电子式电流互感器的设计

蒋志恒　郭豫襄　刘晓焱

摘要：电子式电流互感器的设计是电路供电问题中的一个难点和重点。本文通过对电子电流互感器常用供电方案比较及电子式电流互感器的设计方案探讨，说明了电子式电流互感器的设计。

关键词：电子式电流互感器高压侧电源供能电路

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0138-01

在目前研究的重点和热点一般是电子式电流互感器的设计方面，电子式电流互感器具有广阔的发展前景.本文所设计的是一种新型的电子式电流互感器，它具有明显的优点，其绝缘结构非常简单，重量较轻，体积较小，灵敏度高，可靠性高，测量范围相对较大大，频带较宽。

在高频开关的电源中，不仅需要检测出开关管和电感等元器件。还要用电流检测方法对互感器、霍尔元件进行检测。电子式电流互感器有频带较宽、能耗较小、价格较便宜、信号还原性较好等许多的优点。在双端变换器中，电子式电流互感器的功率变压器，原为流过的正负对称双极性电流脉冲，它没有直流分量的影响，这然电流互感器可以很好的应用。

1常用供电方案的分析比较

1.1 激光供能

激光供电系统主要是采用其它光源或者是激光，在低电位侧利用光纤把光能量传到高电位的一侧，再利用光电转换器件把光能量转换成电能量，经过DC-DC再次变换以后提供稳定的电源进行输出。

激光供能是一种新的供电方式，激光供能的优点把能量以光形式通过光纤传到高压侧，让高压和低压电实现了完全隔离，不让其再受电磁场干扰的影响，其稳定可靠，并且安全。但激光供电也有设计难点，如下：第一，受激光输出功率的大小限制，尤其是光电转换效率影响，该方法提供的能量是非常有限的，制作成本也相对较高。第二，激光供电的输出功率和发光波长都会受到温度的影响，一定要采取相应的措施实现对温度的自动控制。

1.2 母线电流取能供电

在母线电流取能供电中为了平衡负载的电阻。供电的都是能量来自高压母线的电流，电能的获取是利用一个套在母线上磁感应线圈来实现的，母线环的周围有大量的磁场，并通过磁场来获取所需的能量，再经过处理，提供给高压的电子线路。

此供能方式有结构较紧凑、体积微小、使用可靠安全、绝缘封装相对简单、供电可靠、成本低的优点，但是这种功能方式的设计难点是母线电流不是一个稳定值，并且变化的范围比较大，所以，磁感应高电压技术线圈必须要有兼顾最大、最小的两种极限条件，后续处理的电路必须要有保护功能，来保障电压的稳定输出。

1.3 电容电流的取能供电

电容电流的取能供电利用的是电容分压器在高压母线环的周围，存在电场中取能供电，供电方式和母线电流供电有相同点。因为，一次电压的相对电流一般是比较稳定的，所以，这种方案的电源输出也是比较稳定的，但是设计该方法与母线电流供电相比困难更大。第一，怎样来保证取能电路与后续工作电路间的电气隔离的问题，这就要求有严格的电磁兼容设计和过电压防护；第二，这种方法的误差来源更多，比如温度及杂散电容等等多种因素都可能影响该方法的使用和安全性能；第三，在采用本方法时得到的功率是非常有限的，虽然可以通过改变电容的大小，来进行调整功率输出，可是过大电容也必将要带来更多问题。

有上述三种供电方案可知，每种方案各有优缺点，从产品的可靠性、结构安全、成本效益出发，用母线取能供电的方法是比较理想的，这个方案是母线取能与储能电池供能相互结合供电方案。

2无源电子式电流互感器的设计方案

无源电子式互感器和有源电子式互感器的一次电流检测原理都是一样的，都是采用原理进行测量，但是在设计上也做了稍微的改进，其改进内容如下所述。

2.1 线路设计

一般采用的是专门设计的传输模拟小信号屏蔽电缆的有电子回路的连接、传感头的连接这两个方面。而这两个方面的必须要进行在安装上要分离才可以，在传输精度上还可以保证在长距离范围内传输的要求，同时还要在电磁方面上要做到兼容的状态才可行。

2.2 位置设计

原有的采集器供电可靠性相对较差，高压供能元件特别复杂。在进行了采集器的位置设计后，这使采集器在受干扰时错误输出的概率减小。把原来放在高压侧电子采集单元下放到互感器底座低压二次侧。让电子回路运行的环境得到了极大的优化，电源的可靠性得到很好的保证，使工作环境相对优化，EMC的运行维护变得更加方便，更换检修电子单元的时间更短，进而提高了效率。

2.3 电路与元器件的设计

在电子回路本身提高了可靠性。采取像电子采集回路自检测技术，电子采集回路自检测技术包括心跳自检、精度自检等技术，还采用电子采集回路冗余互检技术。另外，还采用了现场安装技术、运行维护和现场试验等各方面都对电子互感器的可靠性产生了很大的影响的。

3电子式电流互感器光电池的选择

激光器供电发出的能量用光的形式来进行传送，可是要得到所需电能，还必须要用光電转换器件来进行，光电转换器件也就是光电池。它能把入射光能转换为电能。光电池的种类繁多，比如像硒光电池，硅光电池，砷化镓光电池，氧化亚铜光电池等等。但在实际中最常用的是硅光电池，硅光电池的主要技术参数如下。

第一，实际的转换效率可达8%，在相同价位的光电池中转换效率是最高的，所以，可实现产品化和商业化；第二，硅光电池的峰值波长在700～ 900nm之间，正好激光器输出波长为808nm，正好在它的峰值波长中间，这也就是说在激光器输出的波长下光电池基本工作是处于最佳转换状态的；第三，硅光电池的光照强度应用于高压设备测量，这往往要器件对周围环境变化不敏感；第四，硅光电池的输出电压为4.9V，电流为45mA，峰值的功率是250mA；因此，它有很高宽广光谱响应、光照灵敏度和良好线性。第五，硅光电池是非常稳定的，电子式电流互感器的硅光电池实际采光面积一般都是60mm×60mm。

4电子式电流互感器电源的性能参数

电子式电流互感器电源由光电转换模块和激光输出共同组成，激光输出模块是主要有电流驱动，驱动电流为2.2A电流，可达到驱动电流要求。光纤的出口处光功率是1.6W，在利用光电进行转换后的电功率可达125mW左右。

5结语

在信息化时代的今天，必须要不断提高电子式电流互感器的质量和可靠性，电子式电流互感器在我们的生活中的应用也越来越广泛，不管在任何地方它都有应用，所以我们要不断地对电子式电流互感器进行深入的研究。

参考文献

[1] 王继元，等.GB1208-2006，电流互感器[S].北京：中国标准出版社，2007.

[2] 高祖绵.互感器原理与设计基础[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会.GB1208-2006.中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，2007.

[4] 互感器制造技术编审委员会.互感器制造技术[M].北京：机械工业出版社，1998.