本发明属于电压互感器技术领域，提供了一种电压互感器铁芯结构，本发明将电压互感器的圆截面改为竖直的椭圆截面以减小产品宽度，为了取得更好的效果铁芯截面采用不分级连续缠绕的的R形铁芯；由于分级缠绕的阶梯形外接圆截面和外接椭圆截面的面积与其外接圆面积和外接椭圆面积有固定的小于1的比例关系，因而本发明也适用于分级缠绕的阶梯型截面的电压互感器；本发明主要应用于空气柜20Hz半绝缘结构和全绝缘结构的接地电压互感器上,可以解决互感器宽度过大无法安装的问题；C‑GIS充气柜电压互感器，可以解决多绕组、高精度、大容量及满足国网1.9Um拐点要求的电压互感器宽度过大而无法制作的问题；所有开关柜小型化改进，缩小柜体宽度的需求。
1.一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：包括半绝缘结构接地电压互感器(1)，所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的顶部固定设有一次绕组首端端子A，所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的底部一侧固定设有多对二次绕组端子a和n及一对剩余电压绕组端子da和dn，另一侧固定设有一次绕组尾端端子N；
所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的铁芯截面为R形铁芯，所述R形铁芯的铁芯截面为竖直的椭圆截面，所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的铁芯上柱设有依次连续缠绕的二次绕组和一次绕组，多个所述半绝缘结构接地电压互感器(1)沿水平方向均匀间隔分布在空气柜内部，所述半绝缘结构接地电压互感器(1)与空气柜底板固定连接。
2.如权利要求1所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的一次端子A与空气柜内上部一次高压母线连接，所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的一次端子N与地接电性连接；
所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的二次端子a和n与电能表和电压表电性连接；
所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的剩余电压端子da和dn与继电保护装置电性连接。
3.如权利要求2所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：所述半绝缘结构接地电压互感器(1)的铁芯截面为不分级连续缠绕的R形铁芯和分级缠绕的阶梯型截面铁芯的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：还包括全绝缘结构接地电压互感器(2)，所述全绝缘结构接地电压互感器(2)顶部固定设有两个相对的一次绕组端子A和N，所述全绝缘结构接地电压互感器(2)底部一侧固定设有多对二次绕组端子a和n及一对剩余电压绕组端子da和dn；
所述全绝缘结构接地电压互感器(2)的铁芯截面为R形铁芯，所述R形铁芯的铁芯截面为竖直的椭圆截面，所述全绝缘结构接地电压互感器(2)的铁芯上柱设有依次连续缠绕的二次绕组和一次绕组，且一次绕组和二次绕组间设有绝缘间隔，多个所述全绝缘结构接地电压互感器(2)沿水平方向均匀间隔分布在空气柜内部，所述全绝缘结构接地电压互感器(2)与空气柜底板固定连接。
5.如权利要求4所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：所述全绝缘结构接地电压互感器(2)一次端子A与空气柜内上部一次高压母线连接，所述全绝缘结构接地电压互感器(2)的一次端子N与地接电性连接；
所述全绝缘结构接地电压互感器(2)的二次端子a和n与电能表和电压表电性连接；
所述全绝缘结构接地电压互感器(2)的剩余电压端子da和dn与继电保护装置电性连接。
6.如权利要求5所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：所述全绝缘结构接地电压互感器(2)的铁芯截面为不分级连续缠绕的R形铁芯和分级缠绕的阶梯型截面铁芯的任意一种。
