CN105280446B - 用于断路器的中性极电流互感器模块和用于断路器的中性极电流检测装置 - Google Patents

用于断路器的中性极电流互感器模块和用于断路器的中性极电流检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于断路器的中性极电流互感器模块和用于断路器的中性极电流检测装置。用于断路器的中性极互感器模块能够最小化外部噪声的影响、以低制造成本检测中性极电流，并无需改变现有的过电流继电器的构造或无需在现有的过电流继电器中安装另外的部件就能检测中性极电流。用于断路器的中性极互感器模块包括：零相电流互感器，其配置为允许从电流互感器输出的中性极检测电流的传输线穿过其中并提供通过以预设比例减小中性极检测电流而获得的次级输出电流信号；印刷电路板，其配置为将次级输出电流信号转换成电压信号，对转换后的电压信号求微分并输出微分后的电压信号；以及壳体，其由电绝缘体形成并包围零相电流互感器和印刷电路板。

Description

用于断路器的中性极电流互感器模块和用于断路器的中性极 电流检测装置
技术领域
本公开涉及一种断路器，并且更具体地，涉及用于检测具有作为控制单元的过电流继电器(可缩写为OCR)的三相四线式或所谓4极断路器中的中性极(也称为中性相、N相或N极)电流的中性极电流互感器模块，以及具有这样的中性极互感器模块的中性极电流检测装置。
背景技术
中性极(换句话说“N相”)指的是当互感器(transformer)在单相三线交流或三相交流电网中为Y形连接时连接至中性点的电线的极(也就是“相”)。不同于接地线，中性极线(在下文中，被称为“中性线”)被归类为电压线。
在配电网中，除了如R相、S相、和T相的3相的线电压之外，还可使用三相线和中性线之间的电压，即，相电压，并且这里，线电压主要用作驱动电动机的电力，而相电压通常用于接通电灯。
在中性线中流动的电流不超过诸如R相电流、S相电流、和T相电流的相电流的20％，但是这只考虑了不平衡电流。当非线性负载(例如，整流器、逆变器、不间断电源、计算机、监视器、复印机等)或产生谐波的负载(如电炉或电焊机)存在时，在许多情况下，在中性线中流动的电流大于相电流。因此，需要保护中性极电路，即，中性线。
图1是示出根据现有技术的例子的中性极电路的保护设备的配置图。
在图1中，根据现有技术的例子的中性极电路的保护设备可包括用于检测中性极电流并提供中性极电流的茹科夫斯基(Rogowski)线圈1a和断路器100。
断路器100包括用于三相的三个开关触点50、过电流继电器40、和三个相电流检测器60。
三个开关触点50均包括固定触点和活动触点，所述活动触点具有电路闭合位置和电路断开位置，在所述电路闭合位置，每一个开关触点都与相应的固定触点接触以闭合各相的电力电路2(这里，R相电力电路标为附图标记2a，S相电力线路标为附图标记2b，以及T相电力线路标为附图标记2c)，在所述电路断开位置，每一个开关触点都与相应的固定触点分离以断开各相的电力电路2。
断路器100可包括提供用于切换活动触点至电路闭合位置或电路断开位置的机械驱动力的开关机构(请参阅图4的50a)，并且开关机构的配置可参考由本发明的申请人登记的登记号为KR10-0771918B1的韩国专利文献。
过电流继电器40是用于控制断路器100的开关操作的控制单元。过电流继电器40连接至茹科夫斯基线圈1a和电流检测器60并分别从茹科夫斯基线圈1a和相电流检测器60接收中性极电流和三相电流的检测信号。另外，过电流继电器40将取决于接收到的电流检测信号的值与预设基准值进行比较，并且当取决于接收到的电流检测信号的值中的任何一个值等于或大于相应的基准值时，过电流继电器40输出跳闸控制信号。跳闸控制信号用来触发开关机构以通过跳闸致动器(未显示)操作至断开位置。然后，活动触点通过由开关机构提供的驱动力与相应的固定触点分离，从而保护中性极电路或通用三相电路以及连接到其上的电负载设备免于故障电流破坏。
三个相电流检测器60在如空气断路器的低电压断路器内由茹科夫斯基线圈配置。
茹科夫斯基线圈，一种主要通过利用随电流变化而引起的磁通量的变化来测量电流的设备，包括铁心，其具有环形形状，所述环形形状允许作为电流量测量目标的电线穿过其中；和线圈，其缠绕在相应的铁心上。具有微分特性的茹科夫斯基线圈，提供了与实际的电流相比90度相移的检测信号作为通常以毫伏为单位(mV)的电压信号。
因为用于检测中性极电流的茹科夫斯基线圈1a是茹科夫斯基线圈，所以茹科夫斯基线圈1a具有类似相电流检测器60的微分特性，因此它可提供与实际的电流相比有90度相移的中性极电流检测信号作为电压信号。
