電子式電流互感器的設計

蔣志恒　郭豫襄　劉曉焱

摘要：電子式電流互感器的設計是電路供電問題中的一個難點和重點。本文通過對電子電流互感器常用供電方案比較及電子式電流互感器的設計方案探討，說明了電子式電流互感器的設計。

關鍵詞：電子式電流互感器高壓側電源供能電路

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0138-01

在目前研究的重點和熱點一般是電子式電流互感器的設計方面，電子式電流互感器具有廣闊的發展前景.本文所設計的是一種新型的電子式電流互感器，它具有明顯的優點，其絕緣結構非常簡單，重量較輕，體積較小，靈敏度高，可靠性高，測量范圍相對較大大，頻帶較寬。

在高頻開關的電源中，不僅需要檢測出開關管和電感等元器件。還要用電流檢測方法對互感器、霍爾元件進行檢測。電子式電流互感器有頻帶較寬、能耗較小、價格較便宜、信號還原性較好等許多的優點。在雙端變換器中，電子式電流互感器的功率變壓器，原為流過的正負對稱雙極性電流脈沖，它沒有直流分量的影響，這然電流互感器可以很好的應用。

1常用供電方案的分析比較

1.1 激光供能

激光供電系統主要是采用其它光源或者是激光，在低電位側利用光纖把光能量傳到高電位的一側，再利用光電轉換器件把光能量轉換成電能量，經過DC-DC再次變換以后提供穩定的電源進行輸出。

激光供能是一種新的供電方式，激光供能的優點把能量以光形式通過光纖傳到高壓側，讓高壓和低壓電實現了完全隔離，不讓其再受電磁場干擾的影響，其穩定可靠，并且安全。但激光供電也有設計難點，如下：第一，受激光輸出功率的大小限制，尤其是光電轉換效率影響，該方法提供的能量是非常有限的，制作成本也相對較高。第二，激光供電的輸出功率和發光波長都會受到溫度的影響，一定要采取相應的措施實現對溫度的自動控制。

1.2 母線電流取能供電

在母線電流取能供電中為了平衡負載的電阻。供電的都是能量來自高壓母線的電流，電能的獲取是利用一個套在母線上磁感應線圈來實現的，母線環的周圍有大量的磁場，并通過磁場來獲取所需的能量，再經過處理，提供給高壓的電子線路。

此供能方式有結構較緊湊、體積微小、使用可靠安全、絕緣封裝相對簡單、供電可靠、成本低的優點，但是這種功能方式的設計難點是母線電流不是一個穩定值，并且變化的范圍比較大，所以，磁感應高電壓技術線圈必須要有兼顧最大、最小的兩種極限條件，后續處理的電路必須要有保護功能，來保障電壓的穩定輸出。

1.3 電容電流的取能供電

電容電流的取能供電利用的是電容分壓器在高壓母線環的周圍，存在電場中取能供電，供電方式和母線電流供電有相同點。因為，一次電壓的相對電流一般是比較穩定的，所以，這種方案的電源輸出也是比較穩定的，但是設計該方法與母線電流供電相比困難更大。第一，怎樣來保證取能電路與后續工作電路間的電氣隔離的問題，這就要求有嚴格的電磁兼容設計和過電壓防護；第二，這種方法的誤差來源更多，比如溫度及雜散電容等等多種因素都可能影響該方法的使用和安全性能；第三，在采用本方法時得到的功率是非常有限的，雖然可以通過改變電容的大小，來進行調整功率輸出，可是過大電容也必將要帶來更多問題。

有上述三種供電方案可知，每種方案各有優缺點，從產品的可靠性、結構安全、成本效益出發，用母線取能供電的方法是比較理想的，這個方案是母線取能與儲能電池供能相互結合供電方案。

2無源電子式電流互感器的設計方案

無源電子式互感器和有源電子式互感器的一次電流檢測原理都是一樣的，都是采用原理進行測量，但是在設計上也做了稍微的改進，其改進內容如下所述。

2.1 線路設計

一般采用的是專門設計的傳輸模擬小信號屏蔽電纜的有電子回路的連接、傳感頭的連接這兩個方面。而這兩個方面的必須要進行在安裝上要分離才可以，在傳輸精度上還可以保證在長距離范圍內傳輸的要求，同時還要在電磁方面上要做到兼容的狀態才可行。

2.2 位置設計

原有的采集器供電可靠性相對較差，高壓供能元件特別復雜。在進行了采集器的位置設計后，這使采集器在受干擾時錯誤輸出的概率減小。把原來放在高壓側電子采集單元下放到互感器底座低壓二次側。讓電子回路運行的環境得到了極大的優化，電源的可靠性得到很好的保證，使工作環境相對優化，EMC的運行維護變得更加方便，更換檢修電子單元的時間更短，進而提高了效率。

2.3 電路與元器件的設計

在電子回路本身提高了可靠性。采取像電子采集回路自檢測技術，電子采集回路自檢測技術包括心跳自檢、精度自檢等技術，還采用電子采集回路冗余互檢技術。另外，還采用了現場安裝技術、運行維護和現場試驗等各方面都對電子互感器的可靠性產生了很大的影響的。

3電子式電流互感器光電池的選擇

激光器供電發出的能量用光的形式來進行傳送，可是要得到所需電能，還必須要用光電轉換器件來進行，光電轉換器件也就是光電池。它能把入射光能轉換為電能。光電池的種類繁多，比如像硒光電池，硅光電池，砷化鎵光電池，氧化亞銅光電池等等。但在實際中最常用的是硅光電池，硅光電池的主要技術參數如下。

第一，實際的轉換效率可達8%，在相同價位的光電池中轉換效率是最高的，所以，可實現產品化和商業化；第二，硅光電池的峰值波長在700～ 900nm之間，正好激光器輸出波長為808nm，正好在它的峰值波長中間，這也就是說在激光器輸出的波長下光電池基本工作是處于最佳轉換狀態的；第三，硅光電池的光照強度應用于高壓設備測量，這往往要器件對周圍環境變化不敏感；第四，硅光電池的輸出電壓為4.9V，電流為45mA，峰值的功率是250mA；因此，它有很高寬廣光譜響應、光照靈敏度和良好線性。第五，硅光電池是非常穩定的，電子式電流互感器的硅光電池實際采光面積一般都是60mm×60mm。

4電子式電流互感器電源的性能參數

電子式電流互感器電源由光電轉換模塊和激光輸出共同組成，激光輸出模塊是主要有電流驅動，驅動電流為2.2A電流，可達到驅動電流要求。光纖的出口處光功率是1.6W，在利用光電進行轉換后的電功率可達125mW左右。

5結語

在信息化時代的今天，必須要不斷提高電子式電流互感器的質量和可靠性，電子式電流互感器在我們的生活中的應用也越來越廣泛，不管在任何地方它都有應用，所以我們要不斷地對電子式電流互感器進行深入的研究。

參考文獻

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