磁芯4組成的環(huán)型磁芯。

本實用新型提供的高頻電流傳感器在工作時，兩個分體式金屬屏蔽外殼繞著合頁打開，將屏蔽盒套于接地電纜上，合上合頁，扣緊搭扣以閉合金屬屏蔽外殼。電纜中微弱的高頻電流信號在磁芯中感應(yīng)生成相應(yīng)變化的磁場，該變化的磁場在線圈中感應(yīng)生成相應(yīng)變化的電動勢，該感應(yīng)電動勢經(jīng)信號輸出插頭輸出。

由此可見，本實用新型創(chuàng)造性地將差分放大的原理，引入到高頻電流傳感器中，充分利用差分電路有效消除干擾和兩倍放大原始信號的特點，有效地提高了高頻電流傳感器的抗干擾能力，并極大提高了傳感器的靈敏度。這些都使本實用新型提供的高頻電流傳感器能更好適用于復(fù)雜的測試環(huán)境，有效提高其檢測效果和實用性。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子；在本實用新型的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術(shù)特征之間也可以進行組合，并存在如上所述的本實用新型的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細(xì)節(jié)中提供。因此，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。