然而，例如空气断路器的低电压断路器具有其全长取决于额定电压(额定电流)的大小而不同的框架(即，由各相的绝缘隔板形成的后壳体单元)。因此，与安装在连接至电源侧电线和负载侧电线的框架的后表面上的导电终端单元相应的母线(bus bar)的尺寸(宽度或直径)是变化的。因为用于检测中性极电流的茹科夫斯基线圈1a或相电流检测器60安装在母线中，所以应该根据母线的尺寸(宽度或直径)来制备不同尺寸的茹科夫斯基线圈1a和相电流检测器60。另外，为了制造用于检测中性极电流的茹科夫斯基线圈1a，需要多个用于制造铁心的金属模具和多个绝缘体模具。因此，根据额定值来制备所有用于检测中性极电流的茹科夫斯基线圈1a造成高制造成本，并对断路器的制造商造成整个断路器的制造成本增加。
另外，在以毫伏为单位的电压信号从安装邻近于母线、断路器的外侧的用于检测中性极电流的茹科夫斯基线圈1a发送给安装在断路器内的过电流继电器40时，中性极电流检测信号可能由于外部噪声的影响而失真或混合，从而导致过电流继电器40出故障而错误地断开电路。
另外，为了防止这个问题，屏蔽从用于检测中性极电流的茹科夫斯基线圈1a至安装在断路器内的过电流继电器40的噪声需要采用高水平屏蔽技术的屏蔽结构，从而增加断路器的成本。
下文中，将描述根据现有技术的另一个例子的中性极电路的保护设备的配置。
图2中示出的现有技术的另一个例子不同于图1中示出的现有技术的一个例子，在于没有茹科夫斯基线圈作为用于检测中性极电流的检测单元的断路器的制造商销售其中未安装有用于检测中性极电流的检测单元但用户自己安装了电流互感器的断路器，以及在于除了主要安装在过电流继电器40内的积分电路以外，还安装了微分电路部分40a。
这里，制造商销售没有用于检测中性极电流的检测单元的断路器的原因是，如果制造商直接制造或购买并安装用于检测中性极电流的检测单元来销售断路器，用于检测中性极电流的检测单元的成本因基本制造设施的投资和维护的成本而增加，从而使断路器的整体成本增加。与此同时，客户(作为购买用于检测中性极电流的检测单元的用户)可方便地在市场上以低成本购买电流互感器1，降低了整个断路器100的成本，并且因此，使购买者和用户与断路器制造商两方获益。
相电流检测器60仍配置为茹科夫斯基线圈，并且因此，用于恢复(补偿)茹科夫斯基线圈的90度相位延迟的积分电路部分在过电流继电器40内是必不可少的。
尤其是，当过电流或接地故障电流用继电器控制(检测后并且断开电路)，必不可少地应该恢复(或补偿)相位时，在过电流继电器40内设置有积分电路部分。
在电流互感器1，而不是茹科夫斯基线圈，安装作为用于检测中性极电流的检测单元的情况下，由于电流互感器1不具有微分特性，即，延迟相位90度的特性，过电流继电器40内的积分电路部分相反起作用以使中性极检测电流的相位超前90度，这可能导致过电流继电器40在检测过电流或接地故障电流以及断开电路时误动作。
因此，为了防止这种情况，在图2示出的现有技术中，在过电流继电器40内的积分电路部分的前面包括用于延迟中性极检测电流相位90度的微分电路部分40a。
然而，对于基于额定容量和功能的数百种类型的断路器的制造商来说，由于安装了未必会用到的在中性极电流检测中用于防止误动作的微分电路部分，根据断路器开发和制造数百种新的过电流继电器会是成本的巨大浪费。
另外，在安装了根据不同额定电流而具有不同容量的互感器1的情况下，可以另外使用具有不同内部分压电阻容量的额定值插头(rating plug)以使检测电流输出信号具有毫伏等级的容量(未显示)，但即使在这种情况下，仍需要准备数百种类型的额定值插头。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于断路器的中性极互感器模块，其能够最小化当从邻近于断路器的母线安装的电流检测单元传送电流检测信号至断路器的内部时所产生的外部噪声的影响，能够以低制造成本检测中性极电流，以及能够在无需改变现有的过电流继电器的构造或无需在现有的过电流继电器中安装另外的部件的情况下检测中性极电流。
本发明的另一个目的是提供一种用于断路器的中性极电流检测装置，其能够最小化当传送电流检测信号至断路器的内部时所产生的外部噪声的影响，能够以低制造成本检测中性极电流，以及能够在无需改变现有的过电流继电器的构造或无需在现有的过电流继电器中安装另外的部件的情况下检测中性极电流。
上述的本发明的目的可通过提供根据本发明的用于断路器的中性极互感器模块来实现，该用于断路器的中性极互感器模块连接有用于检测中性极电流的电流互感器，所述中性极互感器模块包括：
零相电流互感器，其配置为允许从电流互感器输出的中性极检测电流的传输线穿过其中并提供通过以预设比例减小中性极检测电流而获得的次级输出电流信号；
印刷电路板，其连接至所述零相电流互感器的输出端，配置为将所述次级输出电流信号转换成电压信号，并且对所转换的电压信号求微分且输出微分后的电压信号；以及
壳体，其由电绝缘体形成并包围所述零相电流互感器和所述印刷电路板。
而且，上述的本发明的另一个目的可通过提供用于断路器的中性极电流检测装置来实现，所述中性极电流检测装置包括：
电流互感器，其配置为检测电路中的中性极电路的电流并提供电流检测信号作为电流信号；