7.如权利要求1所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：还包括半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)顶部一侧固定水平设有一个带锥形固体绝缘的一次绕组首端端子A，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)的底部一侧固定设有一个一次绕组尾端端子N、多对二次绕组端子a和n及一对剩余电压绕组端子da和dn；
所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)的铁芯截面为R形铁芯，所述R形铁芯的铁芯截面为竖直的椭圆截面，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)铁芯上柱设有依次连续缠绕的二次绕组和一次绕组，多个所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)沿水平方向均匀间隔分布在C‑GIS充气柜内部，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)与C‑GIS充气柜板固定连接。
8.如权利要求7所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)顶部一侧水平设置的带固体锥形绝缘的一次绕组首端端子A通过电压互感器插头同内锥插座对接，与SF6气室内的一次高压母线连接，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)的一次尾端端子N与地接电性连接；
所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)的二次端子a和n与电能表和电压表电性连接；
所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)的剩余电压端子da和dn与继电保护装置电性连接。
9.如权利要求8所述的一种电压互感器铁芯结构，其特征在于：所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器(3)的铁芯截面为不分级连续缠绕的R形铁芯和分级缠绕的阶梯型截面铁芯的任意一种。
一种电压互感器铁芯结构
技术领域
[0001] 本发明属于电压互感器技术领域，尤其涉及一种电压互感器铁芯结构。
背景技术
[0002] 高压开关设备主要用于电力系统的控制和保护，是非常重要的输配电设备，并不断向着高可靠性、高安全性及免维护等方向发展。于此同时，随着土地资源的不断减少，为了节约变电站用地，减少投资，开关柜小型化越来越受到市场的重视。为此，实现开关柜小型化是目前电工制造行业特别是开关设备制造厂研制新产品的方向。我国拥有广阔的海域和漫长的海岸线，发展海上风电潜力巨大，也是我国电力行业发展的主要方向之一。发展海上风电可以为推动地方经济发展带来机遇,能够加速沿海地区的能源转型，可以有效保障我国的能源安全，有助于促进前沿技术创新。我国的海上风电项目对我国社会发展有非常重大的意义，因此需要大力推广。柔性低频输电技术是关乎海上风电项目成败的关键，而12kV和40.5kV20Hz低频电压互感器是在柔性低频输电工程电力系统中为电能计量和继电保护装置提供电压信号的设备，是海上风电项目柔性低频输电工程的重要环节。
[0003] 由于经济全球化的不断发展，我国的配电房的发展也面临国外高质量产品的竞争，进口的高压配电柜因为其优良的质量在我国的高压配电柜的行业中占据了半壁河山。也促使我国的高压配电柜不断地技术创新，C‑GIS充气柜采用空气绝缘与六氟化硫气室相结合，具有结构紧凑、操作灵活、连锁可靠、可扩展等特点，涵盖12kV、24kV及40.5kV等电压等级，适用于配电自动化。能够为各种应用场合(尤其是环境恶劣的地方)和不同的用户需求提供满意的技术解决方案。可用于电力系统中的小型二次变电站、开关站、箱式变电站、居民小区、工矿企业和大型商场，尤其适用于机场、地铁、铁路等用电要求较高的场所。近年来国内开关柜企业争相开发生产，作为测量和保护用的C‑GIS充气柜用金属铠装电压互感器目前国内仅有几家企业能够根据国外技术进行转化生产，但产品容量都较小，且励磁特性拐点电压仅为1.9U1n(额定电压)，也不满足国家电网1.9Um(设备最高电压)要求，不能完全满足国内需求，限制了C‑GIS充气柜的推广应用。
