CN101901682A

CN101901682A - 电流互感器及包括该互感器的保护设备及相关的断路器

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Publication number: CN101901682A
Application number: CN2010101906443A
Authority: CN
Inventors: 阿莱西奥·贝尔加米尼; 费代里科·甘巴
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB Oy; ABB AB
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: EP2256757A1; EP2256757B1; ATE542226T1; US8164402B2; US20100301980A1; IT1395697B1; ES2380311T3; ITBG20090031A1; CN101901682B

Abstract

本发明涉及一种电流互感器及包括该互感器的保护设备及相关的断路器,一种适合用在电路中的电流互感器，包括：环形磁芯以及至少一个电导体，所述电导体具有在所述环形磁芯内穿过的部分；冷却设备，所述冷却设备具有由导热材料制成的本体，并且所述本体构造成使得所述本体具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述环形磁芯的上游的位置处连接至所述电导体、并适合从所述电导体吸收热，所述第二部分与所述第一部分间隔开、在所述环形磁芯的下游的位置处连接至所述电导体、并适合将热传送至所述电导体。所述热导本体包括至少一个部分，所述部分由电绝缘材料制成从而能够防止电流流过所述冷却设备自身。

Description

电流互感器及包括该互感器的保护设备及相关的断路器

技术领域

本发明涉及一种配备有能够改进其冷却的系统的电流计式或差动式电流互感器。

此外，本发明涉及一种针对过流、短路或漏地电流的电路的保护设备，所述电路例如是低压电路，并且所述保护设备包括此互感器，并涉及一种断路器，其包括此互感器和/或此差动保护设备，还涉及一种电气系统，其包括此断路器。

背景技术

如所知，断路器或类似设备是设计成用于使电气系统及所安装的负载的具体零件能够正确操作。为此，其配备有合适的保护设备，例如，针对过流、短路或差动电流(漏地电流或接地故障电流)进行保护的电子设备。

此保护设备，也被简单地称为“继电器”或“脱扣单元”，能够被实现并用作独立部件，或者更典型地，它们被插在自动断路器外壳内并操作性地与其断开零件耦联。继电器通常与一些电流互感器或电流计互感器(TA)或电流互感器(CT)相联。通常电流互感器为保护单元提供指示断路器每一极处之循环电流的信号；除此功能外，或二择一地，电流互感器用于为同样的保护设备供应电力。

类似地，也被简单地称为差动器或差动继电器的保护设备特别是差动型的保护设备同样能够被生产并用作独立部件，或更常见地，与自动断路器的外壳相联并操作性地与其断开零件耦联。电流计互感器---无论是单级或差动型---的最为通用的部件包括环形磁芯或简称环体，所谓次级绕组定位在其上；然后磁芯被定位成，根据使用的类型，被一个或一个以上的构成所谓初级导体或绕组的电导体穿过，每一个所述电导体直接或间接地与设备插在其内的电路之相应的相连接。

涉及到电流计互感器，特别是那些应用于自动断路器的电流计互感器，的最为关键的问题之一在于，穿过环体的导体中的电接头引起电阻局部增加，从而生热。所产生的热损害互感器，特别是精密的次级绕组及其绝缘涂层的寿命。此热还对环形磁芯产生负面影响，从而引起不期望的典型B-H反应曲线之变化。而且，设备被插在断路器内时，此不期望的热会有助于增加断路器的温度，并接着会对其操作和性能产生负面影响。还需要注意，电流计互感器直接连接于断路器的输出端子时，由于热传导现象，在实践中它们导致被暴露于断路器自身上因焦耳效应而产生的热。断路器的温度过度增加，会使得必需对断路器自身进行减额，即转变为相对于标称数据的不完全使用，特别是当其安装于配电盘内时。另外，期望的是，将断路器的操作温度保持于低水平；事实上，已知的是操作温度越高，断路器(或其较为敏感部件)的寿命越短。