中性极互感器模块，其配置为包括零相电流互感器、负载电阻器和微分电路部分，所述零相电流互感器配置为接收由电流互感器检测到的中性极电路的电流检测信号并以预设比例减小来自电流互感器的电流检测信号且输出减小的电流检测信号；所述负载电阻器配置为将从零相位电流互感器输出的减小的电流检测信号转换成电压信号并提供转换后的电压信号；所述微分电路部分配置为对从负载电阻器提供的电压信号求微分并输出微分后的电压信号；以及
过电流继电器，其配置为包括积分电路部分和控制单元，所述积分电路部分配置为电连接至所述中性极互感器模块的输出端并对从中性极互感器模块输出的输出信号求积分以恢复由微分电路部分延迟的相位；所述控制单元配置为当通过积分电路部分接收到的取决于中性极电路的电流检测信号的电流值超过预设基准电流值时，输出用于断开断路器的触点的跳闸控制信号。
根据本发明的一个方案，印刷电路板包括：
负载电阻器，其配置为连接至所述零相电流互感器的输出端，将次级输出电流信号转换成电压信号，并提供所述电压信号；以及
微分电路部分，其配置为对所述电压信号求微分并输出微分后的电压信号。
根据本发明的另一个方案，壳体包括：
下封壳，其具有用于接纳零相电流互感器和印刷电路板在其中的下部和敞口的上部；以及
上盖，其连接至下封壳以覆盖下封壳的上部从而关闭或敞开下封壳。
根据本发明的又一方案，下封壳的上侧部和上盖的侧部一体地连接以形成当打开和关闭上盖时提供上盖的旋转支撑点的铰链部。
根据本发明的又一方案，下封壳具有多个形成于其外表面上的倾斜突起，该倾斜突起的高度向下增加，并且
上盖具有多个形成为对应于倾斜突起并被倾斜突起卡住以便在关闭上盖的状态下与倾斜突起连接的环部。
根据本发明的又一方案，为了允许中性极检测电流的传输线穿过其中，下封壳具有中空柱状部并且上盖具有通孔部。
根据本发明的又一方案，根据本发明的用于断路器的中性极电流检测装置进一步包括：
相电流检测器，其配置为茹科夫斯基线圈并设置成对应于AC三相以检测AC三相的电流，且配置为提供AC三相的电流作为电压信号；
磁跳闸设备，其配置为连接至所述相电流检测器的输出端、中性极互感器模块的输出端、和过电流继电器的输出端以提供来自相电流检测器的AC三相的电流检测信号，传送来自中性极互感器模块的输出信号，并输出机械触发信号至断路器的开关机构以响应于控制单元的跳闸控制信号而断开断路器的触点；以及
额定值插头，其配置为具有基于相位的分压电路部分和直接输入单元，所述基于相位的分压电路部分配置为对从磁跳闸设备提供的AC三相的电压信号的电压进行分流并将其供应给过电流继电器，所述直接输入单元配置为将基于从磁跳闸设备提供的中性极互感器模块的输出信号的电压直接传送至过电流继电器，并且连接至所述过电流继电器。
从下文中给出的本发明，本申请进一步的适用范围将变得更加显而易见。然而，应该可以理解的是，由于在本发明的精神和范围内的各种变化和修改从本发明中对本领域的技术人员来说将变得显而易见，所以仅仅通过说明的方式给出本发明和具体示例，而本发明和具体示例表示本发明的优选方案。
附图说明
所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，其包含在本说明书中且构成本说明书的一部分，附图中示了示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是示出根据现有技术的例子的中性极电路的保护设备的配置的视图；
图2是示出根据现有技术的另一个例子的中性极电路的保护设备的配置的视图；
图3是示出根据本公开的实施例的中性极电路的保护设备的配置的视图；
图4是示出根据本公开的实施例的中性极互感器模块安装在空气断路器中并已除去空气断路器的前板的状态的内部立体图；
图5A和图5B是示出根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块的外部配置的视图，其中，图5A是示出从上方观察上盖打开时的状态的立体图，而图5B是示出从下方观察上盖打开时的状态的立体图；
图6是示出根据本公开的实施例的断路器的中性极电流检测装置的电路配置的框图；
图7是示出根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块的电路配置的电路图；以及
图8是示出根据本公开的实施例的断路器的中性极电流检测装置中的额定值插头的相电流传送电路的配置的电路图。
具体实施方式
现在将参照附图给出示例性实施例的详细说明。为了简化参照附图的说明，相同或等同的部件将设置以相同的附图标记，并且将不再重复其说明。
将参照图3描述根据本公开的实施例的中性极电路的保护设备。
在图3中，附图标记2a、2b和2c，表示交流三相电力电路2的R相电力电路、S相电力电路、和T相电力电路以及附图标记3表示中性极(N相)电力电路。
在图3中，中性极电路的保护设备包括电流互感器1和断路器100。
