CN105044480B - 测量电气设备中流动电流的至少一个电变量的装置 - Google Patents

Abstract

一种测量电气设备(D)中流动的电流的至少一个电变量的装置(1)，所述电气设备包括至少一个连接端子，每个连接端子被设计成电连接到相应电导体的端部，所述装置(1)包括至少一个电流传感器(5)，每个电流传感器(5)配置成用于测量在相应电导体中流动的电流，其中，所述装置(1)还包括至少一个导电间隔件(6)，每个间隔件(6)配置成介于相应的连接端子与相应电导体的端部之间，并且其中，每个电流传感器(5)进一步定位成围绕相应的间隔件(6)，以测量所述电导体与相应的连接端子之间的流过所述间隔件(6)的电流。

Description

测量电气设备中流动电流的至少一个电变量的装置

技术领域

本发明涉及一种测量电气设备中流动的电流的至少一个电变量的装置。本发明还涉及一种包括电气设备和根据本发明的一个这种测量装置的组件。

背景技术

已知的是制造能够测量穿过断路器的电流的电特性的测量装置，这些测量装置在其能够进一步计算与给定电流相关的电力时也被称为电表。因此，文献FR 2977323 A1描述了一种用于低口径断路器并且可用来更新现有电气设备的测量模块。该模块包括使得能够将其安装在连接到断路器的至少一个电导体周围的通孔。此外，从文献WO-2008/042483 A1已知的是制造一种测量模块，其电流传感器没有完全覆盖导体。然而，采用这种传感器，测量对横向寄生场很敏感。此外，文献EP 1684080 A1揭示了安装在每个相上的独立传感器的使用，由穿过导体并且通过无线电传送所测量的电流值的电流自供电。

这些不同的测量系统通过围绕连接到断路器的至少一个电导体定位至少一个电流传感器来测量在断路器中流动的电流的电性能。这种测量装置的安装因此须在至少两个步骤中完成，第一步骤包括在已经使电导体通过测量模块之后将它们紧固在断路器的每个端子上。第二步骤包括将测量模块紧固到断路器。因此，这些测量模块的安装相对复杂，可能会引起安装误差，并且可能因缺乏空间而变得困难。

发明内容

更具体地，本发明旨在通过提出一种测量意在电气设备中流动的电流的至少一个电变量的装置来解决这些缺点，与电气设备组装变得更加容易。

为此，本发明涉及一种测量意在电气设备中流动的电流的至少一个电变量的装置，所述电气设备包括至少一个连接端子，每个连接端子被设计成电连接到相应电导体的端部，所述测量装置包括至少一个电流传感器，每个电流传感器配置成用于测量在相应电导体中流动的电流。该测量装置还包括至少一个导电间隔件，每个间隔件配置成介于相应的连接端子与相应电导体的端部之间，并且其中，每个电流传感器进一步定位成围绕相应的间隔件，以测量所述电导体与相应的连接端子之间的流过所述间隔件的电流。

