CN202363233U - 一种电流互感器及断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流互感器。本实用新型的电流互感器包括与一次回路耦合连接的闭合铁芯，以及至少一个绕制在所述闭合铁芯上的二次线圈，所述闭合铁芯上有至少一个凹槽，使凹槽处铁芯的截面积小于所述闭合铁芯的平均磁路截面积。当一次侧电流较小时，凹槽不产生影响，互感器通过电磁感应在二次线圈中感生出小电流，给接在二次线圈上的负载正常供电；当一次侧电流较大时，凹槽处的磁通先达到饱和，此时闭合铁芯的磁路相当于开了气隙，提高了抗饱和能力，从而可在更大的电流范围内工作。且随一次侧电流的增加，二次侧电流的变化较平稳，可以为负载提供时间更长、更稳定的电能供应。本实用新型还公开了一种使用上述电流互感器的断路器。

Description

一种电流互感器及断路器

技术领域

本实用新型涉及一种电流互感器，尤其涉及一种为电子部件提供能量的电流互感器。 

背景技术

电流互感器是依据电磁感应原理进行电流转换的部件，广泛应用在电力系统中，起变流和电气隔离的作用。电流互感器由闭合铁芯和绕组组成，绕组包括一次侧和二次侧绕组，一次侧绕组串接在一次回路中，二次侧绕组串接在负载回路中。根据用途可大致分为测量用电流互感器、保护用电流互感器，取能用电流互感器等。 

电子式断路器用电流互感器一般要同时完成电流检测和为电子部件供电的任务，目前大多数断路器产品中采用一只电流互感器来同时完成上述两项功能。采用单电流互感器尚存在一些问题：在电流较小时，因供电能量不足导致电子部件无法正常工作；当电流较大时，如超过10倍额定电流，则由于互感器铁芯饱和使采样电流的波形发生畸变，从而产生线性失真，可能引起电子部件对运行状态的误判断，导致断路器发生误动或拒动。为解决单电流互感器存在的缺陷，新一代断路器采用双电流互感器技术，即融合了用于供电的取能电流互感器和用于测量的空心电流互感器，这样可以实现较小一次电流到极大短路电流的精确测量。但是双电流互感器中的取能用电流互感器也存在两个主要问题：1，取能用电流互感器利用电磁感应原理，将一次侧大电流变成二次侧小电流为断路器的电子部件供电。由于电子部件的消耗是稳定的或者变化很小，所以随着一次侧电流的增大，互感器提供的多余能量将由电子部件和互感器本身来消耗，这样在一次侧电流较大时互感器会出现严重的发热问题。2，当一次侧电流较大时，例如在短路的情况下，互感器的铁芯会饱和，磁通量不再变化，此时二次侧绕组会产生幅值很高的窄脉冲电压，导致电子部件的电源电路取能的时间很短，不能获取到足够的能量，影响对电子部件的供电。 

常用的限制二次侧电流过大的方法是在闭合铁芯的磁路中开一个气隙，但开气隙的闭合铁芯电感降低过多，只能在较大的一次测电流下工作，当一次侧电流较小时，二次侧提供的电能不足以使负载电子部件正常工作。一份中国实用新型专利申请（申请号为200910176191.6，申请日为2009-09-25，公开号为CN101685725A，公开日为2010-03-31）公开了一种限制二次侧电流过大的方法，该方案通过互感器铁芯加磁分路的形式来分流大电流情况下的磁通，但上述专利的铁芯形状复杂、加工比较困难。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、加工方便的电流互感器，该电流互感器能在较大范围的一次测电流条件下正常工作，且在一次侧电流过大时能有效抑制二次侧电流的过快增长，增加电子部件的取能时间，避免互感器过热的安全隐患。 