[0004] 综合上述，电压互感器在某些特定场合，由于安装位置受到限制，尤其是开关柜宽度方向的限制，形成传统设计方法难以制造出适用电压互感器的局面，存在开关柜小型化产品，柜子宽度变窄，现有宽度互感器难以安装的问题；存在现在多绕组、高精度、大容量及满足国网1.9Um铁芯拐点要求的10‑35kV电压互感器需求越来越多，电压互感器的体积也越来越大，由于现有柜型的宽度是标准的，无法加宽，电压互感器的生产难度加大，给成套厂家和互感器制造厂都带来了很大多困难的问题；在16.7Hz和20Hz等低频空气绝缘柜中使用中产品成本高到无法接受并难以制作、导线电阻和漏抗就会剧增，在相同精度要求下输出容量会锐减，难以满足使用要求和满足多绕组、高精度、大容量及满足国网1.9Um要求，制造难度特别大的问题；C‑GIS充气柜柜体比较窄，带熔断器电压互感器除了要求金属铠装外，另一个特点就是宽度窄长度很长，35kV C‑GIS充气柜金属铠装电压互感器最宽宽度仅为240mm，用户急需的三个绕组50VA0.2级，且满足国网1.9Um拐点要求的电压互感器，由于宽度受到限制，致使国内、外几乎无厂家能够生产，严重影响了性能优异的C‑GIS充气柜在我国的推广使用。因此，急需采用创新的方法研制出可用的产品，本发明提出了一种电压互感器铁芯结构来解决上述问题。
发明内容
[0005] 本发明提供一种电压互感器铁芯结构，旨在解决背景技术提出的电压互感器的宽度受柜体宽度限制，以致无法设计制造的问题。
[0006] 本发明是这样实现的，一种电压互感器铁芯结构，1.包括半绝缘结构接地电压互感器，所述半绝缘结构接地电压互感器的顶部固定设有一次绕组首端端子A，所述半绝缘结构接地电压互感器的底部一侧固定设有多对二次绕组端子a和n及一对剩余电压绕组端子da和dn，另一侧固定设有一次绕组尾端端子N；
[0007] 所述半绝缘结构接地电压互感器的铁芯截面为R形铁芯，所述R形铁芯的铁芯截面为竖直的椭圆截面，所述半绝缘结构接地电压互感器的铁芯上柱设有依次连续缠绕的二次绕组和一次绕组，多个所述半绝缘结构接地电压互感器沿水平方向均匀间隔分布在空气柜内部，所述半绝缘结构接地电压互感器与空气柜底板固定连接。
[0008] 优选的，所述半绝缘结构接地电压互感器的一次端子A与空气柜内上部一次高压母线连接，所述半绝缘结构接地电压互感器的一次端子N与地接电性连接；
[0009] 所述半绝缘结构接地电压互感器的二次端子a和n与电能表和电压表电性连接；
[0010] 所述半绝缘结构接地电压互感器的剩余电压端子da和dn与继电保护装置电性连接。
[0011] 优选的，所述半绝缘结构接地电压互感器的铁芯截面为不分级连续缠绕的R形铁芯和分级缠绕的阶梯型截面铁芯的任意一种。
[0012] 一种电压互感器铁芯结构，还包括全绝缘结构接地电压互感器，所述全绝缘结构接地电压互感器顶部固定设有两个相对的一次绕组端子A和N，所述全绝缘结构接地电压互感器底部一侧固定设有多对二次绕组端子a和n及一对剩余电压绕组端子da和dn；
[0013] 所述全绝缘结构接地电压互感器的铁芯截面为R形铁芯，所述R形铁芯的铁芯截面为竖直的椭圆截面，所述全绝缘结构接地电压互感器的铁芯上柱设有依次连续缠绕的二次绕组和一次绕组，且一次绕组和二次绕组间设有绝缘间隔，多个所述全绝缘结构接地电压互感器沿水平方向均匀间隔分布在空气柜内部，所述全绝缘结构接地电压互感器与空气柜底板固定连接。
[0014] 优选的，所述全绝缘结构接地电压互感器一次端子A与空气柜内上部一次高压母线连接，所述全绝缘结构接地电压互感器的一次端子N与地接电性连接；
[0015] 所述全绝缘结构接地电压互感器的二次端子a和n与电能表和电压表电性连接；
[0016] 所述全绝缘结构接地电压互感器的剩余电压端子da和dn与继电保护装置电性连接。
[0017] 优选的，所述全绝缘结构接地电压互感器的铁芯截面为不分级连续缠绕的R形铁芯和分级缠绕的阶梯型截面铁芯的任意一种。
[0018] 一种电压互感器铁芯结构，还包括半绝缘结构金属外壳接地电压互感器，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器顶部一侧固定水平设有一个带锥形固体绝缘的一次绕组首端端子A，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器的底部一侧固定设有一个一次绕组尾端端子N、多对二次绕组端子a和n及一对剩余电压绕组端子da和dn；
[0019] 所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器的铁芯截面为R形铁芯，所述R形铁芯的铁芯截面为竖直的椭圆截面，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器铁芯上柱设有依次连续缠绕的二次绕组和一次绕组，多个所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器沿水平方向均匀间隔分布在C‑GIS充气柜内部，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器与C‑GIS充气柜板固定连接。
