CN103185825A

CN103185825A - 电流监控装置

Info

Publication number: CN103185825A
Application number: CN2011104543802A
Authority: CN
Inventors: 吴蔚; 朱源
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-30
Also published as: CN103185825B

Abstract

本发明公开一种电流监控装置。该电流监控装置包括第一电流排主电流承载铜排和霍尔传感器。霍尔传感器设置于第一电流排主电流承载铜排。所述电流监控装置还包括第二电流排，所述第二电流排设置在所述第一电流排的外表面上。所述霍尔传感器检测流过所述第二电流排的电流。采用这种电流监控装置，能够高精确度地测量电流，同时降低成本，保持高稳定性。

Description

电流监控装置

技术领域

本发明涉及电流监控装置。

背景技术

在目前的低压电器中，可以采用三段保护(LSI)，即，过载长延时保护、短路短延时保护和短路瞬动保护，实现配电系统安全运行。但是，传统的实现LSI保护的方式通常使用双金属片和螺线管来实现。监控电流的精度较差，并且电流等级不能整定，上下级的配合不是很精确。而且，在终端配电系统中，通常会出现越级跳闸的问题，导致供电连续性无法得到保证。

传统的电流互感器的结构一般为将使一个铜排穿过一个霍尔传感器，从而监控电流。但是由于低压配电中直流电三段式保护需要保护的电流范围很广才能实现过载保护、短路短延时保护、短路瞬时保护，所以测量电流精度的范围要大。例如，对于1250A的额定电流断路器来说，需要保护电流范围从600A到36kA，现有的霍尔传感器不能监控这么宽广的范围，常出现霍尔传感器损坏或整个电流互感器无法实现功能的问题，所以霍尔传感器多用作额定电流的测量。

另外，在空气断路器和塑壳短路中要实现带电子式控制器的配电保护，需要采用具有高精度和高稳定性的电流监控装置用于终端配电系统、空气断路器和塑壳短路。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确地监控电流的电流监控装置。

本发明的另一目的是提供一种保证其中的霍尔传感器在最大短路电流的情况下不损害的电流监控装置。

根据本发明的一个方面，提供一种电流监控装置。该电流监控装置包括第一电流排和霍尔传感器。霍尔传感器设置于所述第一电流排。该电流监控装置还包括第二电流排，所述第二电流排设置在所述第一电流排的外表面上，所述霍尔传感器监控流过所述第二电流排的电流。采用本发明的电流监控装置，能够匹配直流电三段保护的多种电流水平从而增强断路器保护的选择性，改善供电连续性以及电流监控的精确度，同时也能够增强高电流下的霍尔传感器的耐久性和测量精度。由此，降低了电流监控的成本，提高了产品测量精度以及整个装置的尺寸。

根据本发明的另一方面，该第二电流排穿过霍尔传感器的主体，以使霍尔传感器套在第二电流排上。所述第二电流排采用弯折的形状穿过所述霍尔传感器的主体。由此，该霍尔传感器能够精确地监控流过第二电流排的电流，同时也确保霍尔传感器不被过大的电流损坏。

根据本发明的另一方面，该第二电流排通过铆接的方式连接至第一电流排。在一个方面，对所述第二电流排与第一电流排之间的铆接点进行焊接，从而能够减小接触电阻。

根据本发明的另一方面，该霍尔传感器采用闭环的类型，这种类型的传感器能够提高测量精度及提高抗干扰性。也可以根据额定电流的大小，选择相对应的霍尔传感器。由此减少霍尔传感器被损坏的风险。

根据本发明的另一方面，第一电流排和第二电流排的横截面积是根据额定电流的大小进行选择的，从而配置不同的电流分流比。第一电流排与第二电流排的横截面积的比为最大短路保护电流与所述额定电流的比值。霍尔传感器所检测到的信号被传送至所述直流电三段保护的控制器，从而进行采样、计算和控制处理。该控制器由此算出所述第一电流排的实际电流，从而实现不同的配电保护。