由于本发明，所述测量装置易于组装到电气设备，并且适于电导体的任何类型的截面。

根据本发明的其它有利的并且任选的方面，这样的测量装置包括一个或多个以下的技术特征，单独地或根据任何技术上可能的组合：

-所述电气设备包括N个连接端子，N是大于或等于2的整数，并且其中，所述测量装置包括N个电流传感器和N个间隔件；

-至少一个电流传感器包括磁路和线圈，所述线圈定位在所述磁路的两个端部之间；

-所述磁路由交错形式的单件形成；

-至少一个电流传感器包括以环形比如Rogowski环形形状盘绕的绕组；

-所述测量装置包括至少一个电压传感器，其配置成用于测量相应连接端子的电压；

-每个电压传感器是以定位成靠着相应间隔件的舌片的形式；

-每个间隔件包括用于将所述导体的端部连接到相应连接端子的连接构件的通路孔；

-所述装置包括无线电装置，用于将所测的电变量发送到远离所述装置的电子装备；以及

-所述装置包括弹性配合装置，用于与所述电气设备的互补装置配合，以将所述装置紧固到电气设备。

本发明还涉及一种包括电气设备和如上所限定的测量装置的组件。

根据本发明的其它有利的并且任选的方面，这种组件包括一个或多个以下的技术特征，单独地或根据任何技术上可能的组合：

-所述电气设备是电气切断或电气保护设备；以及

-所述电气设备是电气断路器。

附图说明

通过阅读下面的描述，本发明将得到更好地理解，其中的其它优点将显而易见，下面的描述仅作为非限制性示例被提供并且参照附图，其中：

-图1是包括根据本发明第一实施例的断路器和测量装置的组件的透视顶视图；

-图2是图1测量装置的透视顶视图，特别地，该装置包括保护罩；

-图3是图1测量装置的分解透视图；

-图4是图1装置的透视顶视图，不带有保护罩；

-图5是图1装置的底视图；

-图6是根据本发明第二实施例的类似于图4的视图；

-图7是根据第三实施例的类似于图2的视图；

-图8是根据第三实施例的类似于图4的视图；

-图9是根据第三实施例的类似于图3的视图；以及

-图10是根据本发明第四实施例的类似于图4的视图。

具体实施方式

本发明涉及测量装置1，其配置成安装在电气设备上。在下面所描述的本发明的示例性实施例中，电气设备是四极断路器D，其包括四个连接端子。图1示出了由安装在断路器D上的测量装置1形成的组件E。

图2示出了测量装置1，后者包括覆盖壳体4的保护罩2。测量装置1还包括至少一个电流传感器5(其在图3中以分解视图示出)以及至少一个导电间隔件6，其配置成介于电气设备的连接端子与设计成电连接到所述连接端子的电导体的端部之间。电流传感器5围绕对应的间隔件6定位，并且配置成在电导体与对应的连接端子之间测量流过所述间隔件6的电流。

任选地并且另外，测量装置1包括至少一个电压传感器7，其定位成抵靠住对应的间隔件6并且配置成在对应的连接端子处测量电压。

如果测量装置1配置成安装在四极断路器D上，则其优选地包括四个电流传感器5和四个间隔件6。任选地并且另外，测量装置1包括四个电压传感器7。

测量装置1整体上呈矩形菱形的形状。参考标号Y1表示平行于该矩形菱形的最大侧的横向方向，Z1表示平行于该菱形的最小侧的垂直方向。参考标号X1还表示垂直于轴线Y1和Z1的纵向方向。方向Z1是指从下到上，方向X1是指从后到前，方向Y1是指从右到左。

参考标号L1表示在方向Y1上测量的测量装置的长度，l1表示其在方向X1上测量的宽度，H1表示其在Z1方向上测量的高度。特别地并且作为示例，长度L1包括在100mm和200mm之间，优选地基本上等于电气设备在相同的方向Y1上的宽度，例如150mm。例如，宽度l1包括在20mm和30mm之间，高度H1包括在10mm和20mm之间，优选地等于15mm。测量装置1则特别地紧凑，这使得更易于连接到电气设备。

在本发明的第一实施例中，如图1和5所示，每个电流传感器5包括磁路10和线圈12，该线圈12定位在磁路的两个端部104之间。测量装置1则包括四个线圈12，每个都与相应的间隔件6相关。线圈12由紧固装置122保持在印刷电路8上的适当位置。线圈12每个都包括接触舌片的形式的位于两个端部124之间的绕组126。

间隔件6容纳在壳体4中并且突出越过罩2。壳体4和罩2由绝缘材料制成，而间隔件6由优选地具有良好导电性的导电材料比如铜制成。

间隔件6具有用于电流的通路截面，限定在垂直于方向Z1的平面中，其尺寸作为电气设备的额定电流和对于电气设备不被超过的热的函数，比如测量装置1被设计成所连接到的断路器。实际上，例如对于额定电流为250A的电气设备来说，通路截面将包括在10和20平方毫米之间。因此，间隔件6中的电流的通路不产生过热。每个间隔件6的截面例如是马蹄形。

间隔件6包括用于连接螺钉的通路孔62，所述连接螺钉被设计成将测量装置1和电导体的端部比如凸耳紧固到电气设备，该凸耳被设计成经由测量装置1电连接到电气设备。

间隔件6优选的是全部相同，并且在垂直方向Z1上延伸。间隔件6是偏移的，并且在纵向方向X1上彼此规则地间隔开。它们都定向在相同的方向上，使得每个马蹄形的开口朝向测量装置1的前面。