通常，存在通过增加尺寸和容积以及通过使用特别耐热但昂贵的材料来解决这些问题的尝试。尽管这些已知方案确实带来了一些技术效益，但还是有进一步改进的空间和需要。

发明内容

因此，本发明的主要目标是正视这些问题，并提供一种方案，该方案使得可以改进此电气设备的冷却，特别是接近环形磁芯的较暖的部分的冷却，以及整个保护设备的冷却和保护设备可插在其内的断路器的冷却。

该目标通过一种电流互感器来实现，该电流互感器旨在用于电路中，包括环形磁芯以及至少一个电导体，所述电导体具有穿过所述环形磁芯的内部的部分，其中，所述电流互感器包括冷却设备，所述冷却设备具有由导热材料制成的本体，并且所述本体构造成具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述环形磁芯的上游的位置连接至所述电导体并能够从所述电导体吸收热，而所述第二部分与所述第一部分分离、在所述环形磁芯的下游的位置处连接至所述电导体并能够将热传送至所述电导体，所述热导本体包括至少一个部分，所述部分由电绝缘材料制成从而能够防止电流流过所述冷却设备自身。

附图说明

其他特性与有利之处通过对一些优选但不排他的根据本发明所述的互感器实施方式进行说明而将会变得更为显而易见，所述实施方式仅在附图辅助下通过非限定性示例示出，在所述附图中：

图1是示出布置成用在低压四极自动断路器内的电流互感器的第一实施方式的立体图；

图2是示出图1的互感器的若干部件的立体图；

图3是示出低压断路器的后视立体图，所述低压断路器包括根据图1-2中示出的实施方式所述的互感器；

图4是示出布置成用在可拔出型的低压自动断路器内的电流互感器的根据本发明所述的第二实施方式的立体图；

图5是示出图4的互感器的若干部件的立体图；

图6是示出旨在用于低压三极自动断路器内的根据本发明所述的电流互感器的第三实施方式的分解立体图；

图7示意性地示出图1和6中示出的互感器的一种可能组合；

图8是采用图7中所示组合的四极断路器的后视图。

具体实施方式

在下文说明中，对于本发明，相同或技术上等同的元件在各图中用相同附图标记表示。

图1和4示出差动型的电流互感器的两种可能的实施方式，其在两种情况中均由标号1表示，其用于检测互感器插在其内的电路或系统中所存在的差动电流。

而图6示出电流计型的电流互感器1。

特别地，图1中示出的是差动互感器1，其旨在用于图3中示出的固定形式的自动断路器20中，图4中示出的是差动型互感器1，其旨在用于可拔出型的自动断路器中；图6中示出了一系列电流互感器，其旨在用于三极断路器中。

如这些图中所示的，根据实施方式和操作模型，互感器1包括环形磁芯2，环形磁芯通常由铁磁体材料制成，在其上定位有次级绕组(图1，4中没有示出，而是能够见到相关的连接输出件60)，所述操作模型在本领域中众所周知因此不再详细说明。

在图1和4的示例性实施方式中，环体2容纳在容置外壳3内，容置壳体3用于与断路器本体的相关联的部分21耦联，从而帮助限定断路器自身的完整盒体22；在互感器1制成为独立部件从而单独使用，或与作为附加部件的断开器耦联的情况下，外壳3可具有完整盒体的构造。

在图6中的示例中，各个互感器1用于容纳在继电器的盒体3内，其中电路板6作为示例示出。

互感器1包括，对于互感器将用于其内的线缆或电路的每一相，至少一个电导体，在所有情况中该电导体由标号4表示，在相关联的电路中循环的电流流过该电导体。

特别地，在差动型的电流互感器1的情况下(图1和4)，电路相的所有导体(取决于所采用的设备方案，中性相可能被排除)穿过同一环形磁芯2；在电流计型的互感器1的情况下(图6)，每一相导体4穿过相应的环形磁芯2。

因此，在下文的说明中，为了简化，将参考互感器1在其内使用的电路或线缆的单一相；显然，此说明理解为以完全类似的方式适用于对其中的电流进行检测的线缆或电路的所有相。

如同在图2和5中更好地示出的那样，在图中外壳3和环形磁芯2已被省略，以使图示更加清楚，电导体4包括导体5，导体5具有这样的部分，该部分在环形磁芯2内部穿过，并由此构成差动保护设备1所谓的初级绕组。