根据本发明的一个方面，该第一电流排采用铜排，第二电流排采用铜排，从而降低电流排的电阻。

根据本发明的另一方面，该电流监控装置还可以包括额外的霍尔传感器。所述额外霍尔传感器套设在所述第一电流排上。采用两个霍尔传感器的方案可以人为地将测量电流范围分为两部分，由此相比较于采用一个霍尔传感器的方案来说提高每个部分的测量精度。

根据本发明的另一方面，该第一电流排采用锰铜分流器，电压测量装置连接至所述锰铜分流器，当电流超过门限值时，采用电压测量装置对所述锰铜分流器的电压进行测量。在采用锰铜分流器的情况下，当大电流流过整个电流监控装置时，该装置产生的温升，由于锰铜分流器具有低的电阻温度系数。锰铜分流器的电阻率基本上不会由于电流流过导致的温度增加而受到不利的影响，而是大概呈现线性的关系增加，这样能够在大电流时，不会影响设计的变比关系。在大电流的情况下仍然能够精确测量电流。超过门限值时仍然能够测量电流。

本领域技术人员通过下述详细说明将清楚地了解本发明的这些和其他目的、特征、方面和优势，下述详细说明结合附图公开了本发明的优选实施例。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的选定实施例。这里所述的附图仅仅是示意性的目的，并不意在以任何方式限制本公开的范围。附图是本公开内容的选定教导的示例，也没有示出所有可能的实施方式。

图1示出传统电流互感器的结构的透视图。

图2示出根据本发明的第一实施例的电流监控装置的透视图。

图3示出图2所示的电流监控装置的分解视图。

图4示出根据本发明的第二实施例的电流监控装置的透视图。

图5示出根据本发明的第三实施例的电流监控装置的透视图。

具体实施方式

首先，将参照图1说明传统电流互感器的结构。

如图1所示，传统的电流互感器中只设置有一个铜排和一个霍尔传感器，该铜排直接穿过该霍尔传感器的中心部分设置。该传统电流互感器的缺陷在于，霍尔传感器所能监控的范围不是特别大，所以在电流不稳定的情况下常出现霍尔传感器损坏或整个电流互感器无法实现功能的问题。

下面将参照附图说明根据本发明的电流监控装置的第一实施例。该实施例的电流监控装置可应用至直流电三段保护，也可以应用于不同的直流监控场合，例如计量和显示电流等的场合。

图2示出根据本发明的第一实施例的电流监控装置10的透视图。如图2所示，电流流动通过该电流监控装置10。该电流监控装置10包括第一电流排1、第二电流排2和霍尔传感器3。霍尔传感器3设置于第一电流排1处，第二电流排2设置在第一电流排1的外表面上。在该第一实施例中，第二电流排2穿过霍尔传感器3的主体，由此使得霍尔传感器3能够套设在第二电流排2上，从而监控流过该第二电流排2的电流。第一电流排1、第二电流排2和霍尔传感器3的结构和形状也示出在图3的分解透视图中，同时图3也示出两个屏蔽罩壳，用于提高霍尔传感器3的抗干扰性。

当电流流过该电流监控装置10时，由于第二电流排2相当于并联在第一电流排1上，所以最大短路保护电流I分为I1和I2，I1流经第一电流排1，I2流经第二电流排2，I的值即为I1和I2的和。因此，仅需要一个较小规格的霍尔传感器3即能够实现对I2的监控。当得到I2的监控值时，将信号传送给LSI三段保护的控制器进行采样、计算和控制处理，该控制器会根据电流监控的设计分流变比关系，反算出第一电流排的实际电流，从而实现不同的配电保护。

在第二电流排2穿过霍尔传感器3的结构中，第二电流排2可以采用弯折的形状穿过该霍尔传感器3的主体。这种弯折的形状可以采用直角、圆角的方式弯折，或者采用三角形、曲线、方形等的弯折结构穿过霍尔传感器3。

