一種低溫電流互感器線圈的製作方法

2023-11-11 15:36:32

一種低溫電流互感器線圈的製作方法
【專利摘要】一種低溫電流互感器線圈，所述的低溫電流互感器線圈主要包含低溫膠內骨架(1)、低溫絕緣線匝(2)和低溫膠外骨架(3)；所述的低溫膠內骨架(1)位於低溫電流互感器線圈的中心，為空心的環狀結構；低溫絕緣線匝(2)採用耐低溫絕緣漆包線沿低溫膠內骨架(1)徑向均勻纏繞形成；低溫絕緣線匝(2)的首尾引出線(23)緊貼低溫膠內骨架(1)外壁從低溫膠內骨架(1)外壁的回線槽(12)處引出；低溫膠外骨架(3)為環狀，將除引出線(23)外的低溫絕緣線匝(2)和低溫膠內骨架(1)包覆。
【專利說明】
一種低溫電流互感器線圈

【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種應用於超導電力設備的低溫電流互感器線圈。

【背景技術】
[0002]得益於超導材料的發展，超導電力設備的研究近年來也取得了較大進展，部分裝置已經應用於實際電網。和常規電力設備類似，超導電力設備如超導變壓器、超導限流器等的繞組都是由多根繞組並聯製作，而超導繞組必須完全置於約_200°C或更低溫度下才能運行。為了獲得並聯超導繞組在穩態、過電流衝擊等狀況下的分流情況，必須在_200°C的條件下測量超導繞組的電流。
[0003]低溫對互感器帶來的最大問題是對互感器結構和絕緣的破壞。如常規塑料或普通環氧製作的互感器在低溫下回因為熱脹冷縮而開裂，影響測量的精度，甚至損壞互感器；常規絕緣材料在低溫下可能出現開裂，導致絕緣破壞，威脅到整個測試系統的安全。
[0004]中國發明專利200910169298.9公開了一種高精度電流互感器，其包含殼體、鐵芯、線圈和接線端子。如果想將其用於低溫下的電流測量，必須將包括鐵芯在內的整體都置於低溫環境中，此時鐵芯夾具的鬆緊會變化，鐵芯矽鋼片磁導率產生變化，都極大影響到測試的精度。此外，大電流測試的電磁式電流互感器體積都較大，而超導電力裝置的體積一般都較小，很難應用。
[0005]羅氏(Rogowski)線圈是一種基於法拉第電磁感應的元件，可以用來測量交變或脈衝電流。中國發明專利200710153234.X公開了一種高精度羅氏電流互感器，其應用於印製電路板上，無法應用於低溫環境中。中國發明專利201210511878.2公開了一種基於Rogowski線圈的電子式電流互感器線圈的繞制工藝，其主要關注於線圈繞制的均勻度、緊密度以及每線匝平面的垂直度對Rogowski線圈精度的影響。而事實上，線圈骨架形變、線圈本身的形變，都會對精度產生大的影響。
[0006]中國發明專利201010160764.9公開了一種電子式電流互感器，其二次繞組採用Rogowski線圈，線圈骨架為環氧樹脂混合膠製作而成，線圈採用錳銅絲繞制。該發明專利中沒有提及低溫可能對使用的環氧樹脂混合膠空心骨架的影響，也沒有提及低溫對錳銅絲形變帶來的影響。


