CN102881437A - 一种用于检测剩余电流的电流互感器和剩余电流保护装置 - Google Patents

Abstract

一种用于检测剩余电流的电流互感器，外形呈圆环形，其用于对AC、脉动DC、平滑DC周期性检测的接地故障保护装置，所述保护装置包括：激磁单元(2)，连接所述电流互感器的一次(初级)绕组(5)，施加激磁信号(Ie)；比较判断单元(4)，连接到所述电流互感器的二次(次级)绕组(3)；执行单元(6)，切断一次绕组，负载停止供电。

Description

一种用于检测剩余电流的电流互感器和剩余电流保护装置

技术领域

本发明涉及一种一种用于检测剩余电流的电流互感器，外形呈圆环形，其用于对AC、脉动DC、平滑DC周期性检测的接地故障保护装置。

所述保护装置包括：

激磁单元(2)，连接所述电流互感器的一次(初级)绕组(5)，施加激磁信号(Ie)；

比较判断单元(4)，连接到所述电流互感器的二次(次级)绕组(3)；

执行单元(6)，切断一次绕组，负载停止供电。

本发明还涉及一种包括这样一种电流互感器的接地故障保护装置。

背景技术

已有的接地故障电流保护装置是用环形铁芯形式用于检测AC型故障电流的电流互感器。这些装置或者是由电源系统供电的或者它们利用辅助电源工作。

当还须检测故障电流中脉动DC、平滑DC分量时，该保护装置包括电路，以测量该测量环形铁芯磁化特征发生偏移。按照公知的方式，利用激磁单元测量该偏移，以便将激磁信号施加到环形铁芯的二次绕组。

专利EP 356344 B1公开了一种对AC、DC或周期性故障电流灵敏的接地故障保护装置，这种装置包括激磁单元交替激磁的2个次级绕组。根据由对地漏电故障电流引起的磁场的偏移和磁路的饱和，利用积分多次(integration times)测量故障信号。

专利US 4276510公开了一种用于检测接地故障电流的装置，其具有一环形铁芯形式的电流互感器。在这种装置中，处理电路能使一返回补偿电流向回发送到环形铁芯，以补偿由故障电流引起的偏移。在这种情况下，由于补偿电流与故障电流成比例，提供取决于补偿电流的测量信号以用于处理故障电流。

专利CN 1387213A公开了一种用于漏电保护装置的检测互感器和对地漏电保护装置，设计一种环形铁芯形式的对地漏电故障电流检测互感器。在这种装置中，由带材的特性处理测量信号。

现有的技术的装置包括激磁信号频率增加就具有呈现很大损耗的磁化特征的环形铁芯。如果环形铁芯的材料是铁磁类型的，激磁频率可以高，但对于对接地故障电流测量足够的饱和磁感应强度，矫顽力也高。公知的软磁材料具有低的矫顽磁场，这些软磁材料具有完全环形的磁化曲线并且不能检测磁饱和。另一种公知的软磁性材料当温度发生变化时不稳定，也引起高频损耗并需要增加对激磁单元的激磁功率。

因而，对现有技术的环形铁心激磁、激磁单元要提供高功率。这种情况导致很难与小尺寸模块化的剩余电流保护装置相兼容，此外，用于激磁的高功率引起保护装置的明显发热。应用高功率还意味很弱的故障电流的检测不精确，例如很难检测到小至几毫安的故障电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测接地故障电流的电流互感器，能够降低激磁功率和提高检测故障电流的灵敏度，还提供一种包括此电流互感器的接地故障保护装置。

根据本发明的检测电流互感器由以铁(80％)为主的磁性材料构成，该磁性材料具有的晶粒尺寸小于20nm，其静态或低频磁化特征为：磁化曲线为明显的矩形，以及矫顽力低于3A/m。