该第二电流排2通过铆接的方式例如采用铆钉连接至第一电流排的外表面。在一项优选实施例中，对该铆接点进行进一步的焊接，这样能够减小接触电阻。

该霍尔传感器3采用闭环的类型。这种类型的霍尔传感器具有很强的抗干扰能力，并且具有高精度。在本发明中，霍尔传感器的主要功能是监控和测量电流，因此需要使得霍尔传感器不会在最大短路电流的情况下损坏。在霍尔传感器的额定检测电流范围之内(0.1In～1.5In)，霍尔传感器的标称精度(比如1％)都能够满足要求。

根据不同的额定电流的范围，例如，开关具有不同的额定电流，所选择的霍尔传感器也是不一样的。例如，如果开关的额定电流有800A、1000A、1250A、1600A、2000A、2500A、3200A、4000A，那么可以选择三种不同规格的霍尔传感器，其中设计成不同额定电流共用一种电流监控装置，800A、1000A、1250A是一组，1600A、2000A、2500A是一组，3200A、4000A是一组，同时，也相应地选择具有不同横截面积的第一电流排和第二电流排。

对于第一电流排1和第二电流排2的横截面积来说，可以根据下述公式(1)和(2)计算第一电流排1与第二电流排2的横截面积比：

系数K＝最大短路保护电流/霍尔传感器额定电流 (1)

第一电流排的横截面积＝第二电流排的横截面积/系数K(2)

在本发明的实施例中，第一电流排采用铜排制成，第二电流排采用铜排制成，由此能够降低电流排的电阻。

采用本发明的实施例的电流监控，在应用至直流电三段保护的情况下，能够匹配直流电三段保护的多种电流水平从而增强断路器保护的选择性，改善供电连续性，以及电流监控的精确度和稳定性，同时也能够增强高电流下的霍尔传感器的耐久性。由此，降低了直流电三段保护的成本以及整个装置的尺寸。

下面将参照图4说明根据本发明的第二实施例的电流监控装置。图4示出根据该实施例的电流监控装置的透视图。

在该实施例中，如图4所示，除了第一电流排1、第二电流排2和与前述实施例相同的霍尔传感器3之外，该电流监控装置还包括另一个额外的霍尔传感器31。该额外的霍尔传感器31套在第一电流排1上，也可以同时套在第一电流排1和第二电流排2上。在该实施例中，第一电流排1和第二电流排2仍然采用铜排。

该实施例中的一个霍尔传感器31的输出信号用于三倍额定电流以内的信号测量，另一个霍尔传感器31的输出信号用于三倍额定电流以上的信号测量。采用两个霍尔传感器的方案的优势在于，人为地将测量电流范围分为两部分，由此相比较于采用一个霍尔传感器的方案来说提高每个部分的测量精度。

下面将参照图5说明根据本发明的第三实施例的电流监控装置。图5示出根据该实施例的电流监控装置的透视图。

在本发明的该项实施例中，第一电流排11采用锰铜分流器，同时，将一电压测量装置连接至该锰铜分流器。在使用锰铜分流器的情况下，当大电流流过第一电流排11时，输出可进行测量计算的电压信号幅值。该电压信号幅值与流过第一电流排11的电流成比例。通过外接直流电三段保护的控制器，配置输出的电压信号幅值大于设定值时，可以采用电压测量装置对锰铜分流器的电压进行测量，由此采用锰铜分流器的信号。而输出的电压信号幅值小于设定值时，采用霍尔传感器的输出信号。由此，可以有效地保证在大电流时霍尔传感器受到的干扰最小，提高产品的可靠性和抗干扰性。

同时，如本发明的第一实施例的其他结构那样，除了第一电流排11采用锰铜分流器之外，该电流监控装置还包括第二电流排2和霍尔传感器3。霍尔传感器设置于锰铜分流器，第二电流排2设置在锰铜分流器11的外表面上。第二电流排穿过霍尔传感器的主体，由此使得霍尔传感器3能够套设在第二电流排2上，从而监控流过该第二电流排2的电流。当电流没有超过设定值时，采用霍尔传感器测量第二电流排上的电流并进而推算出流经电流监控装置的电流；当电流超过设定值时，改用电压测量的方式测量锰铜分流器上的电压从而得出流经电流监控装置的电流，由此防止超过设定值的电流导致霍尔传感器损坏。该设定值可以由本领域技术人员根据需要进行设定。