电流互感器1，一种用于检测流过中性极(N相)电力电路3的中性极电流的装置，配置为根据本公开的实施例的输出例如大约5安培(A)的电流信号作为输出信号的电流互感器。这里，对于使用电流互感器1，而不是茹科夫斯基线圈，作为用于检测中性极电流的装置的原因是因为，普通的电流互感器1与茹科夫斯基线圈相比价格低廉，并且最重要的是，电流互感器1输出与电压信号相比没有噪声的影响的电流信号。同时，茹科夫斯基线圈输出电压信号作为电流检测输出信号，并且因此，易受通过断路器100的母线端引入的噪声的影响。
另外，关于电流互感器1，断路器的供应商(制造商和销售商)供应根据本公开的实施例的没有电流互感器1的断路器，使得断路器的购买者(用户)可在市场上以低成本购买电流互感器1。
根据本公开的实施例，断路器的购买者(用户)可被引导在市场上购买和安装具有例如约5安培(A)的输出电流信号的电流互感器作为电流互感器1。
如果断路器的制造商直接制造或购买并安装电流互感器1来出售断路器，电流互感器1的成本会由于基本制造设施的投资和维护的成本而增加，从而导致增加断路器的整体成本。因此，既然客户(作为用户的购买者)可轻易地在市场上以低成本购买电流互感器1，则整个断路器100的成本会降低，从而使购买者和用户与断路器制造商两方获益。
断路器100，是一种低压断路器，其配置为例如空气断路器(可缩写ACB)或塑壳断路器(可缩写MCCB)。
断路器100包括过电流继电器40，其是一种被操作以检测在电路中流动的电流量并当确定故障电流在电路中流动时切断电路的控制器。
过电流继电器40包括积分电路部分41，其将从相电流检测器60或用于中性极的电流互感器模块10中接收到的相电流或中性极电流检测信号的相位超前移相90度。
断路器100进一步包括用于三相的三对开关触点50、三个相电流检测器60、和用于中性极的电流互感器模块10。
每对开关触点50包括固定触点以及活动触点，所述活动触点具有电路闭合位置和电路断开位置，在所述电路闭合位置，活动触点与相应的固定触点接触以闭合每个相位的电力电路2，在所述电路断开位置，活动触点与相应的固定触点分离以断开各相的电力电路2。
三个相电流检测器60由提供与实际的电流相比90度相位延迟的检测信号作为通常以毫伏(mV)为单位的电压信号的茹科夫斯基线圈来配置。
用于中性极的电流互感器模块10接收来自电流互感器1的电流信号，并且由于相应的电流信号是对于过电流继电器40内的微处理器来说太大而无法处理的信号，所以用于中性极的电流互感器模块10将信号减小到例如1/2000的比例。用于中性极的电流互感器模块10将减小的电流信号转换成适合于微处理器处理的电压信号，并随后考虑到过电流继电器40的积分电路部分41相超前处理，基于微分法执行相位延迟处理。
在下文中将参照图4至图7描述用于中性极的电流互感器模块10用于操作的配置。
将参照图5描述根据本公开的实施例的断路器的用于中性极的电流互感器模块10的配置，图5示出根据本公开的实施例的断路器的用于中性极的电流互感器模块10的外部配置。
在图5A和图5B中，根据本公开的实施例的断路器的用于中性极的电流互感器模块10包括零相电流互感器(下文中简称为ZCT)13、印刷电路板(下文中简称为PCB)14，和壳体。
ZCT 13允许从电流互感器1输出的中性极检测电流的传输线穿过其中，并提供通过以预设比例减小中性极检测电流而获得的次级输出电流信号。
根据本公开的实施例，预设比例可以是1/2000，则由电流互感器1输出的约5安培的中性极检测电流减小为约2.5毫安，1/2000的电流信号，并输出。
ZCT 13包括铁心，其允许中性极检测电流的传输线穿过其中；和线圈，其缠绕铁心上并提供取决于流过中性极检测电流的传输线的电流所感应的感应电流。
ZCT 13的输出端连接至PCB 14，并且因此，将通过减小由ZCT13输出的中性极检测电流而获得的次级输出电流信号被传送至PCB 14。
PCB 14连接至ZCT 13的输出端，将次级输出电流信号转换成电压信号，对转换后的电压信号求微分、并将其输出。
来自PCB14的输出信号可通过信号线15和连接至信号线15的端部的连接器16传送至过电流继电器40。
在下文中将参照图7描述PCB 14的电路配置。
壳体是一种由电绝缘体形成的并接纳ZCT 13和PCB 14的装置。
所述壳体包括下封壳11和上盖12。
下封壳11具有用于接纳ZCT 13和PCB 14在其中的下部和敞口的上部。下封壳11形成为具有四边形横截面的盒状构件。
上盖12连接至下封壳11以覆盖下封壳11的上部从而关闭或敞开下封壳。
下封壳11的上侧部和上盖12的侧部一体地连接以形成当打开和关闭上盖12时提供上盖12的旋转支撑点的铰链部17。
下封壳11包括多个形成于其外表面上的倾斜突起11b，并且多个突起11b的突起高度向下增加。上盖12包括多个形成为对应于倾斜突起11b的环部12b。在上盖12关闭的状态下，多个环部12b可被倾斜突起11b卡住以便与倾斜突起11b连接。