间隔件6容纳在布置到壳体4中该端部的四个通孔46中。壳体4的孔46(用于接收间隔件6)在其前内边缘上具有凸台47，使得能够定向间隔件6，并将它们保持在适当位置。

在图1和图5的实施例中，每个电压传感器7是电压抽头舌片14的形状。每个舌片14包括孔142，其允许连接螺钉通过，还被设计成穿过间隔件6并且将电导体的凸耳和测量装置1紧固到设备相应的连接端子。舌片14还包括用于与印刷电路8电连接的端部144。图5示出了金属叶片14连接到印刷电路8。舌片14的电连接端部144与印刷电路8重叠并且被紧固于此。

印刷电路8包括下表面82，线圈12与电压抽头舌片14的电连接被制成在其上。在使用测量装置1期间，具有一定频率(例如等于50赫兹)的AC电流穿过间隔件6。电流变化产生磁场，其通过磁路在线圈12中产生电势差。线圈12从而由设计成对印刷电路8供电的电流穿过。

印刷电路8包括上表面84和连接在该上表面84上的微控制器(未示出)。该微控制器此外还能够计算电能、电功率和各相的电流谐波和所测电流以及所测电压的电中性。

此外，印刷电路8包括无线装置(未示出)，用于发送所测的电变量或性能，比如由电流传感器5测量的强度和由电压传感器7测量的电压。无线传输装置例如包括天线和无线收发器。该收发器配置成经由无线信号比如根据WIFI或ZigBee标准的信号将所测的性能发送到远程接收器。

印刷电路8的电子元件设置成在105℃的温度下正常工作。

磁路10是U形的。每个磁路10的两个端部104压靠着线圈12的两个端部124。

在其前部上，罩2具有垫22，其包括凹陷24，使得能够便于将紧固到电导体端部的凸耳安装在每个间隔件6的上表面61上。

壳体4包括钩42，使得能够通过弹性装配将测量装置1紧固至断路器D。壳体4还包括防错肋44，防止其被安装在不是由制造商所提供的方向上。有四个这样的肋44被紧固到壳体4的下表面，并且它们被规则地间隔开。此外，它们沿纵向方向X1被定向。

壳体4还包括配置成用于支撑印刷电路8的横向凸缘48和纵向凸缘49。这些凸缘48和49使得能够提高印刷电路8，以便任选到将各部件紧固在其下表面82上，并且避免可能会损坏印刷电路8的过热。

壳体4包括预定数量的槽410，使得能够将每个磁路10定位在相应间隔件6的周围。槽410、磁路10的数量分别等于测量装置1被设计成所连接到的电气设备比如断路器的极的数量。壳体4的壁411被定位在每个磁路10内并且围绕各间隔件6，从而提供各磁路和对应的间隔件6之间的电绝缘。

壳体4还包括槽414，其尺寸配置成允许用于测量电压的舌片14通过。

测量装置1从而很容易地适于需要升级的预先存在的安装。

在第一安装步骤中，测量装置1装配在断路器的前表面上，并且测量装置1的钩42彼此弹性地抓在电气设备比如断路器的边缘上。这些钩42然后能够将测量装置1紧固到断路器。对于每个间隔件6来说，第二步骤包括在将螺钉旋拧在断路器的相应连接端子上之前，使连接螺钉通过相应电导体的凸耳的孔、通过相应间隔件6的孔62以及通过相应电压抽头舌片14的孔142。

连接螺钉有助于断路器的连接端子与电导体的凸耳之间的电连接，同时确保这些部件之间的强机械压力。

因此，单个的步骤使得能够将电导体电性地且机械地连接到断路器的连接端子，并且将测量装置1紧固到断路器。

在图6至10所示的实施例中，类似于第一实施例的元件具有相同的附图标记，不再进行说明。

在本发明的第二实施例中，如图6所示，由测量装置1a的间隔件6中的电流变化所产生的磁场由交错形式的单个磁路10a检测。换句话说，单独的磁路10a具有锯齿的形状，即锯齿形。

