CN105203823A - 一种用于电弧故障断路器的电流检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电弧故障断路器的电流检测系统，所述电流检测系统包括电流互感器和积分电路，所述电流互感器的输出端与积分电路的输入端连接，所述电流互感器为罗氏线圈，所述罗氏线圈的骨架为铁硅铝的骨架，所述骨架上均匀地缠绕两层漆包线。本发明提供的用于电弧故障断路器的电流检测系统的电流幅值范围大、响应速度快、体积小、频率范围宽广。

Description

一种用于电弧故障断路器的电流检测系统

技术领域

本发明涉及电器设备安全保护领域，尤其涉及一种用于电弧故障断路器的电流检测系统。

背景技术

随着社会的进步及用电范围越来越广，用电引起的电气火灾逐年上升，已成为引发火灾的主要原因。据统计我国在近年电气火灾在整个火灾事故中所占的比重已超过34％，严重威胁着人民生命财产安全，已成为火灾防治的重点，必须采取技术措施从根本上抑制电气火灾的发生。

现有的过电流保护电器和剩余电流保护电器不能降低由于电弧故障引起的电气火灾危险，这类电气火灾事故约占整个电气火灾的30％左右，而且主要是发生在配电终端电路中。为了防止电弧故障引起的电气火灾危险，人们设计出电弧故障断路器，又称为电弧故障检测装置(简称AFDD，在美国称AFCI)，电弧故障断路器是一种新颖的电弧故障保护电器，它能检测电气线路中的电弧故障，并在引发电气火灾以前切断电路，有效地防止终端电路的电弧故障引起的电气火灾。

电流检测系统是电弧故障断路器的组成部分，目前用于电弧故障断路器的电流检测系统存在以下问题：

1、电流幅值范围小，无法有效的捕捉电弧故障电流的特征信息；

2、响应速度慢，无法起到在准确时间点进行分断的目的；

3、体积较大，不利于批量化生产，更加不利于在现有断路器的框架上进行改装；

发明内容

鉴于目前用于电弧故障断路器的电流检测系统存在的上述不足，本发明提供一种电流幅值范围大、响应速度快、体积小的用于电弧故障断路器的电流检测系统。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于电弧故障断路器的电流检测系统，所述电流检测系统包括电流互感器和积分电路，所述电流互感器的输出端与积分电路的输入端连接，所述电流互感器为罗氏线圈，所述罗氏线圈的骨架为铁硅铝的骨架，所述骨架上均匀地缠绕两层漆包线。

依照本发明的一个方面，所述漆包线采用聚氨酯的铜芯，所述底层漆包线的缠绕方向与面层漆包线的缠绕方向相反。

依照本发明的一个方面，所述积分电路为两路同时同步积分的积分电路，其中一路用于检测剩余电流和电弧故障的特征值，另一路用于过载或短路的电流检测。

依照本发明的一个方面，所述积分电路为反向积分，采用高放大倍数、低零漂的运放，可以得到稳定的源电流信号。

依照本发明的一个方面，所述积分电路的电容为NPO介质的电容。

依照本发明的一个方面，所述铁硅铝的组分为：82-88％的铁，8-10％的硅及4-8％的铝合金粉。

依照本发明的一个方面，所述罗氏线圈的形状为圆形，所述骨架的截面为环形。

本发明实施的优点：由于本发明的电流检测系统包括电流互感器和积分电路，电流互感器的输出端与积分电路的输入端连接，电流互感器采用罗氏线圈，同时铁硅铝的骨架上均匀地缠绕两层漆包线，增大了电流检测系统的感应灵敏度，所以响应速度快，另外罗氏线圈的骨架采用铁硅铝的骨架，由于铁硅铝具有良好的机械强度、不易变形、热胀冷缩率低、表面光滑等机械特征，又具有较高的磁导率、不易磁饱和等电气特性，因此电流检测系统的电流幅值范围大、体积小，因此，本发明人提供的用于电弧故障断路器的电流检测系统的电流幅值范围大、响应速度快、体积小、频率范围宽广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的电流检测系统的积分电路的示意图；

图2为本发明所述的电流检测系统的罗氏线圈的示意图；

图3为本发明所述的电流检测系统的骨架示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，一种用于电弧故障断路器的电流检测系统，所述电流检测系统包括电流互感器和积分电路，电流互感器的输出端与积分电路的输入端连接，所述电流互感器为罗氏线圈，罗氏线圈的骨架1为铁硅铝的骨架，骨架1上均匀地缠绕两层漆包线2。