根据本公开的实施例，在下封壳11的两侧表面上配备两个倾斜突起11b且在前表面上配备两个倾斜突起11b，并且因此，总共六个倾斜突起11b可设置在下封壳11上。此外，在上盖12的两侧表面上配备两个环部12b且在上盖12的前表面上配备两个环部12b，并且因此，共有六个环部12b可设置在上盖12上。
在下封壳11中，为了允许易于引出信号线15和连接器16，安装有PCB 14的一个上部的高度要高于另一个上部的高度，并且因此，在安装有PCB 14的一个上部和另一个上部之间形成台阶。因此，当上盖12覆盖并封闭下封壳11时，通孔沿下封壳11和上盖12之间的横向方向延伸形成并且具有与所述台阶的高度相等的高度，则信号线15和连接器16可通过所述通孔引出。
为了允许中性极检测电流的传输线(例如，信号线)穿过其中，下封壳11具有中空柱状部11a并且上盖12具有通孔部12a。
在壳体中，允许固定螺钉穿过其中并固定至断路器100的内部的多个固定螺钉用通孔部11c设置在下封壳11的下表面的两侧并从下封壳11的下表面向下延伸。
用于中性极的电流互感器模块10固定至断路器100的内部的状态可参照图4。
将参照图7描述根据本公开的实施例的PCB 14的电路配置。
PCB 14的电路包括负载电阻器18和微分电路部分19。
负载电阻器18连接至ZCT 13的输出端，将次级输出电流信号转换成电压信号，并提供转换后的电压信号。
微分电路部分19连接至负载电阻器18，对从负载电阻器18提供的电压信号求微分，并输出微分后的电压信号。因此，代表中性极电流量的电压信号在其相位已经延迟了例如90度的状态下输出。
微分电路部分19可包括电阻器R2a以及两个并联连接的电容器C1和电容器C2，而这里，可以仅设置有电容器C1。这里，当电容器C1和电容器C2配置为其容量误差率为1％或以下的精密电容器时，所述微分电路部分19可配置为使得其尺寸误差为1％或以下以及相位误差为2％或以下。
将参照图3至图8，特别是，主要参照图6描述根据本公开的实施例的断路器的中性极电流检测装置的配置。
参照图6，根据本公开的实施例的断路器的中性极电流检测装置可包括电流互感器1和断路器100内的中性极电流检测电路部分。
这里，电流互感器1检测电力电路中的中性极(N相)电力电路3的电流，并提供其作为电流信号。
如上所述，电流互感器1由根据本公开的实施例的用于输出具有例如约5安培(A)的电流信号作为输出信号的电流互感器来配置。这里，对于使用电流互感器1，而不是茹科夫斯基线圈，作为用于检测中性极电流的装置的原因是因为，电流互感器1输出同电压信号比较其几乎不受噪声的影响的电流信号。
另外，一旦安装了具有约5安培(A)输出的电流互感器1，就只有一种类型的根据本公开的实施例的用于中性极的电流互感器模块10能够一般地变换通常与断路器的类型和对应于断路器的外部终端单元的母线的尺寸无关的中性极电流。
此外，根据本公开的实施例，断路器的供应商(制造商和销售商)可提供没有电流互感器1的断路器，使得购买者(用户)可以在市场上以低成本购买电流互感器1。
断路器100内的中性极电流检测装置包括用于中性极的电流互感器模块10和过电流继电器40。
用于中性极的电流互感器模块10可包括ZCT 13、负载电阻器18、和微分电路部分19。
ZCT 13可接收由电流互感器1检测到的中性极电路的电流检测信号，根据预设比例(例如，比例1/2000)将来自电流互感器1的电流信号减小为具有2.5毫安(mA)的电流信号，并输出减小后的电流信号。
负载电阻器18连接至ZCT 13的输出端，将从ZCT 13输出的减小的电流信号转换成电压信号，并提供转换后的电压信号。
微分电路部分19包括电容器C1和电容器C2以及电阻器R2a，连接至负载电阻器18，对从负载电阻器18提供的电压信号求微分，并输出微分后的电压信号。微分电路部分19将从负载电阻器18提供的电压信号相延迟例如90度，并输出相延迟后的电压信号。
过电流继电器40是断路器100的控制器。过电流继电器40包括积分电路部分41和控制单元42。
积分电路部分可电连接至用于中性极的电流互感器模块10的输出端，并对从用于中性极的中性极互感器模块10输出的输出信号求积分以恢复已经由微分电路部分19延迟的相位，并提供积分后的输出信号给控制单元14。
由于积分电路部分41还接收除了中性极电流之外的AC 3相电流的检测信号，对所述信号积分，并输出积分后的信号，所以可防止由于相位延迟导致的用于过电流或接地故障电流的过电流继电器40误动作。
当根据通过积分电路部分41接收的中性极电路的电流检测信号的电流值超过预设基准电流值时，控制单元42输出断开断路器100的开关触点50的跳闸控制信号。控制单元42可配置为微处理器，其包括用于提供预先存储的处理程序或中间处理值的存储器和作为处理装置的中央处理器。
根据本公开的实施例，断路器100内的中性极电流检测装置可以进一步包括三个相电流检测器60、磁跳闸设备20、和额定值插头30。
