CN102368085A - 组合式电气变量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及组合式电气变量检测装置,其包括在公共框内布置的多个单相电流测量模块,并对于每一个模块具有独立的输出电缆/连接。至少一个单相电流测量模块设置有电压检测装置。它还使用一个输出电缆/连接,其信号线耦接到来自所述模块的所述输出电缆/连接。优选的是,所有单相电流测量模块设置有作为测量元件的罗果夫斯基线圈。该组合式电气变量检测装置可设置有剩余电流检测装置和/或围绕在所述公共框中的一个以上所述单相电流测量模块的剩余电压检测装置。电压检测装置优选地包括用于电压检测的电阻或电容分压器。
Description
技术领域
本发明涉及组合式电气变量检测装置,其包括在公共框中布置的多个单相电流测量模块,对于每一个模块设置有独立的输出电缆/连接。
背景技术
在中压开关设备中,需要使用仪表用电流和电压互感器(transformer),以便:
-将工厂或变电站的电流和电压值降低到使得能够被测量和保护设备检测到的值。
-使得次级测量和保护电路在电流上独立于初级电力电路,同时保证操作员的更好的安全性。
通常,通过在每一相上的独立装置来进行在中压网络中的电流和电压检测/测量。出于保护的目的,也需要用于剩余电流测量和/或剩余电压测量的独立装置。
也称为零序电流互感器的剩余电流互感器用于接地漏电的检测和接地故障保护。在这样的互感器中,三相系统的三个相(电缆或汇流条)通过电流互感器的内径。当系统无故障时,没有电流在剩余电流互感器的次级绕组中流动。当存在接地故障时,系统的剩余电流或零序电流流过剩余电流互感器的次级绕组,并且这运转所连接的继电器。
平衡系统的三个电压的和为零,但是如果系统经受单相接地故障,则不是这样。在该情况下存在的剩余电压作为用于检测接地故障条件的手段在保护开关设备的实践中是重要的。通过下述方式测量系统的剩余电压:以相至地的连接来连接三个单相电压互感器的初级绕组,并且串联地或以“开口三角形”来连接次级绕组。当施加平衡的正弦电压时,以“开口三角形”连接的次级绕组的输出是零,但是在不平衡的条件下,将产生系统的剩余电压。剩余电压是零序电压的三倍。
通常,如上所述的所有这些装置是独立的装置,它们需要被固定在系统内部的某处,以便保证初级导体的正确的定位和所有部件的机械稳定性。通常,感应仪表用互感器用于这个目的,尽管如此,也可以使用有时也被称为非传统仪表用互感器或传感器的电子仪表用互感器,以便满足相同的需要。
在感应电流互感器的情况下,很难制造在一个主体中设置有三个单相互感器的一个单元。如果如此,则解决方案会非常庞大和沉重,尤其是对于需要大的动态范围的保护的目的。此外,可以将三个单相互感器/线圈置于一个主体中,以便具有紧凑的解决方案,但是当今剩余电流测量需要独立的装置。
由于在传统电流互感器中铁磁芯的存在和结果产生的完全的解决方案的大小和重量,将相电流测量和甚至剩余电流测量组合在一起不是有益的。此外,铁磁芯的存在影响磁场,并且几个铁磁芯的组合——每一个铁磁芯被设计用于不同的额定初级电流——可能影响总磁场。这可能引起较高的非线性行为,其然后使得更难达到每一个测量所需要的精度。
也以相同的方式来使用电子电流互感器或传感器,但是它们的用于剩余电流测量的使用在中压应用中不常见,而是使用电流互感器。
为了能够计算输出功率,需要测量电子电流和电子电压。这些测量两者也是一些保护功能所需要的。在这样的情况下实现所有所需测量元件的限制因素可以是在中压开关装置内的空间。新的开关装置设计正在被设计得更小并且具有挑战性的参数,因此要求当今的传统仪表用互感器技术难以实现的更小和紧凑的测量方案。
本发明的一个目的是提出一种用于组合式电气变量检测装置的解决方案,所述组合式电气变量检测装置不仅用于测量在优选的三个单相中的电流,还用于同时测量在至少一个单相中的电压,并且包括剩余电流和电压测量可能性。
另一个目的是在公共框中布置小尺寸的测量模块并且提出整个组合式电气变量检测装置至输出测量和控制单元的容易的连接,其中,所述测量模块设置有用于每一个模块的独立的输出电缆/连接。
发明内容