实际使用中，罗氏线圈的形状可为圆形，骨架1的截面优选环形，这样罗氏线圈的抗干扰能力强、精度高。骨架1采用磁性瓷材料，它是由铁的氧化物与锰、铝等金属氧化物用制造陶瓷的工艺方法制成的非金属磁性材料，由于骨架1具有良好的机械强度、不易变形、热胀冷缩率低、表面光滑等机械特征，又具有较高的磁导率、不易磁饱和等电气特性，因此电流检测系统的电流幅值范围大，电流幅值范围在0.02A～630A之间，骨架1体积做得小，使罗氏线圈的体积最小尺寸为：内径12mm、外径20mm、高度7mm。骨架1的材料的选择主要取决于绕制线圈的匝数、骨架横截面积、磁致伸缩率、最大超载电流值、环形绕线机工艺水平等因素共同决定，本发明的骨架采用铁硅铝(KoolMμ)，是一种低损耗和相对高饱和度(10,500高斯)的材料，铁硅铝的组分为：82-88％的铁，8-10％的硅及4-8％的铝合金粉，优选铁硅铝组成包含有85％铁(Fe)，9％硅(Si)及6％铝合金粉(Al)，这样骨架具有高储能及高温下性能稳定的优点，再加上罗氏线圈的导磁率适当减小，以便在较大的电弧电流通过时不会使铁心饱和，确保电流检测系统能检测到电弧。漆包线2采用聚氨酯的铜芯，在骨架1的上面均匀的来回密绕两层漆包线2，漆包线2的外面绕绝缘扎带或注胶，并且底层漆包线的缠绕方向与面层漆包线的缠绕方向相反，形成回线机制，可以大幅提高抗干扰能力，同时增大了罗氏线圈的感应灵敏度，响应速度快，一般在10ms以内。由于罗氏线圈的二次回路输出的感应电压与与一次回路电流的瞬时变化率成正比，调整罗氏线圈的参数(比如输出信号的范围和频谱)，配合积分电路，可将电弧从负载中区分出来。

实际使用中，积分电路采用两路同时同步积分的积分电路，其中一路用于检测剩余电流和电弧故障的特征值，另一路用于过载或短路的电流检测，同时一直流偏置电压叠加到两路信号上去，获得两路单极的电压信号，传输给电弧故障断路器的主控单片机；积分电路采用反向积分，合理选择器件是必要的，电容需选择介质损耗低，随温度变化小的电容，比如电容采用NPO介质的电容，而运放则需要选择偏置电流小，输入失调电压小的运放，比如采用高放大倍数、低零漂的运放，可以得到稳定的源电流信号，在电路后端加入相位调整电路，可在宽频率范围内，较完整地再现电流信号，所以电流检测系统的频率范围宽广。

本发明的用于电弧故障断路器的电流检测系统的优点：

1、电弧故障断路器的最大额定电流可为63A；

2、电流幅值范围大，满足电流幅值范围为0.02A～630A；

3、电流的带宽范围广，检测的电流的带宽范围40Hz～5kHz；

4、罗氏线圈的体积小，罗氏线圈的体积最小尺寸为：内径12mm、外径20mm、高度7mm；

5、电流检测系统的响应速度快，10ms以内；

6、电流互感器采用罗氏线圈，多层往复绕线的方式增大罗氏线圈的感应灵敏度；

7、积分电路采用两路同时同步积分的积分电路，其中一路用于检测剩余电流和电弧故障的特征值，另一路用于过载或短路的电流检测。同时一直流偏置电压叠加到两路信号上去，获得两路单极的电压信号，传输给电弧故障断路器的主控单片机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述电流检测系统包括电流互感器和积分电路，所述电流互感器的输出端与积分电路的输入端连接，所述电流互感器为罗氏线圈，所述罗氏线圈的骨架为铁硅铝的骨架，所述骨架上均匀地缠绕两层漆包线。

2.根据权利要求1所述用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述漆包线采用聚氨酯的铜芯，所述底层漆包线的缠绕方向与面层漆包线的缠绕方向相反。

3.根据权利要求1所述用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述积分电路为两路同时同步积分的积分电路，其中一路用于检测剩余电流和电弧故障的特征值，另一路用于过载或短路的电流检测。

4.根据权利要求3所述用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述积分电路采用反向积分，采用高放大倍数、低零漂的运放，可以得到稳定的源电流信号。

5.根据权利要求3所述用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述积分电路的电容为NPO介质的电容。

6.根据权利要求1至5任一所述用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述铁硅铝的组分为：82-88％的铁，8-10％的硅及4-8％的铝合金粉。

7.根据权利要求6所述用于电弧故障断路器的电流检测系统，其特征在于，所述罗氏线圈的形状为圆形，所述骨架的截面为环形。