三个相电流检测器60配置为茹科夫斯基线圈且配备以对应于三个AC相从而检测三个AC相(极)的电流，以及提供AC三相电力电路2的电流检测信号作为电压信号。
磁跳闸设备20可连接至相电流检测器60的输出端和用于中性极的电流互感器模块10的输出端，并可连接至额定值插头30的输入端。
磁跳闸设备20可具有连接至相电流检测器60的输出端的三个相连接终端单元和连接至用于中性极的电流互感器模块10的输出端的中性极连接终端单元22。
在图6中，磁跳闸设备20通过额定值插头30提供来自相电流检测器60的AC三相(AC三极)的电流检测信号给过电流继电器40，并通过额定值插头30传送来自用于中性极的电流互感器模块10的输出信号至过电流继电器40。
此外，响应于来自过电流继电器40的控制单元42的跳闸控制信号，磁跳闸设备20输出机械触发信号至断路器100的触点开关机构(图4的50a)以断开断路器100的开关触点50。
磁跳闸设备20的具体的配置和操作可参照由本申请的申请人登记的登记号为KR10-0854387B1和KR10-1212213B1的韩国专利。
如图4所示，额定值插头30可安装在过电流继电器40的下部并电连接到过电流继电器40上。额定值插头30和过电流继电器40的连接配置的细节可参照由本申请的申请人提交的公布号为KR20-2012-0001883U的韩国实用新型。
用于提供AC三相电流检测信号给过电流继电器40及提供来自用于中性极的电流互感器模块10的输出信号给过电流继电器40的额定值插头30的电路配置可参照图8。
如图8所示，额定值插头30具有用于R相的分压电阻器R2和R3、用于S相的分压电阻器R12和R13、用于T相的分压电阻器R22和R23和直接输入单元，所述用于R相的分压电阻器R2和R3对从相电流检测器60之中的R相电流检测器输入的电压信号分压并提供分压后的电压信号给过电流继电器40，所述用于S相的分压电阻器R12和R13对从相电流检测器60之中的S相电流检测器输入的电压信号分压并提供分压后的电压信号给过电流继电器40，所述用于T相的分压电阻器R22和R23对从相电流检测器60之中的T相电流检测器输入的电压信号分压并提供分压后的电压信号给过电流继电器40，所述直接输入单元(请参照图8中附图标记为10的在输入端的右侧没有电阻器的电路线部分)按原样传送取决于来自中性极互感器模块的输出信号的电压至过电流继电器40。
将参照图3至图8描述根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置的操作。
电流互感器1检测电力电路的中性极电流并传送具有例如5安培(A)电平的电流信号至用于中性极的电流互感器模块10。根据本公开的方案，中性极电流的检测信号是电流信号，并且因此，当中性极电流的检测信号从对应于断路器100的电源和负载的终端单元的母线传送至断路器100内的用于中性极的电流互感器模块10时，中性极电流的检测信号很少受外界噪声的影响(即，它不失真)。
然后，在图7中用于中性极的电流互感器模块10的ZCT 13减小来自电流互感器1的5安培(A)电平的电流信号为其的1/2000，即，约2.5毫安(mA)电平的电流信号并将次级输出电流信号传送至负载电阻器18。
用于中性极的电流互感器模块10的负载电阻器18将从ZCT 13输出的次级输出电流信号转换成电压信号，并传送转换后的电压信号至微分电路部分19。
然后，用于中性极的电流互感器模块10的微分电路部分19对从负载电阻器18提供的电压信号求微分并输出微分后的电压信号，并且这里，微分电路部分19将从负载电阻器18提供的电压信号相延迟例如90度，并输出相延迟后的电压信号。
从用于中性极的电流互感器模块10输出的电压信号在90度相延迟之后通过磁跳闸设备20和额定值插头30传送至过电流继电器40。
传送至过电流继电器40的电压信号通过积分电路部分41积分并从90度相延迟状态恢复为原始状态。
此后，当通过积分电路单元41接收到的取决于中性极电路的电流检测信号，即，恢复后的电压信号的中性极电流值超过预设基准电流值时，过电流继电器40的控制单元42输出用于断开开关触点50的跳闸控制信号。
相应的跳闸控制信号传送至磁跳闸设备20，并且响应于来自控制单元42的跳闸控制信号，磁跳闸设备20输出机械触发信号至断路器100的触点开关机构(请参照图4的附图标记50a表示的部分)来断开断路器100的开关触点50。由于根据触点开关机构50a的驱动断开开关触点50，所以电路断开(跳闸)，并且因此，断路器100保护所连接的电力电路、负载设备等免受当出现大于中性极故障电流的电流时的电气故障的损坏。
如上所述，由于根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置使用输出电流信号的互感器，作为中性极电流检测装置，从断路器的外部的母线传送至断路器的内部的电流检测信号是电流信号，而不是电压信号，从而获得最小化外部噪声影响的效果。