本实用新型的电流互感器采用以下技术方案： 

一种电流互感器，包括与一次回路耦合连接的闭合铁芯，以及至少一个绕制在所述

闭合铁芯上的二次线圈，所述闭合铁芯上有至少一个凹槽，使凹槽处铁芯的截面积小于所述闭合铁芯的平均磁路截面积。

进一步地，所述闭合铁芯上有至少两个凹槽。 

根据本实用新型构思，还可得到一种断路器如下： 

一种断路器，包括用于给断路器中其它电子部件供能的电流互感器，所述电流互感器，包括与一次回路耦合连接的闭合铁芯，以及至少一个绕制在所述闭合铁芯上的二次线圈，所述闭合铁芯上有至少一个凹槽，使凹槽处铁芯的截面积小于所述闭合铁芯的平均磁路截面积。

    采用上述技术方案，当一次侧电流较小时，凹槽不产生影响，互感器通过电磁感应在二次线圈中感生出小电流，给接在二次线圈上的电子部件（即负载）正常供电；当一次侧电流较大时，由于凹槽处截面积较小，凹槽处的磁通先达到饱和，此时闭合铁芯的磁路相当于开了气隙，提高了抗饱和能力，从而可在更大的电流范围内工作。且随一次侧电流的增加，二次侧电流的变化较平稳，可以为负载提供时间更长、更稳定的电能供应。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型与现有技术的磁化曲线对比示意图；

图3为本实用新型第一实施例中闭合铁芯的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例中闭合铁芯的结构示意图；

图5为本实用新型第三实施例中闭合铁芯的结构示意图；

图6为本实用新型第四实施例中闭合铁芯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明： 

本实用新型的电流互感器，包括与一次回路耦合连接的闭合铁芯，以及至少一个绕制在所述闭合铁芯上的二次线圈，所述闭合铁芯上有至少一个凹槽，使凹槽处铁芯的截面积小于所述闭合铁芯的平均磁路截面积。

由于具有制作简单、磁路均匀的优点，目前电流互感器多采用圆环形铁芯。因此此处以圆环形铁芯为例来说明本实用新型技术实质和有益效果，以使公众能更容易地充分了解本实用新型，并不是对本实用新型技术方案的限制，本实用新型的技术方案可采用任何形状的闭合铁芯。 

本实用新型的电流互感器如附图1所示，包括与一次回路1耦合连接的圆环形闭合铁芯2，以及绕制在闭合铁芯2上的二次线圈3，闭合铁芯2为叠片式铁芯，其上有一个凹槽21，凹槽21使该处的铁芯磁路截面积小于闭合铁芯2的平均磁路截面积。二次线圈3与负载连接，根据电磁感应原理，电流互感器将一次侧大电流变成二次侧小电流提供给断路器的电子部件使用。在一次侧电流较小时，在给定负载条件和铁芯参数（如材料特性、磁路有效截面积、有效磁路长度、有效体积等参数，这些参数均可从铁芯生产厂家得到）的情况下，电流互感器的二次绕组感应电压与其匝数有关，因此可根据给定负载条件和铁芯参数选择合适的线圈匝数来获得电子部件最小的启动电流。在一次侧电流较大时，铁芯内部的磁通逐步增大，由于凹槽处铁芯的磁路截面积小于平均磁路截面积，此处的磁通密度大于铁芯其它部分，当一次侧电流增大到一定程度时，凹槽处的铁芯首先达到饱和，此处的部分铁芯失去铁磁性，其磁导率可近似看做与空气的磁导率相同，而其它部分铁芯仍未饱和，相当于在原闭合磁路中开了一个气隙。此时该闭合铁芯的有效磁导率大幅下降，但仍能够随一次侧电流变化产生感应电流，提供负载所需电能。这种方法实质上就是控制了电流互感器磁路的等效磁导率，使铁芯在一次侧大电流情况下不易饱和，输出的高幅值窄脉冲电压波形有所变化，取能时间增加。达到限制脉冲电压幅值、增加取能时间的目的，使得在10倍额定电流的情况下互感器仍能为电子部件提供能量。凹槽的大小可以根据基本电磁理论计算及实验得到。 