已经通过组合式电气变量检测装置来实现了本发明的所述目的,所述组合式电气变量检测装置由在公共框内布置的多个单相电流测量模块构成,对于每一个模块具有独立的输出电缆/连接,本发明特征在于:至少一个单相电流测量模块设置有电压检测装置,所述组合式电气变量检测装置使用一个输出电缆/连接,其信号线耦接到来自所述模块的所述输出电缆/连接。优选的是,例如基于罗果夫斯基线圈原理的所有单相电流测量模块设置有电压检测装置。
在本发明的一个优选实施例中,所述组合式电气变量检测装置设置有围绕在所述公共框中的一个以上所述单相电流测量模块(1)的剩余电流检测装置。
在本发明的更优选的实施例中,所述组合式电气变量检测装置组合三个相电流测量模块,其中每一个相电流测量模块设置有对应的相电压检测装置,所有相电流测量模块和相电压检测装置与剩余电流检测装置一起被布置在所述公共框中,并且所有装置和模块被彼此接近地定位。
本发明的另一个优选特征是相电流测量模块的至少一个被固定在所述公共框中,所述公共框被设计用于嵌入比实际上被固定的数量更多的相电流测量模块。本发明的另一个优选特征是电压检测装置包括用于电压检测的电阻或电容分压器。
在许多情况下,有益的是,向所述装置提供作为温度测量装置的其他感测元件或甚至提供剩余电压检测装置。
附图说明
将根据附图来详细描述本发明,其中
图1示出包含三个单相电流测量模块的组合式电气变量检测装置的分解视图,该三个单相电流测量模块设置有电压检测装置,并且被布置在公共框中,
图2示出如图1中所示的组合式电气变量检测装置,其进一步包含温度测量装置和一条输入电缆,以及
图3示出包含单相电流和电压检测单元的一个单相模块的截面。
具体实施方式
图1示出组合式电气变量检测装置的分解视图。该组合式电气变量检测装置包含在公共框2中布置的三个单相电流和电压测量模块1。剩余电流检测装置3被布置在同一公共框2中,剩余电流检测装置3围绕所有三个单相电流和电压测量模块1。优选的是,通过测量磁场的罗果夫斯基线圈来测量电流,该磁场是由流过被插入在一个单相电流和电压测量模块1中的开口4中的一个相导体的电流所引起的。罗果夫斯基线圈被布置在单相电流和电压测量模块1中的那个相导体周围。使用三个罗果夫斯基线圈,以便提供关于通常需要测量的所有三相的信息。这些线圈可以具有环形或椭圆形状。罗果夫斯基线圈也用于由剩余电流检测装置3提供的剩余电流测量。这个线圈也一般可以具有环形形状,但是这将导致太大的产品/占用太大的空间。因此,椭圆或矩形形状看起来是对于这样的产品的最佳适配。剩余电流检测装置3围绕三个单相电流和电压测量模块1,并且被布置在它们的顶上,以便使得组合式电气变量检测装置主体很薄。罗果夫斯基线圈不使用任何铁磁芯,因此应当不向剩余电流测量引入来自所有三相的磁材料非线性的影响,并且不应当影响相电流测量。每一个单相电流和电压测量模块1设置有单相电压测量传感器,该单相电压测量传感器由电阻或电容分压器构成。该分压器也可能需要一些屏蔽电极来提供正确的电场分布。
图2示出包含选用的温度测量装置5和一个连接器6的组合式电气变量检测装置,连接器6具有一个输出电缆7。所有的内部导线8耦接到这个输出连接器6。可以使用镶铸的电缆来取代这样的连接器6以及通常在仪表用互感器的情况下使用的次级端子。虽然图2的实施例示出作为组合式电气变量检测装置的一部分的温度测量装置5,但是很清楚也可以使用其中没有这个温度测量装置5的实施例,并且该实施例清楚地落在本发明的范围内。如果所有罗果夫斯基线圈配备有在彼此之上的导电或半导体层,则将最小化可能的杂散电容/寄生电容的影响。
所有的罗果夫斯基线圈被嵌入单相电流和电压测量模块1中,并且剩余电流检测装置3被置于同一主体/壳体中,即同一公共框2中。具有单相电流和电压测量模块1和剩余电流检测装置3的这个公共框2具有用于每一个相的初级导体的进入的开口4。可以使得开口4成为椭圆形,以便容纳平坦类型的汇流条或它们也可以具有与圆形初级导体更好地适配的圆形形状。公共框2也配备了用于机械固定的部件,以便保证装置的正确的定位并且避免机械损坏。