[0020] 优选的，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器顶部一侧水平设置的带固体锥形绝缘的一次绕组首端端子A通过电压互感器插头同内锥插座对接，与SF气室内的一次高压母线连接，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器的一次尾端端子N与地接电性连接；
[0021] 所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器的二次端子a和n与电能表和电压表电性连接；
[0022] 所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器的剩余电压端子da和dn与继电保护装置电性连接。
[0023] 优选的，所述半绝缘结构金属外壳接地电压互感器的铁芯截面为不分级连续缠绕的R形铁芯和分级缠绕的阶梯型截面铁芯的任意一种。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025] 1、本发明将电压互感器的圆截面改为竖直的椭圆截面，以减小产品宽度，虽然在产品高度和长度方向会有所增大，但由于柜子是并排摆放，在产品高度和长度方向的安装位置是有充分裕度的，在为了取得更好的效果铁芯截面采用不分级连续缠绕的的R形铁芯，由于分级缠绕的阶梯形外接圆截面和外接椭圆截面的面积与其外接圆面积和外接椭圆面积，在圆的半径和椭圆的长轴、短轴比例，及分级数确定后，有固定的小于1的比例关系，也就有固定的面积利用率，因而本发明也适用于分级缠绕的阶梯型截面的电压互感器；
[0026] 2、本发明适用于16.7Hz和20Hz等低频空气绝缘柜中使用，解决了产品体积大到无法接受并难以制作、导线电阻和漏抗就会剧增，在相同精度要求下输出容量会锐减，也难以满足使用要求和满足多绕组、高精度、大容量及满足国网1.9Um要求，制造难度特别大的问题；
[0027] 3、本发明适用于35kV C‑GIS充气柜金属铠装电压互感器最宽宽度仅为240mm，用户急需的三个绕组50VA0.2级，且满足国网1.9Um拐点要求的电压互感器，电压互感器的圆截面改为竖直的椭圆截面，以减小产品宽度，适用于C‑GIS充气柜比较窄的柜体，方便C‑GIS充气柜在我国的推广使用；
[0028] 4、本发明电压互感器适用于现有标准宽度柜型的小型化改进，当柜子宽度变窄，本发明电压互感器适用且便于安装，给成套厂家和互感器制造厂带来方便。
附图说明
[0029] 图1为本发明中的半绝缘结构的接地电压互感器结构示意图；
[0030] 图2为本发明中的全绝缘结构的接地电压互感器结构示意图；
[0031] 图3为本发明中的半绝缘结构金属外壳接地电压互感器结构示意图；
[0032] 图4为本发明中半绝缘接地电压互感器安装空间情况示意图；
[0033] 图5为本发明中全绝缘接地电压互感器安装空间情况示意图；
[0034] 图6为本发明中半绝缘结构金属外壳接地电压互感器安装空间情况示意；
[0035] 图7为本发明中R形铁芯圆形截面面积与分级铁芯圆截面面积的关系图；
[0036] 图8为本发明中R形铁芯椭圆形截面面积与分级铁芯椭圆截面面积的关系[0037] 图9为本发明中圆、椭圆、圆和椭圆面积关系叠加的一种实施例示意图；
[0038] 图10为本发明中圆、椭圆、圆和椭圆面积关系叠加的另一种实施例示意图；
[0039] 图11为本发明中圆截面铁芯层绝缘宽度减小示意图；
[0040] 图12为本发明中椭圆截面铁芯层绝缘宽度减小示意图。
[0041] 图中：
[0042] 1、半绝缘结构接地电压互感器；
[0043] 2、全绝缘结构接地电压互感器；
[0044] 3、半绝缘结构金属外壳接地电压互感器；
[0045] r：铁芯圆截面半径；
[0046] a：椭圆的长轴半径；
[0047] b：椭圆的短轴半径；
[0048] Sy：R形铁芯圆形截面的面积；
[0049] Syc：半径为r外接圆的分级铁芯截面的面积；
[0050] ky：固定常数‑‑分级铁芯截面的面积利用率；
[0051] St：R形铁芯椭圆形截面的面积；
[0052] Stc：长短轴为a、b的外接椭圆的分级铁芯截面的面积；
[0053] kt：固定常数‑‑分级椭圆铁芯截面的面积的利用率。