磁路10a围绕各间隔件6，如前面所述。其围绕各间隔件6的后面和侧面，并且线圈12定位成跨越各间隔件6的前表面。磁路10a具有由四个U构成的形状，每个类似于前面描述的磁路10。四个U形件沿纵向方向X1对齐，U形件的开口朝向前。四个U形件通过三个连接杆106'而相互连接。每个U形部分的内端部104'分别连接到具有线圈12的连接板124。

磁路10a在工业上生产起来比磁路10更具有成本效益，并且具有更好的机械强度。其可以以烧结部件的形式或相互堆叠的切割金属板的形式被制成。

在图7至9所示的第三实施例中，保护罩的板22'更窄，参考标号l1’表示根据该第三实施例的测量装置1b的宽度，L1'表示其长度，H1'表示其高度。测量装置1b的宽度l1’小于根据第一实施例的测量装置1的宽度l1，测量装置1b的长度L1'大致等于根据第一实施例的测量装置1的长度L1，而高度H1'大于根据第一实施例的测量装置1的高度H1。实际上，长度L1'优选地大致等于在相同方向Y1上的电气设备的宽度，例如介于100和200毫米之间，例如是185毫米。宽度l1’例如介于20和40毫米之间，高度H1'介于20和40毫米之间。同样地，测量装置1也特别紧凑，这有利于将其连接到电气设备。

垫22'包括凹陷24'，其类似于测量装置1的凹陷24。测量装置1b的凹陷24'比测量装置1的凹陷24更深。因此，可以将具有的直径大于第一实施例的用于电导体的凸耳紧固在间隔件6的上表面61上。另外，还可以在同一间隔件6上将两个凸耳首尾相连。此外，紧固钩42位于更加地朝向测量装置1的前面。

在该第三实施例中，间隔件6'不再是马蹄形，而是围绕垂直轴线Z6的旋转圆柱体的形状。在其上端，间隔件6包括肩部64'，使得其上端具有的直径大于间隔件的其余部分。因此，该间隔件抵靠着罩2'，并且不能沿着垂直轴线Z6向下滑动。

另外，在该第三实施例中，磁路10b围绕间隔件6'，并且具有部分圆形形状，以便最好地拥抱间隔件6'的形状。

线圈12与前一实施例是相同的。

同前面一样，壳体4'包括围绕每个间隔件6'的槽410'，其配置成用于接收磁路10b之一。壁411'提供每个间隔件6'与磁路10b中的一个之间的电绝缘。壳体4'还包括槽414'，其尺寸适于用于电压抽头的舌片14通过。舌片14'具有部分圆形的形状，其配置成用于间隔件6'和壳体4'的形状。同前面一样，舌片14'包括能够将它们连接到印刷电路8'的端部144'和允许连接螺钉通过的孔142，该螺钉配置成用于将电导体的凸耳和测量装置1b连接到电气设备的相应连接端子。

在该实施例中，印刷电路8'沿着平行于横向方向Y1和垂直方向Z1的平面垂直地定位。电力元件比如电压抽头舌片14'和线圈12连接在印刷电路8的后面上，而能够执行计算、信号处理和数据传输的电气部件位于印刷电路8'的前面上。

在测量装置1c的第四实施例中，如图10所示，包括第三实施例的磁路10b和线圈12的电流传感器5由环形9的形式的电流传感器5取代。测量装置1c的每个电流传感器5例如是以Rogowski环形的形式。

同第三实施例一样，间隔件6'是圆柱形的，它们每个由提供电绝缘的壁411'包围。每个环形9在相应的槽410'中位于每个间隔件6'周围。环形9电连接到印刷电路8'类似于如前面所述的线圈12连接到印刷电路8。

在未示出的第五实施例中，以环形9(比如第四实施例的环形)的形式的电流传感器5与根据第一实施例的测量装置1的其它元件相关。因此，间隔件6具有合适的形状，特别是圆柱形形状。同样地，罩2和壳体4具有的形状配置成用于圆柱形间隔件6通过以及环形形式的电流传感器5的安装。同对于第四实施例一样，以环形9的形式的每个电流传感器5替代磁路10和相应的线圈12。

