地铁直流馈出电缆局部放电宽频带电流传感器的研究

　　0引言:

　　局部放电是电缆绝缘劣化的重要征兆和表现形式，对局部放电进行在线检测能够有效地诊断电缆的绝缘状态，预防重大停电事故川。要实现局部放电在线监测，必须准确、有效地提取局部放电信号，故传感器设计是一个非常关键的环节。本文首先通过试验研究分析各种参数对传感器幅频特性的影响，确定适用于地铁直流馈出电缆在线监测的宽频带电流传感器的磁芯参数;然后设计了与传感器磁芯相匹配的放大滤波板，并将其集成在传感器屏蔽盒内。最终设计完成了工作频带、灵敏度和线性度均能满足局放检测要求的宽频带电流传感器。

　　1电流传感器数学模型

　　电流传感器线圈结构如图1所示。为了方便现场安装，实际电流传感器设计为钳式，磁芯采用2半环状，2半环形磁芯并成一个圆环状磁芯。电流传感器线圈等效电路如图2所示川。

    M为电流传感器互感，Ls为线圈自感，Rs为线圈等效电阻，Cs为等效杂散电容，R为积分电阻。在积分电阻R上得到输出电压信号U2(t)。根据等效电路，可以列出电路方程:

　　磁芯材料和尺寸一定时，线圈自感L:和传感器互感M与线圈匝数N成正比.由式(6)和(10)可知，带频特性和频带宽度将主要由积分电阻R和线圈匝数N决定。积分电阻R越小，下限截止频率越低，上限截止频率越高，即工作频带越宽;但灵敏度降低。线圈匝数N越小，灵敏度越高;但下限截止频率增大，即工作频带变窄。故在磁芯材料和尺寸确定时，线圈匝数和积分电阻应综合考虑。馈出电缆局部放电传感器选取积分电阻值为10on，线圈匝数为12匝。

　　2传感器特性试验测试

　　电流传感器磁芯材料多选用铁氧体、坡莫合金和超微晶。超微晶材料是近年来发展较快性能优良的软磁性材料，具有高磁导率、高频损耗低、易于切割等优点[s]。本设计选用超微晶磁芯材料。

　　2.1线圈匝数对传感器特性的影响

　　试验电路如图3所示，保持积分电阻R为100n，i，幅值为4mA不变，恤过改变线圈的匝数来测试传感器的幅频特性。做了3组测试，匝数分别为8、12和15，，测试结果如图4所示。

　　由图4可以看出匝数减小可以使传感器下限频率降低，稳定度和线性度变好，但是输出的电压幅值减小，即灵敏度降低。与理论分析一致.

　　2.2积分电阻对传感器特性的影响

　　试验电路图如图3所示，保持线圈匝数12匝，右幅值为4mA不变，通过改变积分电阻值来测试传感器线圈的幅频特性.做了3组测试，阻值分别为50n、100n和15On，测试结果如图5所示。