当凹槽沿磁路方向的长度较大时，会有部分磁力线逸散开来，产生漏磁通，较多的漏磁通会降低互感器的能量转换效率，并对电路中及周边的电子部件产生电磁干扰。为解决该问题，可以用两个以上长度较小的凹槽替代。所述凹槽大小可以相同，也可以不同。所述各凹槽沿闭合铁芯磁路方向均匀分布；或者，所述凹槽为偶数个，且沿垂直于所述闭合铁芯磁路方向对称分布。图3—图6显示了本实用新型的电流互感器中闭合铁芯的几种结构。图3中的闭合铁芯为圆环形，其圆周的一侧对称地开有两个相同大小的凹槽。图4中的闭合铁芯为圆环形，其圆周的两侧分别对称地开有两个相同大小的凹槽。图5中的闭合铁芯的外圆周上均匀分布有四个凹槽。图6中的闭合铁芯的内圆周上均匀分布有四个凹槽。 

本实用新型中的闭合铁芯可以使用现有的叠片式闭合铁芯、卷绕支撑的铁芯、压制成型的铁芯或者由至少两个开路铁芯连接而成的铁芯等，其上的凹槽可以通过后续加工得到，也可通过设计的专用模具随铁芯一起成形。 

为了验证本实用新型的有益效果，将一个开凹槽的铁芯和一个不开凹槽的铁芯作对比试验。试验采用两个圆环形铁芯，两个铁芯材料均为热轧硅钢片DR530，两个铁芯尺寸相同，外径为34mm，内径为26 mm，高为20 mm，其中一个铁芯上开有4个深为10mm、宽度为2mm的凹槽。两个铁芯上绕制相同的线圈，其中一次侧线圈匝数为1匝，二次线圈匝数为2100匝。逐步增大一次侧电流并测量铁芯的磁感应强度，分别得到两个铁芯的磁化曲线，如附图2所示，其中，曲线1为无凹槽的铁芯的等效磁化曲线，曲线2为有凹槽铁芯的等效磁化曲线。从曲线1可以看出，不开凹槽的铁芯在一次侧小电流情况下磁感应强度迅速增加，在达到500A以后铁芯饱和，磁感应强度增加缓慢，在4000A电流情况下铁芯严重饱和，此时磁感应强度已经基本不变，二次侧输出高幅值窄脉冲电压波形，互感器已经无法取得足够能量。从曲线2可以看出，开有凹槽的铁芯在一次测小电流情况下磁感应强度较迅速地增加，在200A左右由于凹槽处的铁芯饱和，所以曲线出现一个较明显的拐点，在这个拐点之后由于铁芯无凹槽处仍未饱和，所以磁感应强度在很大的电流范围内较为平稳的增加，增加的速度明显小于铁芯局部饱和（即图中的拐点处）前的增加速度。只要互感器在一次侧小电流情况下能够输出足够的能量达到电子部件的启动要求，那么这种较缓慢的磁感应强度的增加是有益的。 

Claims (10)

1.一种电流互感器，包括与一次回路耦合连接的闭合铁芯，以及至少一个绕制在所述闭合铁芯上的二次线圈，其特征在于，所述闭合铁芯上有至少一个凹槽，使凹槽处铁芯的截面积小于所述闭合铁芯的平均磁路截面积。

2.如权利要求1所述电流互感器，其特征在于，所述闭合铁芯上有至少两个凹槽。

3.如权利要求2所述电流互感器，其特征在于，所述凹槽大小相同。

4.如权利要求2所述电流互感器，其特征在于，所述各凹槽沿闭合铁芯磁路方向均匀分布。

5.如权利要求2所述电流互感器，其特征在于，所述凹槽为偶数个，且沿垂直于所述闭合铁芯磁路方向对称分布。

6.如权利要求1—5任一项所述电流互感器，其特征在于，所述闭合铁芯为圆环形。

7.如权利要求1—5任一项所述电流互感器，其特征在于，所述闭合铁芯为叠片式铁芯。

8.如权利要求1—5任一项所述电流互感器，其特征在于，所述闭合铁芯为卷绕制成。

9.如权利要求1—5任一项所述电流互感器，其特征在于，所述闭合铁芯由至少两个开路铁芯连接而成。

10.一种断路器，包括用于给断路器中其它电子部件供能的电流互感器，其特征在于，所述电流互感器为权利要求1所述电流互感器。

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