【發明內容】

[0007]本發明的目的是克服現有技術的缺點，針對-200°C的低溫對電流互感器線圈結構、絕緣的影響，提出一種低溫電流互感器線圈。
[0008]本發明的低溫電流互感器線圈主要由低溫膠內骨架、低溫絕緣線匝和低溫膠外骨架等部件組成。所述的低溫膠內骨架位於低溫電流互感器線圈的中心，為空心的環狀結構。低溫絕緣線匝採用可耐受不低於_208°C的低溫絕緣漆包線沿低溫膠內骨架徑向均勻纏繞，低溫絕緣線匝的首尾引出線緊貼著低溫膠內骨架外壁，從低溫膠內骨架外壁的中心位置引出。低溫膠外骨架為環狀，將除引出線外的低溫絕緣線匝和低溫膠內骨架完全包覆。
[0009]所述的低溫是指溫度遠低於室溫，即溫度從_162°C至_208°C的溫度區間。溫度_162°C為液化天然氣沸點，_208°C為氮的凝固溫度。
[0010]所述的低溫膠內骨架的製作材料採用在-200°C低溫下拉伸剪切強度超過20MPa的樹脂與玻璃纖維，採用真空浸潰工藝製作。低溫膠內骨架浸潰製作後，進一步加工成所要求的尺寸，低溫膠內骨架外表面需要順著同一方向打毛，不能交錯打毛。
[0011]所述的低溫絕緣線匝採用可耐受不低於-208°c的低溫絕緣漆包線沿低溫膠內骨架徑向均勻纏繞，低溫絕緣線匝的首尾引出線緊貼著低溫膠內骨架外壁，從低溫膠內骨架外壁的中心位置引出。
[0012]所述的低溫膠外骨架採用與低溫膠內骨架相同的低溫樹脂採用真空浸潰工藝製作而成。
[0013]所述的低溫電流互感器線圈製作步驟如下:
[0014](I)採用玻璃纖維按照低溫膠內骨架的基本尺寸加力緊密繞制，繞制過程中張力需保持恆定，張力大小不小於50N ；
[0015](2)將繞制完成的玻璃纖維置於真空澆注設備內的密封罐內，用真空泵將密封罐內及玻璃纖維間隙中的氣體抽出；
[0016](3)將低溫樹脂按照市售的低溫樹脂說明書中記載的組分和配比配製，並通過管道注入密封罐內，再用加壓泵向密封罐內加壓，將浸有低溫樹脂的玻璃纖維置於真空澆注設備密封罐的加熱裝置內，按照市售的低溫樹脂說明書中記載的固化溫度和時間設定加熱裝置的溫度和加溫時間，使得低溫樹脂完全浸潤玻璃纖維，然後再加溫固化；
[0017](4)將固化完成後的低溫膠內骨架取出，按照尺寸加工打毛外表面，但不能交錯打毛;
[0018](5)在低溫膠內骨架外表面中心加工出一個回線槽，並在內外表面均勻刻畫繞線通道，保證繞線均勻；
[0019](6)將低溫絕緣漆包線繞低溫膠內骨架外表面的回線槽繞一圈，然後按照繞線通道繞制；
[0020](7)繞制完成後，將低溫絕緣漆包線的端頭引出一段後，整體置於真空澆注設備的密封罐內，用真空泵將密封罐和繞制後的低溫絕緣線匝內部氣體排出；
[0021](8)將低溫樹脂按照市售的低溫樹脂說明書中記載的組分和配比配製，通過管道注入密封罐內，並用加壓泵向密封罐內加壓，使得低溫樹脂完全浸潤玻璃纖維，然後再按照市售的低溫樹脂說明書中記載的固化溫度和時間進行加溫固化；
[0022](9)將固化後的線圈取出，並對外表面進行精加工後即得到一個可用於低溫環境的電流互感器線圈。
[0023]本發明的低溫電流互感器線圈採用耐低溫樹脂和真空浸潰工藝，保證了線圈在-200°C的低溫下不發生脆化和產生裂痕。採用低溫絕緣漆包線繞制，保證了 -200°C低溫下線圈的絕緣強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0024]圖1低溫電流互感器線圈結構圖，圖中:1低溫膠內骨架、2低溫絕緣線匝、3低溫膠外骨架；
[0025]圖2低溫膠內骨架I結構圖，圖中:11骨架本體、12回線槽、13繞線通道；
[0026]圖3低溫絕緣線匝結構圖，圖中:21線匝、22回線、23引出線。