所提出的解决方案使用引入模块化概念的可能。单相电流和电压测量模块1使用罗果夫斯基线圈作为单相电流传感器。这三个单相电流和电压测量模块1被布置和固定在一个公共框2中。同一公共框2也能够容纳剩余电流检测装置3。可以将剩余电流检测装置3从与在图1中所示者相同的侧或从公共框2的另一侧置于公共框2内。可以通过使用诸如环氧树脂或聚氨酯的一些填充材料来填充公共框2中的空穴而进行固定。尽管如此,也可以以与单相电流和电压测量模块1相同的方式来将剩余电流检测装置3制造为模块,然后将剩余电流检测装置3以与单相电流和电压测量模块1类似的方式布置/固定到公共框2。由于可以作为单个装置独立地制造和测试所有模块1、3的情况,最小化了潜在的问题/故障/废料和因此导致的收入降低和损失的可能。输出电缆/连接8可以从每一个模块1、3出来,或输出连接器6可以在每一个模块1、3中用作到在公共框2中的随后的互连/电缆7的接口。每一个模块1、3的输出电缆/连接8可以从公共框2出来,尽管如此,当建立公共框2的互连侧并且仅由来自每个模块1、3的所有信号线8构成的一条输出电缆7作为到外部装置的接口出来时,可以看出这个解决方案的优势。
虽然在图1和2中所示的实施例中公共框2被设计用于嵌入三个单相电流和电压测量模块1,但是在一些应用中,不必测量所有三相,因此可以包含三个单相电流和电压测量模块1的公共框2可以实际上仅被它们中的一个或两个占用,用于多达三个的其他单相电流和电压测量模块1的空间因此保持为空。另一方面,在必须测量超过三相的情况下,可以设计类似的公共框(未示出)来容纳超过三个的单相电流和电压测量模块1。
图3示出单相电流和电压测量模块1的一部分,其包含用于单相电流测量传感器的空间9和用于单相电压测量传感器的空间10。单相电流测量传感器具有如上所述的罗果夫斯基线圈的形式。单相电压测量传感器优选地包含电阻分压器,该电阻分压器也可能需要一些屏蔽电极以屏蔽所述电阻分压器并且提供适当的电场分布。另一种可能是使得单相电压测量传感器作为电容分压器。用于电压测量的电阻或电容分压器的使用与用于电流测量的罗果夫斯基线圈的使用使得能够产生小尺寸的单相电流和电压测量模块1。这个组合式单元也可以包括在同一公共框2中的剩余电流检测装置3。剩余电流检测装置3可以被置于单相电流测量传感器周围或紧挨着它们。在两种情况下,可以将所有的电流感测元件固定在一起,以便简化装配处理和分离的固定点的数量。这样的单元可以再一次仅具有一个输出连接器6、输出电缆7或仅次级端子。单元需要配备一些固定部件。为了减少单元的重量,如果内部的空间允许,可以引入空腔。
在使用电容器分压器的情况下,需要初级电极连接到高电势,即连接到所测量的电压。在初级导体直接被铸造在传感器主体内的情况下,可以避免这个初级电极。电容分压器的另一个部分是电容电极。这个电容电极可以被固定到单相电流传感器,但是在使用导电或半导体层来用于单相电流传感器的情况下,其间需要绝缘。这样的单元可以再一次仅具有一个输出连接器6,但是当需要时可以使用更多个输出连接器6。也可以有取代输出连接器6的电缆或次级端子。单元需要被配备一些固定部件和用于初级导体的位置。
组合式电气变量检测装置可以包括被布置在公共框2中的一个或两个单相电流和电压测量模块1和两个或一个单相电流测量模块。这样的装置包含像在已经描述的实施例中那样的三个模块,使得仅一个或两个模块包含电压检测装置。
将具有用于测量单相电流和电压和剩余电流的装置的所有模块1、3布置在一个主体中的原因是要减少在安装期间所占用的总体积、生产成本、所需的固定和组装工作。并且提供用于测量对于测量和保护目的所需的所有电流的单个电流装置。另一个重要的新提出的特征是这些单相测量单元的组装。该组件可以由三个单相单元/模块构成,该三个单相单元/模块可以被独立地产生和测试以减少潜在的制造损失,然后被置于/固定在公共框2中。然后可以将相同的模块1用于对于所需要的不同应用或不同的相距离的不同的框。
在不使用铁磁材料的情况下,电气仪表用互感器的使用使能这样的组合。当相电流或剩余电流测量被组合在一起时,铁磁材料的不存在不应当限制诸如罗果夫斯基线圈的电流传感器的使用。
本发明因此提出例如基于罗果夫斯基线圈原理使用三个模块1来用在一个公共框中。可以独立地制造和测试包含一个罗果夫斯基线圈的每一个模块,因此减少在装配到公共框2之后可能发现一些故障的风险。这种解决方案的优点是能够使用相同的模块来用于其他相距离而不影响模块或线圈设计,在该情况下,仅需要不同的公共框2。