因为根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置使用相对于茹科夫斯基线圈来说价格低廉、由用户可以很容易在市场上购买并安装，且输出预定电平的输出电流量(例如，5安培)的电流互感器，因为将来自电流互感器的大电流信号转换成小信号(例如，转换比例为1/2000)的ZCT和为通过过电流的积分电路部分相移做准备的微分电路部分都配置在中性极互感器模块中，而不是配置在过电流继电器中，进一步因为单一类型的中性极互感器模块一般为取决于各种不同额定电量的各种不同断路器而配置，所以可配置非常经济的断路器的中性极互感器模块和非常经济的中性极电流检测装置。
在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置中，由于将来自电流互感器的大电流信号转换成小信号的ZCT以及为通过过电流继电器的积分电路部分相移做准备的微分电路部分都配置在中性极互感器模块中，而不是配置在过电流继电器中，因此无需改变现有的过电流继电器的构造或无需在现有的过电流继电器中安装另外的部件就能够检测中性极电流。
在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置中，由于中性极互感器模块可配置为通常用于具有各种容量的各种断路器和各种额定值插头的单一类型模块，所以可简化额外的配置和维护。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置中，中性极互感器模块可配置为具有约31毫米的宽度、35毫米的长度、和22毫米的高度的小尺寸，可以简化其在断路器中的额外的安装和维护。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块和中性极电流检测装置中，由于中性极互感器模块包括ZCT、PCB、和包围(或容纳)ZCT和PCB的壳体，用于减小由互感器检测到的中性极电流检测信号的电流大小、将电流转换成电压信号、对所转换的电压信号求微分并输出微分后的电压信号给过电流继电器的中间转换装置可以设置成易于安装在断路器中并允许简单维护的模块的形式。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块中，由于壳体包括下封壳和上盖，ZCT和PCB可容纳在下封壳内并由上盖覆盖，由此形成易于操纵和组装简单的模块。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块中，由于下封壳的一个侧部和上盖的一个侧部一体地连接以形成铰链部，所以当打开和关闭上盖时，不需要另外的的铰链构件且可提供上盖的旋转支撑点。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块中，由于下封壳具有多个形成于其外表面上的高度向下增加的倾斜突起，且上盖具有多个形成为对应于倾斜突起并由倾斜突起卡住以便在上盖关闭的状态下与倾斜突起连接的环部，所以可以稳定地保持上盖通过多个倾斜突起和多个环部之间的连接来关闭下封壳的状态。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块中，由于下封壳具有中空柱状部并且上盖具有通孔部，所以可允许中性极电流检测信号的传输线穿过中空柱状部和通孔部，围绕柱状部安装的ZCT能够将中性极电流检测信号转换成小电流信号。
另外，在根据本公开的实施例的断路器的中性极互感器模块中，由于壳体具有多个固定螺钉用通孔部，所以固定螺钉可穿过相应的固定螺钉用通孔部来紧固从而固定中性极互感器模块至断路器的内部。
根据本公开的实施例的断路器的中性极电流检测装置进一步包括：相电流检测器，其配置为设置对应于AC三相来检测AC三相(极)的电流的茹科夫斯基线圈，并配置为提供AC三相(极)的电流作为电压信号；磁跳闸设备，其配置为连接至相电流检测器的输出端和中性极互感器模块的输出端以提供来自相电流检测器的AC三相(极)的电流检测信号，传送来自中性极互感器模块的输出信号，并输出机械触发信号至断路器的触点开关机构以响应于来自控制单元的跳闸控制信号而断开断路器的触点；以及额定值插头，其配置为具有分压电路部分和直接输入单元，所述分压电路部分配置为对由磁跳闸设备提供的AC三相(极)的电压信号的电压进行分压并提供电压给过电流继电器，所述直接输入单元配置为按原样将取决于从磁跳闸设备提供的中性极互感器模块的输出信号的电压传送至过电流继电器且连接至过电流继电器。因此，可检测除了中性极之外的三个相(极)的电流，可输出响应于作为磁跳闸设备的控制单元的跳闸控制信号的机械触发信号至触点开关机构以实行跳闸操作来断开触点，并且可按原样将取决于中性极互感器模块的输出信号的电压传送至过电流继电器。
