PDF《i线圈低频失真校正技术》

1 S t r u c t u r eo fR o g o w s k i c o i l 自积分式罗氏线圈的等效电路如图2所示. 图2 自积分式罗氏线圈等效电路 F i g .

2 E q u i v a l e n t c i r c u i t o f s e l f - i n t e g r a t o rR o g o w s k i c o i l 图2中: i 1( t) 为被测母线电流;

M 为罗氏线圈 与被测电流母线之间的互感系数;

L0, R0, C0 和r ―

6 9 ― 第37卷第22期2013年11月25日Vol.37No.22Nov.25,

2 0

1 3 分别为罗氏线圈的自感系数、 内阻、 分布电容和终端 采样电阻[ 6,

9 -

1 0] . 为简化分析, 忽略分布电容参数, 根据图2自积 分式罗氏线圈等效电路模型, 可列出电路方程为: e( t) =-M d i 1( t) d t =L0 d i 2( t) d t + ( R0 +r) i 2( t) (

1 ) 对于自积分式罗氏线圈, 电阻R0 +r 往往很小, 当被测 电流i

1 ( t) 变化率很高时, 满足ωL0 ? R0+ r, 得到: i 2( t)≈- M L0 i 1( t) (

2 ) 由式(

2 ) 可知, 当自积分条件满足时, 采样电阻 上的压降i 2( t) r 与被测电流i 1( t) 呈线性关系. 1.

2 自积分式罗氏线圈低频失真产生机理 当考虑分布电容时, 根据图2中罗氏线圈等效 电路模型, 设罗氏线圈初始条件为0时, 可以定义罗 氏线圈的传递函数为[

1 1 -

1 3] : H ( s) = Ur( s) I 1( s) = M s L0 C0 s

2 + L0 R0 +R0 C0 ? è ? ? ? ÷s+ R0 +r R0 (

3 ) 根据式(

3 ) 求得其下限频率fL 和上限频率fH 分别为[ 7] : fL ≈ R0 +r

2 π L0 (

4 ) fH ≈

1 2 π r C0 (

5 ) 对于雷电流含有的低频成分, 电流变化率较小, 在测量雷电流时, 低频成分频率可能在下限频率以 下, 不能满足自积分条件, 则终端采样电阻输出信号 中就含有微分量.又由式(

1 ) 可知, 忽略线圈中的低 频成分( R0+ r) i 2( t) , 罗氏线圈输出信号i 2( t) r 与 真实电流i 1( t) 不再呈线性关系, 因此使得罗氏线圈 测量的雷电流出现低频失真.

2 自积分式罗氏线圈低频校正方法 2.

1 雷电流频谱分析 根据国家建筑物防雷设计规范 G B5

0 0

5 7―9 4, 雷电流所包含的频率从低频到高频都有, 但主要集 中在低频部分.雷电波的频谱很宽, 其能量频谱主 要集中在几千赫兹到几百千赫兹.对于双指数形式 和I E C1

3 1

2 -

1 提供的雷电流来说, 大部分雷电流的 频谱分布在小于1

0 0k H z的范围内, 而对于脉冲函 数形式的雷电流, 其频率则分布在小于5

0 0k H z的 范围内[

1 3 -

1 4] . 雷电引起输电线路故障跳闸时, 输电导线上产 生的雷电流传至端母线会发生折反射, 其经过母线 电容的影响及传播过程中的色散、 波头频率、 幅值均 会发生衰减和畸变, 且雷电流极易受到高压环境中 电晕放电、 无线电干扰的影响, 往往含有丰富的低频 成分.基于自积分式罗氏线圈的雷电流测量方法, 由于不能对低频段很好地响应, 则对于雷电波折反 射波的波头和波尾难以辨识. 为了能够精确测量输电线路沿线传播的雷电 流, 特别是其在传播过程中经端母线或雷击故障点 产生的折反射波的精确测量, 则需对其低频成分在 终端采样电阻r 中产生的微分量进行积分补偿, 使 得经校正电路后的信号输出与被测电流i 1( t) 呈比 例关系.假设罗氏线圈初始条件为0, 由式( 1) 变换 得到: i 1( t) =- L0 M i 2( t) + R0 +r L0 ∫ i 2( t) d t ? è ? ? ? ÷ (

6 ) 2.

2 新型模拟积分校正电路的设计 根据自积分式罗氏线圈低频........