导体4能由单个电导元件构成，或更通常地，由若干彼此串联连接的元件构成，如附图所示；特别地，在图1-2，4-5示出的示例性实施方式中，导体4包括第一导体6，其例如用于与定位在外壳21内的断路器20的真正及适当的断开零件进行电连接。此断开零件，其本身是已知的，对于每一相来说，包括一对可耦联/分离的位于弧腔内的触点；触点中的一个与导体6串联地电连接。在图2的示例性实施方式中，元件6与第二导体5连接，其包括穿过磁芯2的整个部分；进而，此第二导体5的下端子部分与第三导体7连接，其例如可构成断路器的输出端子。

在图5所示示例中，每个导体4包括，例如，位于环形磁芯2的上游的第一导体6，第二导体5，以及位于环形磁芯的下游的第三导体7，其朝向上部向上返回。

第二导体5及其他帮助形成导体4的部分/部件均可通过刚性元件如杆来实现，或由柔性元件如裸辫带、绝缘电缆来实现，或者由刚性和柔性元件的组合来实现，并且，能够例如由铜、铝等制成。

有利地，根据本发明所述的电流互感器1包括一个冷却设备，其由附图标记10总体表示，具有由导热材料制成的本体，本体构造成具有：第一部分，其在环形磁芯2的上游(相对于从元件6至元件7在电导体内循环的电流的流动)的第一位置(A)处与电导体4连接，并能够从电导体4吸收热；以及第二部分，其与第一部分分离，在环形磁芯2的下游(相对于从元件6至元件7在电导体内循环的电流的流动)的位置(B)处与电导体连接，并能够将热传送到导体元件4。

再者，冷却设备10的热导本体包括至少一个部分30，其由电绝缘且导热的材料制成，并能够防止电流流过冷却设备自身。

特别地，热导本体可具有一结构，其主要由导电材料制成，如铜，铝或其他用于此目的的商用材料，其内部插入有部分30，部分30由导热且电绝缘的材料制成，如陶瓷或耐高温的塑料材料；作为选择，设备10的本体可完全由导热且电绝缘的材料制成，不管是耐高温的塑料材料或陶瓷，或者任何其他适合于此目的的材料。

优选地，如附图所示，冷却设备10定位成使得热导本体完全定位在环形磁芯2外部。

优选地，冷却设备10的热导本体包括隔绝密封腔11(图中以虚线表示)，其含有冷却流体；优选地，腔11包括少量汽化液体，例如，水。

优选地，密封腔11的壁具有多孔或带肋的内表面。

有利地，设备10的热导本体操作性地耦联于电导体4，从而隔绝密封腔11具有定位成接近环形磁芯2上游的所述位置(A)的第一表面，以及定位成接近环形磁芯2下游的所述位置(B)的第二表面。

特别地，如图1-2和4-5以及6的示例示出的，设备10的热导本体包括至少一个隔绝密封中空管状元件12，其内壁由此构成界定腔11的表面，其含有冷却流体。

优选地，设备10还包括两个适当成形的板13，14，其也由导热材料制成，如，铝或铜。两个板13和14连接于管状元件12的相对端，并能够为一个或两个配备有合适的孔，其能够收纳紧固装置如螺钉15、16，以及导体4的部件中的一个。

特别地，在图1和2中示出的示例中，单个螺钉15在其间将板13与导体5的一端、以及与插置在其间的导体6的一端连接。

在图1和2的示例中，板14经由另一单个螺钉16直接连接到导体7，以及连接到插置在其间的导体5；在图4和5中的示例性实施方式中，板14经由另一单个螺钉16(为简单起见只示出一相)连接到导体7，其构造成向上返回。能够使用此构造，例如，当互感器1(或互感器1用于其内的保护设备)旨在用于可拔出型的断路器中时，在其内，断路器能够在定位于例如配电盘内部的适配器中迅速地连接/拔出；为此，事实上，导体7示出插头柱体9，其用于连接于相应的设置在适配器上的导体插座。