前述实施例和优点仅为示例性的而不应当解释为限制本公开。本教导能够易于应用于其他类型的装置。本说明书旨在示例性的，而不是限制权利要求的范围。许多可选方案、改进和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。这里说明的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特性可以各种方式组合以获得另外的和/或可选的示例性实施例。
由于可以在不偏离其特点的情况下以多种形式来实施本特征，还应当理解的是，除非另外指出，上述实施例不受前述说明书的任一细节所限制，而是应当在如所附权利要求限定的范围内被宽泛地解释，因此落在权利要求的边界和界限或者这些边界和界限的等同布局内的全部改变和改进因而旨在被所附的权利要求所包含。

Claims (8)

1.用于断路器的中性极互感器模块，连接有用于检测中性极电流的电流互感器，其中，所述断路器包括过电流继电器，所述过电流继电器包括积分电路部分和控制单元，所述中性极互感器模块包括：
零相电流互感器，其配置为允许从所述电流互感器输出的中性极检测电流的传输线穿过其中并提供通过以预设比例减小所述中性极检测电流而获得的次级输出电流信号；
印刷电路板，其连接至所述零相电流互感器的输出端，配置为将所述次级输出电流信号转换成电压信号，并对转换后的电压信号求微分且输出微分后的电压信号；以及
壳体，其由电绝缘体形成并包围所述零相电流互感器和所述印刷电路板。
2.根据权利要求1所述的中性极互感器模块，其中，所述印刷电路板包括：
负载电阻器，其配置为连接至所述零相电流互感器的输出端，将所述次级输出电流信号转换成电压信号，并提供所述电压信号；以及
微分电路部分，其配置为对所述电压信号求微分并输出微分后的电压信号。
3.根据权利要求1所述的中性极互感器模块，其中，所述壳体包括：
下封壳，其具有用于接纳所述零相电流互感器和所述印刷电路板在其中的下部和敞口的上部；以及
上盖，其连接至所述下封壳以覆盖所述下封壳的上部从而关闭或敞开所述下封壳。
4.根据权利要求3所述的中性极互感器模块，其中，所述下封壳的上侧部和所述上盖的侧部一体地连接以形成当打开和关闭所述上盖时提供所述上盖的旋转支撑点的铰链部。
5.根据权利要求3所述的中性极互感器模块，其中，所述下封壳具有多个形成于其外表面上的倾斜突起，所述倾斜突起的高度向下增加，并且
所述上盖具有多个形成为对应于所述倾斜突起并被所述倾斜突起卡住以便在所述上盖关闭的状态下与所述倾斜突起连接的环部。
6.根据权利要求3所述的中性极互感器模块，其中，为了允许所述中性极检测电流的传输线穿过其中，所述下封壳具有中空柱状部并且所述上盖具有通孔部。
7.用于断路器的中性极电流检测装置，其特征在于，所述中性极电流检测装置包括：
电流互感器，其配置为检测电路中的中性极电路的电流并提供电流检测信号作为电流信号；
中性极互感器模块，其配置为包括零相电流互感器、负载电阻器和微分电路部分，所述零相电流互感器配置为接收由所述电流互感器检测到的所述中性极电路的所述电流检测信号并以预设比例减小来自所述电流互感器的所述电流检测信号且输出减小后的电流检测信号，所述负载电阻器配置为将从所述零相电流互感器输出的减小后的电流检测信号转换成电压信号并提供转换后的电压信号，所述微分电路部分配置为对从所述负载电阻器提供的所述电压信号求微分并输出微分后的电压信号；以及
过电流继电器，其配置为包括积分电路部分和控制单元，所述积分电路部分配置为电连接至所述中性极互感器模块的输出端并且对从所述中性极互感器模块输出的输出信号求积分以恢复由所述微分电路部分延迟的相位，所述控制单元配置为当通过所述积分电路部分接收到的取决于所述中性极电路的所述电流检测信号的电流值超过预设基准电流值时，输出用于断开所述断路器的触点的跳闸控制信号。
8.根据权利要求7所述的中性极电流检测装置，进一步包括：
相电流检测器，其配置作为茹科夫斯基线圈并设置成对应于AC三相以检测AC三相的电流，且配置为提供所述AC三相的电流作为电压信号；
磁跳闸设备，其配置为连接至所述相电流检测器的输出端、所述中性极互感器模块的输出端，和所述过电流继电器的输出端以提供来自所述相电流检测器的AC三相的电流检测信号，传送来自所述中性极互感器模块的输出信号，并输出机械触发信号至所述断路器的开关机构以响应于来自所述控制单元的跳闸控制信号而断开所述断路器的触点；以及
额定值插头，其配置为具有基于相位的分压电路部分和直接输入单元，所述基于相位的分压电路部分配置为分开从所述磁跳闸设备提供的AC三相的电压信号的电压并将其提供给所述过电流继电器，所述直接输入单元配置为将基于从所述磁跳闸设备提供的所述中性极互感器模块的所述输出信号的电压直接传送至所述过电流继电器，并且连接至所述过电流继电器。
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