【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發明。
[0028]如圖1所示，本發明的低溫電流互感器線圈主要包含低溫膠內骨架1、低溫絕緣線匝2和低溫膠外骨架3。首先，製作加工完成低溫膠內骨架I ;其次，在低溫膠內骨架I上按照要求均勻繞制低溫絕緣線匝2 ;最後，製作加工完成低溫膠外骨架3。所述的低溫膠內骨架I位於低溫電流互感器線圈的中心，為空心的環狀結構；低溫絕緣線匝2採用可耐受不低於_208°C的低溫絕緣漆包線沿低溫膠內骨架I徑向均勻纏繞，低溫絕緣線匝2的首尾引出線23緊貼低溫膠內骨架I的外壁，從低溫膠內骨架I外壁的回線槽12處引出；低溫膠外骨架3為環狀，將除引出線23外的低溫絕緣線匝2和低溫膠內骨架I完全包覆。
[0029]如圖2所示，所述的低溫膠內骨架I包含骨架本體11、回線槽12和繞線通道13。所述的骨架本體11由玻璃纖維按照基本尺寸繞之後，採用低溫樹脂膠真空澆注而成。在本實施例中，採用的玻璃纖維為ECT468G-1200無捻直接紗，在模具上以恆張力模式均勻繞制，張力大小不小於50N。在本實施例中，低溫交內骨架I中心孔直徑為40mm，外直徑為60mm，厚度為10_。當玻璃纖維繞制達到外直徑厚度時停止纏繞，並將其緊固後取出。將取下的玻璃纖維卷連同模具一起置於真空澆注設備的密封罐內，通過真空泵將密封罐內及玻璃纖維卷中的氣體排出。在本實施例中，採用的低溫樹脂膠為上海市合成樹脂研究所生產的DW-3低溫結構膠。使用時，將其甲組份、乙組份和丙組份按照5:1:0.2的比例配製好後攪拌均勻，通過密封罐的加注口密封注入玻璃纖維卷及模具中，注入完畢後再通過外部加壓裝置進行加壓，以使得DW-3低溫結構膠能夠完全均勻浸潤玻璃纖維卷。所述的甲組份為四氫呋喃與環氧丙烷共聚醚樹脂和環氧氯丙烷的共聚化合物，乙組份為590固化劑，丙組份為KH-550和Y-氨丙基三乙氧基矽烷的共聚化合物。加壓完畢後，將加熱裝置設定為60°C後加溫8小時，以保證DW-3低溫結構膠完全固化。固化後，將玻璃纖維卷和模具取出，脫模後將其表面沿同一方向打毛，即得到骨架本體11。然後，在骨架本體11的外表面中心處加工一個半徑0.2mm的半圓形凹槽，即為回線槽12。最後，在骨架本體11的四個側面均勻加工繞線通道13。根據總體設計，選用的低溫漆包線直徑為0.2mm，共需要在骨架本體11上繞制600匝。設置繞線通道13的目的是保證繞制的線匝能夠均勻，不產生滑動。因此，選在在骨架本體11上刻畫150道凹槽，每道凹槽之間的間隔為2.4°，單個凹槽寬0.2mm，深0.1mm。
[0030]如圖3所示，所述的低溫絕緣線匝2包含線匝21、回線22和引出線23。低溫絕緣線匝2採用一根完整的漆包線繞制，該漆包線直徑為0.2mm,外部的絕緣漆必須能夠在_200°C低溫下保證一定的絕緣強度及韌性，在本實施例中選用的為聚醯亞胺絕緣漆包線。繞制時，首先，將漆包線沿骨架本體11上的回線槽繞一圈，即得到回線22，繞制回線22的目的是為了儘量減少外部磁場的測量的影響。然後，將漆包線從回線22的末端開始沿刻畫的繞線通道13反向均勻繞制，每兩道凹槽之間均勻繞制3匝，繞制時需儘量保證加力恆定。繞制完600阻後，將漆包線從回線22的起始位直處固定後引出，該引出的端子和回線22起始端引出的端子即為低溫絕緣線匝2的引出線23。實際使用時，若線圈的中心孔中穿過的導體中有交變電流，由法拉第電磁感應定律，則會在低溫絕緣線匝2的引出線23的兩端感應出電壓，通常能夠達到mV量級，該感應電壓與交變電流相對應，通過後續的積分處理電路即能夠得到相對應的交變電流值。
[0031]如圖1所示，低溫電流互感器線圈的低溫膠外骨架3製作過程如下:完成低溫絕緣線匝2繞制後，將低溫絕緣線匝2置於模具中，再放入真空澆注設備的密封罐內，通過真空泵將密封罐內及低溫絕緣線匝2中的氣體排出。在本實施例中，低溫膠外骨架3採用與低溫膠內骨架相同的DW-3低溫結構膠進行製作。將DW-3低溫結構膠的甲組份、乙組份和丙組份按照5:1:0.2的比例配製好後攪拌均勻，通過密封罐的加注口密封注入模具中，注入完畢後再通過外部加壓裝置進行加壓，以使得DW-3低溫結構膠能夠完全均勻浸潤繞制後的線圈。所述的甲組份為四氫呋喃與環氧丙烷共聚醚樹脂和環氧氯丙烷的共聚化合物，乙組份為590固化劑，丙組份為KH-550和Y -氨丙基三乙氧基矽烷的共聚化合物。加壓完畢後，將加熱裝置設定為60°C後加溫8小時，以保證DW-3低溫結構膠完全固化。固化後，將模具取出脫模，並對外表面進行處理後即完成低溫膠外骨架3的製作。低溫膠外骨架3製作完成後，即得到完整可用的低溫電流互感器線圈。