在未示出的第六实施例中，第二实施例的磁路10a(以交错的形式)与第三实施例的罩2'和壳体4'相关。因此，磁路10b由单个磁路10a取代。

在本发明的其他实施例中，测量装置被设计成测量穿过单相断路器或三相断路器的电流的电性能。因此，该测量装置通常包括1至4个间隔件，类似于先前描述的那些，并且它们各自具有相关的电流传感器5和电压传感器7。每个电流传感器5或是Rogowski环形9或是与线圈12相关的磁路10，磁路10例如由交错形式的单个部件构成。每个电压传感器7包括与每个间隔件6接触的舌片。每个电流传感器5和电压传感器7被连接到印刷电路8，其同样包括用于计算的计算装置，所测电压的强度、电性能，比如电能、电功率和电流的谐波，以及用于发送所测和所计算的性能的无线装置。

在上面的描述及附图中，电气设备由断路器示出；然而，电气设备还可以是另外的切断设备，比如开关、接触器或隔离开关。其还可以是电气保护设备，比如过载保护、短路或差动继电器。在其他情况下，该电气设备还可以是其它电气设备的辅助模块，比如终端或板外连接装置。

Claims (14)

1.一种测量电气设备(D)中流动的电流的至少一个电变量的装置(1、1a、1b、1c)，所述电气设备包括至少一个连接端子，每个连接端子设计成电连接到相应电导体的端部，所述装置包括至少一个电流传感器(5)，每个电流传感器配置成用于测量在对应的电导体中流动的电流，

其中，所述装置还包括至少一个导电间隔件(6、6')，每个间隔件(6、6')配置成介于相应的连接端子与对应的电导体的端部之间，并且

其中，每个电流传感器(5)进一步定位成围绕相应的间隔件(6、6')，以测量所述电导体与对应的连接端子之间的流过所述间隔件(6、6')的电流。

2.根据权利要求1所述的装置(1、1a、1b、1c)，其中，所述电气设备包括N个连接端子，N是大于或等于2的整数，并且其中，所述测量装置包括N个电流传感器(5)和N个间隔件(6、6')。

3.根据权利要求1所述的装置(1、1a、1b)，其中，至少一个电流传感器(5)包括磁路(10、10a、10b)和线圈(12)，所述线圈定位在所述磁路的两个端部(104)之间。

4.根据权利要求3所述的装置(1a)，其中，所述磁路由交错形式的单件(10a)形成。

5.根据权利要求1或2所述的装置(1c)，其中，至少一个电流传感器(5)包括以环形形状盘绕的绕组(9)。

6.根据权利要求1所述的装置(1、1a、1b、1c)，其中，所述装置包括至少一个电压传感器(7)，其配置成用于测量对应的连接端子的电压。

7.根据权利要求6所述的装置(1、1a、1b、1c)，其中，每个电压传感器(7)采用定位成抵靠相应的间隔件(6、6')的舌片(14、14')的形式。

8.根据权利要求1或2所述的装置(1、1a、1b、1c)，其中，每个间隔件(6、6')包括用于将所述导体的端部连接到对应的连接端子的连接构件的通路孔。

9.根据权利要求1或2所述的装置(1、1a、1b、1c)，其中，所述装置包括无线电装置，用于将所测的电变量发送到远离所述装置的电子装备。

10.根据权利要求1或2所述的装置(1、1a、1b、1c)，其中，所述装置包括弹性配合装置(42、42')，用于与所述电气设备的互补装置配合，以将所述装置紧固到电气设备。

11.一种组件(E)，包括电气设备(D)以及测量所述电气设备中流动的电流的至少一个电变量的装置(1、1a、1b、1c)，

其中，所述测量装置(1、1a、1b、1c)是根据权利要求1或2所述的测量装置。

12.根据权利要求11所述的组件(E)，其中，所述电气设备是电气切断设备。

13.根据权利要求11所述的组件(E)，其中，所述电气设备是电气保护设备。

14.根据权利要求11或13所述的组件(E)，其中，所述电气设备是电气断路器。