CN203103107U - 剩余电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种剩余电流互感器，包括：磁芯组件、线圈组件和屏蔽组件，线圈组件环绕于矩形的磁芯组件外表面；所述线圈组件包括试验线圈和测量线圈，此测量线圈位于试验线圈外侧并环绕于磁芯组件外表面，测量线圈由沿第一方向缠绕的左侧分绕组线圈、沿第二方向缠绕的右侧分绕组线圈、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的上侧分绕组线圈、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的下侧分绕组线圈组成；并联连接的左侧分绕组线圈和右侧分绕组线圈位于并联连接的两个上侧分绕组线圈与并联连接的两个下侧分绕组线圈之间。本实用新型剩余电流互感器能够抑制了屏蔽组件的饱和度，降低测量误差，提高断路器的可靠性。

Description

剩余电流互感器

技术领域

本实用新型涉及断路器领域，具体涉及一种剩余电流互感器。

背景技术

目前常见的剩余电流互感器大多使用具有均匀电磁场的环形骨架及线圈，此类剩余电流互感器一般用于电流规格相对较小的塑壳断路器。而对于框架断路器，由于内部空间有限，同时考虑到在运行大电流时母线产生较高的温升、电气绝缘以及安装方便等因素，框架断路器用剩余电流互感器一般安装于断路器外部且外形为矩形。传统的剩余电流互感器是测量线圈均匀地绕在磁芯组件上，如图1所示。这样在实际工作中，由于产生假的剩余电流，导致断路器控制器采样到足够大的假的剩余电流而引起断路器的误动作。产生假的剩余电流的因素有如下几种：

(1)一次载流导体在铁芯窗口中的位置不居中或到各边距离不相同, 或者二次绕组在铁芯上分布不均匀，这些都可能造成磁路不对称，导致磁路局部饱和，在二次绕组中生成假的剩余电流；

(2) 由于母线安装空间的限制，在剩余电流互感器较近处弯曲，使母线中电流的磁场方向发生改变，特别是母线中电流很大时（例如大于六倍额定电流）时，在剩余电流互感器附近会产生较大的杂散磁场，破坏整个磁场的对称性，使剩余电流互感器的磁路局部饱和，在二次绕组中生成假的剩余电流；

(3) 剩余电流互感器附近有大电流导体或铁磁物质均会产生假的剩余电流。因为大电流导体所产生的磁场或铁磁物质所形成的磁分路，都会破坏整个磁场的对称性，从而产生假的剩余电流。

发明内容

本实用新型目的是提供一种剩余电流互感器，此剩余电流互感器能够抑制屏蔽杂散磁场的干扰，减小假的剩余电流值，提高断路器工作的可靠性。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种剩余电流互感器，包括：磁芯组件、线圈组件和屏蔽组件，线圈组件环绕于矩形的磁芯组件外表面，所述屏蔽组件包括平衡绕组线圈和屏蔽环，磁芯组件和线圈组件位于屏蔽环的屏蔽腔内，平衡绕组线圈环绕于屏蔽环外表面。

所述线圈组件包括试验线圈和测量线圈，此测量线圈位于试验线圈外侧并环绕于磁芯组件外表面，测量线圈由沿第一方向缠绕的左侧分绕组线圈、沿第二方向缠绕的右侧分绕组线圈、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的上侧分绕组线圈、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的下侧分绕组线圈组成；并联连接的左侧分绕组线圈和右侧分绕组线圈位于并联连接的两个上侧分绕组线圈与并联连接的两个下侧分绕组线圈之间；所述两个上侧分绕组线圈之间的接点作为输出端，所述两个下侧分绕组线圈之间的接点作为输出端。

上述技术方案中进一步改进的技术方案如下：

1、上述方案中，所述平衡绕组线圈由并联连接的左侧平衡分绕组线圈和右侧平衡分绕组线圈，此左侧平衡分绕组线圈沿第二方向缠绕，此右侧平衡分绕组线圈沿第一方向缠绕。

2、上述方案中，所述测量线圈各分绕组线圈长度基本相同。

3、上述方案中，所述磁芯组件由磁芯、铝合金保护盒和上盖组成，磁芯位于由铝合金保护盒和上盖组成的腔体内。

4、上述方案中，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向；或者，所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

5、上述方案中，所述屏蔽环的屏蔽腔由外屏蔽环、内屏蔽环、下屏蔽环和上屏蔽环组成。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

本实用新型剩余电流互感器减小外部干扰，进而改善测量误差。测量线圈分为基本相同的六段，如图2所示。线圈15与16、17与18、21与22分别匝数、绕线规格相同但绕向相反。线圈15、17、21绕向相同。线圈16、18、22绕向相同。

