CN202453448U - 一种故障报警指示装置 - Google Patents

Abstract

一种故障报警指示装置，包括：一个面板指示器、三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器，其中，三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器都与面板指示器相连接，且每个相序故障电流传感器和零序故障电流传感器都包括一无骨架式罗氏线圈。本实用新型解决了在电缆系统改造、升级、增容项目的施工中，传统的短路故障和接地故障报警指示器的磁通量线性不稳定，且现场需要较大的安装空间导致施工难度增加的问题。

Description

一种故障报警指示装置

技术领域

本实用新型涉及一种电器设备，尤其涉及一种故障报警指示装置。

背景技术

长期以来，故障报警指示器是电力系统中很重要的一个二次设备，该故障电流报警主要分为：相间短路故障电流报警(以下简称：短路故障)和单相对地短路故障电流报警(以下简称：接地故障)两种报警功能。短路故障传感器和接地故障传感器从外形上是一样的。主要是内部针对故障电流的测量范围等级不同。

短路故障传感器：在中压配网供电系统中单相电流一般不会超过800A至1000A所以短路故障传感器的阈值电流设置在大于800A；也就是说当单相电流超过阈值电流800A，传感器就会发出报警信号。当然阈值电流可以根据线路最大额定电流进行设定，如：400A、500A、600A、800A、900A、1000A以及更高的阈值电流需求。

接地故障传感器：在中压配网供电系统中中性点的电流一般很小范围在几十安培级所以接地故障传感器的阈值电流设置在大于60A；也就是说当零序电流超过阈值电流60A，传感器就会发出报警信号。如短路故障传感器设置一样接地故障传感器的阈值也可以根据现场需求进行出厂设置。

传统的短路故障传感器和接地故障传感器的电磁通路均是由金属卡璜、金属连接片和紧固螺丝构成。这样的结构并不利于电磁场在其导磁介质中形成稳定的电磁回路，因为在整个导磁回路中存在了至少两种截面积的导磁介质和至少两个甚至更多的接触面，这些都是影响磁通量的重要因素。再有金属卡璜如果太松更会影响电流测量效果反之过紧也会给现场安装带来了不便，因为安装现场并不会给故障电流传感器预留出充足的安装空间，也就是说不可能使用弹簧卡钳进行金属卡璜的安装，而只能用手掰开金属卡璜使之固定在电缆上。

总之，传统的相序故障电流传感器和零序故障电流传感器无论是从磁通量线性稳定的角度还是从现场快捷安装均已经没有了优势。反而使得现场的施工难度增加。

因此，当前需要一种新的故障报警指示装置结构的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种故障报警指示装置，解决了在电缆系统改造、升级、增容项目的施工中，传统的短路故障和接地故障报警指示器的磁通量线性不稳定，且现场需要较大的安装空间导致施工难度增加的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种故障报警指示装置，包括：一个面板指示器、三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器，其中，三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器都与面板指示器相连接，且每个相序故障电流传感器和零序故障电流传感器都包括一无骨架式罗氏线圈。

进一步地，上述故障报警指示装置还可包括：所述面板指示器包括依次连接的滤波电路单元、模拟积分电路单元、整定值比较电路单元和光纤驱动电路单元，其中滤波电路的输入端连接所述三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器中无骨架式罗氏线圈。

进一步地，上述故障报警指示装置还可包括：所述三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器的外壳为全阻燃塑料外壳。

进一步地，上述故障报警指示装置还可包括：所述三个相序故障电流传感器的外壳的颜色分别为三种不同颜色。

与现有技术相比，本实用新型的故障报警指示装置，所需的安装空间比使用传统故障指示器节省了30％以上，降低了由于柜体内空间限制给安装施工带来的难度；安装所需时间比使用传统故障指示器节省了50％以上的时间而且不需要特殊的专用工具从而进一步给现场施工带来了便捷，降低了部分现场施工费用。并且在设备运行准确度方面由于采用0.1％o级高精度集成电路进行信号处理，使得设备整体综合准确度比传统设备至少提高了5％。

附图说明

图1是本实用新型的故障报警指示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的故障报警指示装置(即短路故障和接地故障指示装置)从总体结构上可分为：面板指示器、三个短路故障传感器、一个接地故障传感器和若干辅助通讯线缆(辅助通讯线缆可以为光纤导线)。(其中，短路故障传感器即相序故障电流传感器，接地故障传感器即零序故障电流传感器)。本实用新型的故障报警指示装置的内部磁电转换原理、传感器外形特征以及安装形式与传统的故障报警指示器有着很大的不同，通过以下三个方面进行详细说明：

内部磁电转换原理以及所使用的器件：故障电流传感器(短路故障传感器和接地故障传感器统称为故障电流传感器)内部磁电转换元件采用的是无骨架式罗氏线圈(即：空心线圈)，该器件可以采集包括橡胶、环氧树脂以至于空气等非金属导体内部所形成的微弱电磁信号并将此微弱磁信号已接近于完美的线性特性转换成感应电动势，当然该电动势也相当的微弱；当一次主电流为100A的情况下线圈两端的电动势为3.3mV并且按照这个比例线性变化，即：k＝I_1N/E_AB＝100/3.3*10^-3；根据此倍率可以轻松地计算出任何一次电流强度下的罗氏线圈两端的电动势。而且由于此罗氏线圈由于采用无骨架式设计，所以还避免了由于金属导磁材料自身特性所产生的磁通量饱和的现象，换句话说无骨架式罗氏线圈不会出现由于磁饱和所出现的感应电动势畸变现象，这使得它的输出信号线性化成为可能。