该静态磁化特性明显与直流特性或十分缓慢变化的特征相一致。

优先考虑，该矩形磁化曲线是这样的，即初始磁导率与最大磁导率的比值大于0.85。

优先考虑，在静态或低频下，该矫顽磁场低于1.5A/m。

优先考虑，该电流互感器的磁路具有一矫顽磁场对零磁场感应强度比，使得对于大于1T的零磁场感应强度，该矫顽磁场低于3A/m。

优先考虑，在一个实施样例中，对于低于3A/m的磁场，在静态曲线或频率低于400Hz时，电流互感器的感应强度的变化大于2T。

优先考虑，在一个实施样例中，通过在磁场中的纵向热处理得到该磁路，其最大磁导率达到110000。

优先考虑，该磁路的材料主要以铁(80％)为主的其颗粒尺寸小于20nm的细微结构颗粒。

优先考虑，利用材料厚度小于30μm的带材得到该磁路材料。

优先考虑，该电流互感器用一塑料保护壳保护材料受损。

优先考虑，该磁性材料形成的磁路的带材厚度小于15mm。

优先考虑，该磁性材料卷绕呈环形件形成该磁路。

在本发明的对AC、脉动DC、平滑DC周期性检测的接地故障保护装置的一个实施样例中，包括：

以环形铁芯形成的接地故障电流检测电流互感器，包括1个二次绕组。

激磁单元(2)，连接所述电流互感器的一次(初级)绕组(5)，施加激磁信号(Ie)；

比较判断单元(4)，连接到所述电流互感器的二次(次级)绕组(3)；

执行单元(6)，切断一次绕组，负载停止供电。

优先考虑，该激磁单元(2)包括用于向二次绕组施加要求波形的电流的装置，对应于所述电流的峰值和该绕组的匝数的积的激磁低于2安匝。

优先考虑，该电源电路向该激磁单元和该二次绕组提供的功率小于0.5W。

附图说明

图1是现有技术的接地故障保护装置的示意图；

图2分别是2-1AC、2-2脉动DC和2-3平滑DC波形试例；

图3表示根据本发明一个实施的接地电流检测电流互感器的磁化曲线；

图4表示根据本发明一个实施例的接地故障电流检测电流互感器和现有技术的互感器的磁化曲线；

图5表示根据本发明一个实施例的接地故障电流检测电流互感器在不同的磁感应强度下不同频率的铁损特征；

图6表示根据本发明一个实施例的包括保护壳的电流互感器的磁路。

具体实施方式

图1中所示的接地故障电流保护装置包括接地故障电流检测互感器1，该互感器包括：以环形铁芯形式的磁路2和一连接到比较判断电路4的二次绕组3。电流互感器1环绕电源系统中作为需保护的电源系统一部分的导体(一次绕组)5。比较判断电路4收到来自电流互感器1的测量信号比较判断后命令执行单元(脱扣器)6，以便使在与主电路5串联的触头7断开。

如果接地故障电流是脉动DC或者是直滑DC，将一激磁单元用于对电流互感器的绕组进行激磁，图2分别示例出AC、脉动动DC和平滑DC的波形样式，电流互感器1的环形铁芯磁路均能进行接地故障信号检测，磁路并将检测的接地故障电流信号能量传输到二次绕组，接收该对绕组激磁所需的功率。

按照根据本发明一个实施例的电流互感器1的磁路2的特定特征，激磁单元可以在远高于需保护的电源系统的通常为额定频率的高频下提供十分低的激磁功率。此外，根据本发明的电流互感器能够十分高精度地检测和检测很低数值例如几毫安的AC和DC电流。该电流互感器的磁路具有按照低矫顽力磁场低频损耗和良好温度稳定性的矩形磁化曲线。

图3表示根据本发明一个实施例的接地故障电流检测互感器的磁化曲线。稳态或低频回线是这样的，即能够将磁感应强度降低到0T的矫顽力Hc小于3A/m。该磁路的零磁场感应强度和饱和磁场感应强度最好大于1T。

该磁化曲线最好具有明确的拐点。该曲线的矩形特征可以是这样的，即对于50Hz，初始磁导率与最大磁导率的比值大于0.85，对于300Hz下的曲线，零感应强度磁场小于11A/m，零磁场感应强度大于1.2T。