虽然上面已经通过对本发明的多个实施例的描述说明了电流监控装置，但是，本领域技术人员应当理解，本发明在应用过程中并不限制于如上描述中提出的或者在附图中示出的结构的细节和部件的配置。本发明也可以采用除了上述实施例之外的实施例，并能够以不同方式实施和进行。此外，本领域技术人员应当理解，在此采用的措辞和术语以及概要是为了描述的目的，而不是对本发明进行任何限定。

在这里使用的术语仅仅是为了描述特定例子的目的，并不意在为限制性的。如在这里使用的，“一”和“所述”可以意在包括多个，除非上下文另有清楚说明。术语“包括”、“具有”是开放式的，因此指定声称的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或者加入。在这里描述的方法步骤、工艺和操作不应理解为必须需要它们以讨论或者示出的特定的顺序来执行，除非特别说明了执行顺序。还可以理解，其它或者替代的步骤也可以采用。

空间相对性术语，例如“内”、“外”、“之下”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等在这里可以为了便于描述而使用以描述一个元件或者特征相对于如图所示的另一元件或特征的关系。空间相对性术语可以意在包括除了图中描述的方向之外的在使用或者操作中不同的装置方向。例如，如果在图中的装置被倒过来，描述为在其它元件或者特征“下面”或者“之下”的元件将然后取向为在其它元件或者特征“上方”。这样，示例性的术语“下面”可以包括上方和下面两种方向。装置可以其它取向(旋转90度或者在其它的方向)，在此使用的空间相对性描述语言将进行相应的解释。

Claims

1.一种电流监控装置，所述电流监控装置包括第一电流排和霍尔传感器，所述霍尔传感器设置于所述第一电流排，其中，所述电流监控装置还包括第二电流排，所述第二电流排设置在所述第一电流排的外表面上，所述霍尔传感器监控流过所述第二电流排的电流。

2.根据权利要求1所述的电流监控装置，其中，所述第二电流排穿过所述霍尔传感器的主体，以使所述霍尔传感器套设在所述第二电流排上。

3.根据权利要求2所述的电流监控装置，其中，所述第二电流排采用弯折的形状穿过所述霍尔传感器的主体。

4.根据前述权利要求1至3任一项所述的电流监控装置，其中，所述第二电流排通过铆接、焊接的方式连接至所述第一电流排。

5.根据权利要求4所述的电流监控装置，其中，对所述第二电流排与第一电流排之间的铆接点进行焊接。

6.根据前述任一权利要求所述的电流监控装置，其中，所述霍尔传感器采用闭环的类型。

7.根据前述任一权利要求所述的电流监控装置，其中，根据产品的额定电流的大小，选择相对应的霍尔传感器。

8.根据前述任一权利要求所述的电流监控装置，其中，根据产品的额定电流的大小，选择相对应的第一电流排和第二电流排的横截面积。

9.根据权利要求8所述的电流监控装置，其中，所述第一电流排与所述第二电流排的横截面积的比为最大短路保护电流与所述额定电流的比值。

10.根据前述任一权利要求所述的电流监控装置，其中，所述霍尔传感器所检测到的信号被传送至所述直流电三段保护的控制器，从而进行采样、计算和控制处理，所述控制器由此算出所述第一电流排的实际电流。

11.根据前述任一权利要求所述的电流监控装置，其中，所述电流监控装置还包括额外霍尔传感器，所述额外霍尔传感器套设在所述第一电流排上。

12.根据前述任一权利要求所述的电流监控装置，其中，所述第一电流排采用铜排，所述第二电流排采用铜排。

13.根据权利要求1至10任一项所述的电流监控装置，其中，所述第一电流排采用锰铜分流器，电压测量装置连接至所述锰铜分流器，当电流超过门限值时，采用所述电压测量装置对所述锰铜分流器的电压进行测量。