在各种示例性实施方式中，可以是直线设计(图1，2，6)或者以各种方式成形(图4，5)的中空管状元件12定位成使得隔绝密封腔11具有定位于第一板13的第一交换表面，及具有第二热交换表面，其与第一表面分离且定位于第二板14。

此外，中空管状元件12包括至少一个部分30，其由电绝缘材料制成，例如陶瓷。在示出的示例中，此部分30可由定位于板13处的、管状元件12的一端(图1-2，3)或定成成接近板14(图4-5)的套环或帽构成。

由电绝缘材料制成的此部分30防止电流流过设备10；通过这种方式，电流的检测不受设备1的影响。

在实践中，板13用作位置(A)处的集热器，在该位置(A)内定位有例如集热器6的接头，能够与断路器的触点连接的集热器6代表特别关键的加热点；密封腔11的第一表面吸收(直接或间接)由位置(A)21的区域产生的热，并将其传输至腔11的第二表面。第二表面将热传送到板14，其用作扩散器并将热传送(直接或间接)到下游电气系统；通过特别参见图1，2，注意到导体元件7，其正是下游电气系统的一部分并操作性地与位置B相关联。

总之，此为一热回路，其具有：位于环形磁芯2紧上游处的较暖的部分，其接近导体，所述导体能够被布置成与断路器内的真正断开零件直接接触，即与断路器能够达到高温的零件直接接触；以及“较冷的”部分，其与较暖的部分分离，能够在环形磁芯2的下游电连接之路径的任意点处找到，在该处温度对于互感器1以及保护设备或者断路器---互感器可用于其内---的操作无特别影响。较暖的部分用作冷却流体的布置在密封腔内的蒸发器，而较冷的部分用作冷凝器；基本上，“热短路”在电气链的两个部分(A)和(B)之间实现，其特征是具有非常不同的温度，其中设备10在其较暖的部分处吸收热，将热传递至较冷的部分，该较冷的部分之后将热传递至与之接触的区域(朝向电线)。

在实践中已观察到，根据本发明所述的互感器1如何通过提供若干相对于已知方案的显著改进而使得能够完成预期范围；事实上，相比于已知方案，冷却设备10使环体2保持成冷得多。

此外，互感器1具有在任何电气系统中均易于使用的简单结构，作为独立部件或与任何类型的保护设备相关联，例如电子继电器，以甚至仅仅向其供应电力，或与断路器相关联。

因此，本发明的进一步的目标包括：一种用于保护电路免于例如由于过流或短路或漏地电流而失效的设备，其特征是，其包括如前文说明并在所附权利要求中限定的电流互感器1；一种断路器，例如是低压类型，其特征是，其直接包括如前文说明并在所附权利要求中限定的电流互感器1，或者包括如上文所限定的保护设备，该保护设备进而具有电流互感器1；或最后，一种电气系统，例如是低压类型，其特征在于其包括前文说明并在所附权利要求中限定的电流互感器，或其特征在于其包括如上文限定的包括此互感器1的保护设备，或同样地其特征在于，其包括一断路器，该断路器包括此互感器1、或包括具有互感器1自身的保护设备。

通过这种方式，在所有条件均等同的情况下，具有冷却设备10的互感器1的使用使得能够特别地获得一种性能改进的断路器，并且其能够以潜在性地高于等同的不设置有此互感器1的断路器的额定值来使用。

如此构思的互感器1容许诸多改变与变型，所有这些改变与变型均处在本创造性概念的范围之内；此外，所有细节均能被其他等同的技术元件替换。例如，对于每一相，可改变管状元件的数量及其构造，如直线，弯曲或组合；板13，14能成形为不同形状，而且能由彼此连接的若干件形成；此设备可包括连接元件，其加固用于每一相的部件之组件，并使设备10成为能作为独立模块应用的单个块体。此外，将板13和14紧固到相导体4的方法能够根据技术和经济便利性进行选择(如螺钉、螺栓、铆钉或焊接)。此外，可以对开头说明的示范性示例进行任意组合。为此，图7和8示出了另一种构造，其中具有图1至6中所示的互感器1的实施方式的组合。特别地，如图7中示意性地示出的那样，每一相导体4首先穿过各自的环形磁芯2(第一环形磁芯)；导体4的组件接着作为一个单元穿过单个第二环形磁芯2；在这种情况下，冷却设备10包括上文说明类型的热导本体10，且其具有第一部分，该第一部分与相应的导体4在环形磁芯2上游的第一位置处连接，并能够吸收来自此电导体4的热，以及与第一部分分离的第二部分，其与相同的电导体4在第二环形磁芯2下游的位置处连接，并能够将热传送至导体元件自身。而且在此情况下，热导本体包括至少一个部分，其由能够防止电流流过冷却设备自身的电绝缘材料制成。在实践中，材料以及尺寸能根据要求和技术状态而可以是任意种类。