最好与磁场变化与磁感应强度变化的比相对应的大于200％。

图4表示在根据本发明一个实施的检测电流互感器的磁化曲线12和现有技术的测量环形铁芯的磁化曲线13及曲线14之间的一些在稳态或在准稳态下的可比较的曲线。曲线12为矩形形状，具有小于3A/m的低矫顽力和零磁场感应强度大于1T，降低了磁路的激磁能量。曲线13呈现矩形曲线但具有约10A/m的高矫顽力。在这种情况下，需要高的激磁能量来测量接地故障电流。在曲线14中，矫顽国稍微降低但是周期呈环形的形状使得不能将激磁原理正确地应用于检测故障电流。曲线12对应于用于检测低频的由系统供电的AC电流的磁性材料，曲线14不易用于激磁装置。

图5示例了本发明的检测接地故障电流的环形磁路在不同频率下的铁损量。

根据本发明的一个实施例的磁路材料为纳米晶类型。最好，该材料以铁为主的软磁合金，其结构按照颗粒尺寸小于20nm的结晶颗粒以铁(80％)为主形成。通过在磁场中对几百摄氏度下辊压的带材料卷绕呈环形铁芯进行纵向热处理得到该检测电流互感器的磁路，其最大磁导率达到1100000。

为了降低由于电流引起的频率损耗，利用厚度小于30μm的磁性带材实现磁路。

图6表示一检测电流互感器，其包括用于保护磁性材料的保护壳17。例如，将带材卷绕成磁路2，后装入保护壳17，命名其厚度16小于15mm。保护壳17最好由塑料材料制成，保护磁路受损，具有良好的机械强度。

以上所述的装置是该实施例的一个实例。

Claims (12)

1.一种用于检测剩余电流的电流互感器，外形呈圆环形，其用于对AC、脉动DC、平滑DC周期性检测的接地故障保护装置，

所述保护装置包括：

激磁单元(2)，连接所述电流互感器的一次(初级)绕组(5)，施加激磁信号(Ie)；

比较判断单元(4)，连接到所述电流互感器的二次(次级)绕组(3)；

执行单元(6)，切断一次绕组，负载停止供电。

电流互感器，其特征在于，包括一由以铁(80％)为主的磁性材料构成的磁路，该磁性材料具有的晶粒尺寸小于20nm，其静态或低频磁化特性为：磁化回线(11)，可见明显的矩形及矫顽磁场(Hc)低于3A/m。

2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，磁化回线是这样的，即初始磁导率与最大磁导率的比值大于0.85。

3.根据权利要求1或2所述的电流互感器，其特征在于，在静态或低频下，该矫顽磁场(Hc)低于1.5A/m。

4.根据权利要求1至3中所述的电流互感器，期特征在于，该经感器的磁路具有的矫顽磁场与零磁场感应强度比，使得对于大于1T的零磁场，矫顽磁场(Hc)低于3A/m。

5.根据权利要求1至4所述的电流互感器，其特征在于，通过在磁场中的纵向热处理得到该磁路，其最大磁导率达到1100000。

6.根据权利要求1至5所述的电流互感器，其物征在于，该磁路的材料包含50％以上的铁其颗粒尺寸小于20nm的细微结晶颗粒。

7.根据权利要求1至6所述的电流互感器，其特征在于，利用材料厚度小于30微米的带材通过卷绕呈环形得到该磁路。

8.根据权利要求1至7所述的电流互感器，其特征在于，该互感器外套一塑料保护壳(17)。

9.根据权利要求1至8所述的电流互感器，其特征在于，该磁性材料带材卷绕，形成磁路的带厚度通常小于15mm。

10.一种对于AC、脉动DC、平滑DC周期性检测的接地故障保护装置，包括：

以环形铁芯形式的对地故障电流检测电流互感器(1)，含有二次(次级)绕组(3)；

激磁单元(2)，连接所述电流互感器的一次(初级)绕组(5)，施加激磁信号(Ie)；

比较判断单元(4)，连接到所述电流互感器的二次(次级)绕组(3)；

执行单元(6)，切断一次绕组，负载停止供电，其特征在于，该电流互感器是根据权利要求1至9所述的电流互感器。

11.根据权利要求10所述的保护装置，其特征在于，该激磁单元(2)包括用于向二次绕组施加要求波形的电流的装置，对应于所述电流的峰值和该绕组的匝数的积的激磁低于2安匝。

12.根据权利要求10至11所述的装置，其特征在于，主电路向该激磁单元和该二次绕组提供的功率小于0.5W。

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