可以将剩余电压测量包括到这个公共框内。此外,在空间允许的情况下,也可以集成其他的测量(例如,温度、振动、灰尘、湿度)。可以有来自每个感测元件的几个输出电缆和/或端子或连接器来用作这样的组合式装置到其他连接装置的接口,尽管如此,这样的组合式解决方案/装置使得能够使用包含所有信号线的单个电缆/连接器,因此简化在给定应用中的安装。
可以通过连接到三相系统的所有三相的分压器来测量剩余电压。如果将这些分压器的输出连接到开放三角形的连接,则可以在那里测量剩余电压,并且将显示由诸如接地故障引起的在网络中的可能的不对称。也可以仅通过使用高阻抗(电阻和/或电容)来测量剩余电压,该高阻抗在一侧单独地连接到所有三相,并且来自所有三相的阻抗的另一侧互连。在该情况下,可以在这个互连点和地之间测量剩余电压。剩余电压测量的给定方法/装置的最佳适配取决于系统网络设计和其接地。
本发明所提出的组合式电气变量检测装置可以综合下面的功能:
三个单相电流测量和至少一个单相电压测量,其由被集成在一个公共框内的三个单相电流和电压测量模块构成
相电流和电压测量+剩余电流测量
相电流测量+相电压测量+剩余电流测量+温度测量
相电流测量+相电压测量+剩余电压测量+温度测量+可用于本解决方案的任何其他传感器
相电流测量+相电压测量+剩余电流和电压测量+温度测量+可用于本解决方案的任何其他传感器
所介绍的发明可以主要用于电子仪表用互感器,该电子仪表用互感器不包含任何铁磁材料,但是,在这些部分——当具有这样的部分的适当形状时——周围的满意的磁场屏蔽的情况下,或在建立内部构造使得最小化内部影响的情况下,可以允许它们的使用。
在电压互感器的情况下,可以通过相电压测量的计算来获得剩余电压信息,或者,可以通过使用所述类型的任何一个的分压器来获得剩余电压信息。
Claims (9)
1.一种组合式电气变量检测装置,包括在公共框(2)内布置的多个单相电流测量模块(1),对于每一个模块(1)具有独立的输出电缆/连接(8),其特征在于:至少一个单相电流测量模块(1)设置有电压检测装置,所述组合式电气变量检测装置使用一个输出电缆/连接(7),其信号线耦接到来自所述模块(1)的所述输出电缆/连接(8)。
2.根据权利要求1所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,所有单相电流测量模块(1)设置有作为测量元件的罗果夫斯基线圈。
3.根据权利要求1所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,所有单相电流测量模块(1)设置有电压检测装置。
4.根据权利要求1所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,它设置有剩余电流检测装置(3),所述剩余电流检测装置(3)围绕在所述公共框(2)中的一个以上所述单相电流测量模块(1)。
5.根据权利要求1所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,它组合三个相电流测量模块(1),其中每一个相电流测量模块(1)设置有对应的相电压检测装置,所有相电流测量模块(1)和相电压检测装置与剩余电流检测装置(3)一起被布置在所述公共框(2)中,并且所有装置和模块(1)彼此接近地定位。
6.根据权利要求1所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,所述相电流测量模块(1)的至少一个被固定在所述公共框(2)中,所述公共框(2)被设计用于嵌入比实际上被固定的数量更多的相电流测量模块(1)。
7.根据权利要求6所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,所述电压检测装置包括用于电压检测的电阻或电容分压器。
8.根据权利要求6所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,它还包括作为温度感测装置(5)的其他感测元件。
9.根据权利要求6所述的组合式电气变量检测装置,其特征在于,它设置有剩余电压检测装置。
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