Claims

1.一种适合用在电路中的电流互感器(1)，包括环形磁芯(2)以及至少一个电导体(4)，所述电导体具有在所述环形磁芯(2)内穿过的部分(5)，其特征在于，所述电流互感器包括：

冷却设备(10)，所述冷却设备具有由导热材料制成的本体，并且所述本体构造成使得所述本体具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述环形磁芯(2)的上游的位置(A)处连接至所述电导体(4)、并适合从所述电导体(4)吸收热，所述第二部分与所述第一部分间隔开、在所述环形磁芯(2)的下游的位置(B)处连接至所述电导体(4)、并适合将热传送至所述电导体(4)，所述热导本体包括至少一个部分(30)，所述部分由电绝缘材料制成从而能够防止电流流过所述冷却设备(10)自身。

2.如权利要求1所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述冷却设备(10)定位成使得所述热导本体布置在所述环形磁芯(2)的外部。

3.如权利要求1所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述冷却设备(10)的所述热导本体完全由导热且电绝缘的材料制成。

4.如前述一或多项权利要求所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述热导本体包括含有冷却流体的至少一个隔绝密封腔(11)。

5.如权利要求4所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述热导本体操作性地耦联至所述电导体(4)，使得所述隔绝密封腔(11)具有定位在所述环形磁芯(2)的上游的所述位置(A)处的第一表面以及定位在所述环形磁芯(2)的下游的所述位置(B)处的第二表面。

6.如权利要求4所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述密封腔(11)的壁具有带肋或多孔内表面。

7.如权利要求1所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述热导本体包括含有所述冷却流体的至少一个隔绝密封中空管状元件(12)。

8.如权利要求7所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述热导本体包括定位于并连接至所述中空管状元件(12)的相对端的第一板(13)和第二板(14)。

9.如权利要求7所述的电流互感器(1)，其特征在于，所述中空管状元件(10)包括由电绝缘材料制成的所述至少一个部分(30)。

10.一种用于保护电路免于故障的设备，其特征在于包括如权利要求1所述的电路互感器(1)。

11.一种断路器(20)，其特征在于包括如权利要求1所述的电流互感器(1)。

12.一种断路器(20)，其特征在于包括如权利要求10所述的保护设备。

13.一种电气系统，其特征在于包括如权利要求11所述的断路器(20)。

14.一种电气系统，其特征在于包括如权利要求10所述的保护设备。

15.一种电气系统，其特征在于包括如权利要求1所述的电流互感器(1)。

16.一种断路器(20)，包括：

第一环形磁芯(2)以及至少一个第二环形磁芯(2)；

至少一个电导体(4)，所述电导体在所述第一环形磁芯和所述第二环形磁芯(2)内穿过，其特征在于，所述断路器包括冷却设备(10)，所述冷却设备具有由导热材料制成的本体，并且所述本体构造成使得所述本体具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一环形磁芯(2)的上游的第一位置处连接至所述电导体(4)、并适合从所述电导体(4)吸收热，所述第二部分与所述第一部分间隔开、在所述第二环形磁芯(2)的下游的位置处连接至所述电导体(4)、并适合将热传送至所述电导体(4)，所述热导本体包括至少一个部分，所述部分由电绝缘材料制成从而能够防止电流流过所述冷却设备(10)自身。

17.一种电气系统，其特征在于包括如权利要求16所述的断路器(20)。