[0032]除本發明實施例中使用的上海市合成樹脂研究所生產的DW-3低溫結構膠外，目前國內外市面可售的低溫樹脂還包括以下型號:天津市合成材料工業研究所生產的HY-912型超低溫膠，其由甲組份:環氧樹脂、乙組份:聚氨酯樹脂和丙組分:鋁粉按照60:40:4的比例配製好後攪拌均勻，100°C下4小時固化；美國Master Bond公司生產的EP29LPSP型耐超低溫雙組份環氧膠，其由甲組份(未公布成分)和乙組份(未公布成分)按照100:65的比例配置好後攪拌均勻，最佳固化溫度為50?70°C，固化時間6?8小時；美國Emerson&Cuming公司生產的Stycast-1266型雙組份環氧膠,其由甲組份:環氧基樹脂和乙組份:胺基樹脂按照100:28的比例配置好後攪拌均勻，最佳固化溫度為65°C，固化時間I?2小時；美國3M公司生產的Scotch-Weld2216型樹脂，其由甲組份(未公布成分)和乙組份(未公布成分)按照5:7的比例配置好後攪拌均勻，最佳固化溫度為66°C，固化時間2小時。
[0033]本發明提供了一種可用於-200°C低溫環境下的交變或脈衝電流互感器線圈製作方法及工藝，採用低溫結構膠和真空浸潰工藝製作骨架，保證了線圈在低溫下具有一定的強度而不發生脆裂；採用耐低溫的漆包線製作線匝，保證了低溫下線匝的絕緣不被破壞。採用該方法製作的線圈能夠在-200°C的低溫環境下使用，可以應用於不超過35kV的高溫超導電力設備均流特性測量。
【權利要求】
1.一種低溫電流互感器線圈，其特徵在於:所述的低溫電流互感器線圈主要包含低溫膠內骨架(I)、低溫絕緣線匝(2)和低溫膠外骨架(3);所述的低溫膠內骨架(I)位於低溫電流互感器線圈的中心，為空心的環狀結構；低溫絕緣線匝(2)採用能夠耐受不低於-208°C的低溫絕緣漆包線沿低溫膠內骨架(I)徑向均勻纏繞形成；低溫絕緣線匝(2)的首尾引出線(23)緊貼低溫膠內骨架(I)外壁，從低溫膠內骨架(I)外壁的回線槽(12)處引出；低溫膠外骨架(3)為環狀，將除引出線(23)外的低溫絕緣線匝(2)和低溫膠內骨架(I)包覆。
2.按照權利要求1所述的低溫電流互感器線圈，其特徵在於:所述的低溫電流互感器線圈的製作方法如下: (1)採用玻璃纖維按照低溫膠內骨架(I)的基本尺寸加力緊密繞制，繞制過程中張力需保持恆定，張力大小不小於50N ； (2)將繞制完成的玻璃纖維卷連同模具一起置於真空澆注設備內的密封罐內，用真空泵將密封罐內及玻璃纖維間隙中的氣體抽出； (3)將低溫樹脂按照市售的低溫樹脂說明書中記載的組分和配比配製，並通過管道注入真空澆注設備內的密封罐內，再用加壓泵向密封罐內加壓；加壓完畢，將浸有低溫樹脂的玻璃纖維置於真空澆注設備密封罐的加熱裝置內，按照市售的低溫樹脂說明書中記載的固化溫度和時間設定加熱裝置的溫度和加溫時間，使得低溫樹脂完全浸潤玻璃纖維，然後再加溫固化，形成骨架本體(11); (4)固化後，將玻璃纖維卷和模具取出，脫模後將固化完成後的低溫膠內骨架(I)外表面順著同一方向打毛，不能交錯打毛； (5)在低溫膠內骨架(I)外表面中心加工出一個回線槽，並在低溫膠內骨架(I)內外表面均勻刻畫繞線通道(13)，使繞線均勻； (6)將低溫絕緣漆包線繞低溫膠內骨架(I)外表面的回線槽繞一圈，然後按照繞線通道繞制； (7)繞制完成後，將低溫絕緣漆包線的端頭引出一段後，整體置於真空澆注設備的密封罐內，用真空泵將密封罐和繞制後的低溫絕緣線匝內部氣體排出； (8)將低溫樹脂按照市售的低溫樹脂說明書中記載的組分和配比配製，通過管道注入密封罐內，並用加壓泵向密封罐內加壓，使得低溫樹脂完全浸潤玻璃纖維，然後再按照市售的低溫樹脂說明書中記載的固化溫度和時間加溫固化； (9)將固化後的線圈取出，並對其外表面進行精加工後即得到一個用於低溫環境的電流互感器線圈。
【文檔編號】H01F41/04GK104200979SQ201410499475
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】馬韜, 張京業, 朱志芹, 戴少濤, 趙連岐, 薛弛, 滕玉平, 許熙 申請人:中國科學院電工研究所, 江蘇中天科技股份有限公司