由于其弱电信号所以要配合后续的模拟增益、滤波、以及逐级比较驱动电路使其信号避除外界干扰杂波并且得到线性放大后和阀值电位进行实时对比。当一次线路出现故障电流，在模拟比较器输出端就会出现高电位，以此比较器输出端的高电位信号作为光纤驱动电路的控制基准，最后驱动光纤发射器发出故障报警信号。

由此可见，根据此项磁电转换原理和匹配电路使得短路故障传感器和接地故障传感器可以统一板型设计，统一、标准化、量化生产，而针对不同级别的故障电流只是调整其匹配电路中的一个偏置电位器就可以实现了。

传感器外形特征：由于故障传感器内部采用了无骨架式罗氏线圈作为一次电流采集单元，所以传统故障传感器上的金属卡璜、卡圈固定支架包括导磁铁心就已经被取替了。因为从现有的电磁回路原理中根本就不需要这些金属导磁器件了，所以此传感器从外形特征上取消了这些金属导磁部分，就显得更加干净、简洁。而且全阻燃塑料外壳还避免了金属元件在磁场中所产生的自感效应。并且阻燃塑料外壳可采用黄绿红三色封装，更加直观标注了三相相序色差，同时也使得其外观更加美观。

安装方式：故障传感器由于取消了金属卡璜和固定支架所以针对其安装所需的安装空间可以说只是在于其传感器自身的体积大小和自身重量，因为取消了所有可能的金属部件，所以故障传感器自重仅局限于几十克级，面对如此轻巧的传感器其安装固定器件仅仅需要一根尼龙轧带就可以实现其固定的需求了，而且尼龙轧带的长度可以根据电缆的外径随意选配。

如图1所示，本实用新型的故障报警指示装置，包括：一个面板指示器101、三个相序故障电流传感器(三个相序故障电流传感器，图1中分别为102、103和104)和一个零序故障电流传感器105。其中，三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器都与面板指示器相连接，且每个相序故障电流传感器和零序故障电流传感器都包括一无骨架式罗氏线圈。还可包括若干辅助通讯线缆用于连接相应设备(辅助通讯线缆可以为光纤导线)。

其中，所述面板指示器包括依次连接的滤波电路单元、模拟积分电路单元、整定值比较电路单元和光纤驱动电路单元，其中滤波电路的输入端连接所述三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器中无骨架式罗氏线圈，即滤波电路的输入端得到各电流传感器采集的电流信号并进行滤波处理，滤波电路的输出端将滤波处理后的信号发送给模拟积分电路单元。

其中，所述三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器的外壳为全阻燃塑料外壳。

其中，所述三个相序故障电流传感器的外壳的颜色分别为三种不同颜色。外壳的颜色可采用黄绿红三色封装，更加直观标注了三相相序色差，同时也使得其外观更加美观。

其中，本实用新型采用无骨架式罗氏线圈(又名：空心线圈)作为一次电流磁场采集单元，并由该线圈通过磁电转换原理生成二次感应电动势。二次感应电动势的势能可以根据以下公式进行推算：

k＝I_1N/EAB

k：系数30.3X10³

I_1N：一次电流强度，                单位：安培(A)

E_AB：单个罗氏线圈器件两端的电动势，单位：伏特(V)

罗氏线圈的主要特点是：二次感应电动势可以根据以上的公式线形推算；即：如果一次电流为600A，那么二次感应电动势强度为：

$k=\frac{I_{1N}}{E_{\mathrm{AB}}}$

$E_{\mathrm{AB}}=\frac{I_{1N}}{k}$

$E_{\mathrm{AB}}=\frac{600}{30.3X{10}^3}$

E_AB＝0.0198(V)＝19.8X10^-3(V)＝19.8(mV)

由此得知，单个罗氏线圈两端的感应电动势为19.8mV。

滤波电路单元：采用RC带通滤波器，可以滤除47Hz至63Hz正弦信号以外的杂波信号；通过此电路可以屏蔽高频的脉冲静电干扰信号，直流信号，至于寄生在工频段的二次谐波也可根据此电路进行伏值的衰减，由此保证工频段正弦波输入信号的纯净和稳定程度；

模拟积分电路单元：采用单电低功耗运算放大器搭建的模拟积分电路，根据运放的模拟积分运算功能进行信号选择性判断。通过该电路将输入端的二次谐波进行规整、平滑，在输出端形成一个相对平稳的正弦工频电压信号；

整定值比较电路单元：采用单电低功耗运算放大器搭建一个比较器电路，根据运放的信号比较特性对输入的正弦工频电压信号进行选择性判断。当被比较电压有效值低于预设阀值电位时输出端为低电平，当该信号电压超过预设阀值电位输出端进行电位翻转，最后通过该电路的施密特触发器输出端对电位翻转时的翻转沿进行规整后为光纤驱动电路提供一个弱电数字式脉冲信号；

光纤驱动电路单元：将运放提供的弱电数字式脉冲报警信号进行放大处理驱动发光二极管完成报警信号的显示功能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种故障报警指示装置，其特征在于，包括：一个面板指示器、三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器，其中，三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器都与面板指示器相连接，且每个相序故障电流传感器和零序故障电流传感器都包括一无骨架式罗氏线圈。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述面板指示器包括依次连接的滤波电路单元、模拟积分电路单元、整定值比较电路单元和光纤驱动电路单元，其中滤波电路的输入端连接所述三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器中无骨架式罗氏线圈。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三个相序故障电流传感器和一个零序故障电流传感器的外壳为全阻燃塑料外壳。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三个相序故障电流传感器的外壳的颜色分别为三种不同颜色。