具体实施方式
[0054] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0055] 通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
[0056] 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057] 当前开关柜或充气柜常用的接地电压互感器主要有三种形式，一种为具有单端高压绝缘的半绝缘接地电压互感器1，另一种为具有两端高压绝缘的全绝缘接地电压互感器2，第三种为半绝缘结构金属外壳接地电压互感器3。下面以低频空气绝缘柜和C‑GIS充气柜为例进行说明，如图1所示为半绝缘结构接地电压互感器1，图2所示为全绝缘结构接地电压互感器2，图3所示为半绝缘结构金属外壳接地电压互感器3，电压互感器在柜内安装情况如图4、图5和图6所示，图4为半绝缘接地电压互感器1在柜内安装空间情况，图5为全绝缘接地电压互感器2在柜内安装空间情况，图6为半绝缘结构金属外壳接地电压互感器3在柜内安装空间情况，从图4、图5和图6中可以明确看出柜宽对互感器宽度进行了限制，在长度和高度方面有较大裕度。
[0058] 由于开关柜是并排摆放，通常柜子在高度和长(深)度方面是有余量。本发明将电压互感器的圆截面改为竖直的椭圆截面，以减小产品宽度，同时在产品高度和长度方向会有所增大。为了取得更好的效果铁芯截面采用不分级连续缠绕的的R形铁芯。由于分级缠绕的阶梯形外接圆截面和外接椭圆截面的面积与其外接圆面积和外接椭圆面积，在长轴与短轴比例及分级数确定后，有固定的小于1的比例关系，也就有固定的面积利用率，因而本发明也适用于分级缠绕的阶梯型截面的电压互感器，如图7和图8所示。
[0059] 实施例1：
[0060] 对现有成熟产品进行宽度缩小改进，以适用于新型窄柜型。
[0061] 圆面积Sc＝πr2，式中r为铁芯圆截面半径，椭圆面积Se＝π×a×b，式中a为椭圆的长轴半径，b为椭圆的短轴半径，令Sc＝Se，a＝1.5b，则铁芯宽度的单边减小量δ＝0.184r，如图9所示。
[0062] 若原产品铁芯截面半径为50mm，则在保持铁芯截面积不变的情况下，铁芯宽度整体减小量2δ＝18.4mm，也就是说在产品各方面性能基本不变的情况下，产品宽度可以减小18.4mm，三相整体宽度就可以减小55mm，而在产品的高度和长(深)度方面尺寸都将增大
36.8mm，对产品正常使用没有影响。
[0063] 实施例2：
[0064] 对能满足宽度要求产品进行增加绕组、提高精度及扩大输出容量的改进设计。
[0065] 圆面积Sc＝πr2，式中r为铁芯圆截面半径，椭圆面积Se＝πab，式中a为椭圆的长轴半径，b为椭圆的短轴半径，令铁芯截面宽度不变，则b＝r，高度拉长1.5倍，则a＝1.5b，则铁芯椭圆横截面积Se＝1.5Sc，如图10所示，图中阴影部分为铁芯面积增加部分。
[0066] 若铁芯截半径为50mm，则铁芯截面积将由78.5cm2增加到117.8cm2，在三相整体宽2
度不变的情况下铁芯截面积增量为39.3cm ，在保持线圈大小相对不变的情况下电压互感器的高度和长(深)度尺寸都将增大50mm，一般情况下对产品正常使用没有影响，而此时由于铁芯面积增大，在保持磁密不变的情况下产品一二次绕组的匝数将减少1.5倍，多出来的绕线位置可以用来增加绕组线径，来降低绕组阻抗，提高精度和输出容量，同时也可用于增加二次绕组数和增加绕组相对匝数来降低铁芯磁密，是产品满足国网1.9Um励磁性能要求。
[0067] 实施例3：
[0068] 对于层间绝缘较厚、产品局部放电水平较差的电压互感器。
[0069] 在相同铁芯截面积和相同产品宽度K下，把圆形截面铁芯改进为椭圆形截面积铁芯，可以缩短线圈高度，由c减小到d，从而一次绕组每层匝数、层间电压和层间绝缘厚度均变减，可显著提高产品局部放电水平。如图11和图12所示，由于层间绝缘变窄造成的层数增多可由椭圆短轴缩小部分位置δ来补偿，由实施例1可知δ＝0.184r，r为原来圆形截面的半径，如图9所示。
[0070] 实施例4：
[0071] 对于现有一次绕组多根并绕的电压互感器。
[0072] 把圆形截面铁芯改进为椭圆形截面积铁芯，由于线圈高度降低，绕线位置的减小，如图11和图12所示，可以在保持一次绕组层间匝数相同，层间电压、层间绝缘厚度及层间电场不变的情况下，可以减少并绕根数、增加单根线径，降低成本和降低绕线难度。
[0073] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