在实际工作中，剩余电流互感器一般会受到邻近大电流磁场的干扰，如图4所示。邻近电流Iw磁场产生的杂散磁通经剩余电流互感器的A处进入，B处流出，铁芯中的杂散磁通Φ2、Φ2′方向相反。邻近电流Iw产生的杂散磁通在测量线圈产生感应电流IO′的等效示意图如图5所示，三对线圈15与16、17与18、21与22分别感应生成电流Ix与Ix′、Iy与Iy′、Iz与Iz′，由于三对线圈分别匝数、绕线规格相同，但绕向相反，所以Ix与Ix′、Iy与Iy′、Iz与Iz′分别大小基本相等但方向相反，最终得到IO′= Ix+Ix′= Iy+Iy′=Iz+Iz′≈0，也就是说上述测量线圈的绕线方式可以屏蔽邻近电流Iw产生的杂散磁通干扰。

同时，实际工作中的母线位置如图7所示。当母线中的电流I1、I2幅值很大时，在靠近剩余电流互感器处会形成很大的磁场，由于安装空间的影响，穿过剩余电流互感器的母线在距剩余电流互感器较近处弯曲，使母线中电流的磁场方向发生改变，破坏剩余电流互感器附近整个磁场的对称性，产生了较大的杂散磁场，杂散磁场会导致剩余电流互感器磁路的局部饱和，使二次线圈感应出电动势，从而产生假的剩余电流，使脱扣器误动作。

为了避免上述情况，在剩余电流互感器外增加屏蔽环13，屏蔽环13包裹住测量线圈铁芯组件10的上下、内外面，如图8所示。当I1、I2中的电流值很大时，产生的杂散磁场由于屏蔽环的屏蔽作用，不会导致剩余电流互感器磁路的局部饱和，进而产生假的剩余电流。然而，当剩余电流互感器穿过的大电流I1、I2至上万安培甚至更高时，产生的杂散磁场将非常大，一方面由于剩余电流互感器安装空间的限制，另一方面由于成本的考虑（理论上屏蔽环越厚屏蔽效果越好），因此使用有限厚度屏蔽环的剩余电流互感器在穿过的大电流I1、I2至上万安培甚至更高时，屏蔽环饱和不能完全将产生的杂散磁场屏蔽，导致剩余电流互感器磁路的局部饱和，进而产生假的剩余电流使脱扣器误动作。因此为了延缓屏蔽环的饱和趋势，在屏蔽环外层绕制了两组平衡绕组线圈19与20，如图9所示。平衡绕组线圈19与20左右对称绕制，匝数、绕线规格相同，绕向相反，并联连接，组成平衡绕组11。平衡绕组11和屏蔽环13组成屏蔽组件14。

在杂散磁场的干扰下，平衡绕组线圈19与20虽然匝数相同绕向相反，理论上在同一磁场中感应的电动势数值相等方向相反正好抵消，但是由于杂散磁场方向错落无章，导致平衡绕组线圈19与20感应的电动势并不能完全抵消，在两组线圈中感应生成一定的电流，根据楞次定律，处于磁场中的导线会感应电流，且感应电流的磁场与原磁场的方向相反，平衡一部分外来磁势，同时也有效延缓了屏蔽环的饱和趋势，屏蔽环基本将产生的杂散磁场屏蔽掉，使内部的测量绕组免受外部杂散磁场的干扰产生假的剩余电流。另外，由于平衡绕组线圈19与20匝数相同绕向相反，当遇到真正的剩余电流即I1+I2=Id时，在平衡绕组线圈19与20内感应的电动势数值相等方向相反完全抵消，故线圈中不会感应生成电流，也就不会感应磁场抵消真正的剩余电流产生的磁场，进而影响测量绕组的测量精度。

附图说明

图1为现有技术测量线圈示意图；

图2为本实用新型的测量线圈示意图；

图3为本实用新型的测量线圈绕组等效示意图；

图4为干扰示意图；

图5为干扰等效示意图；

图6为理想状态的剩余电流互感器示意图；

图7为杂散磁场产生示意图；

图8带屏蔽环的互感器示意图

图9为本实用新型的屏蔽罩上绕线圈的互感器示意图

图10为本实用新型的互感器的截面示意图；

图11为本实用新型剩余电流互感器结构示意图。

以上附图中：1、外屏蔽环；2、下屏蔽环；3、内屏蔽环；4、铝合金保护盒；5、磁芯；6、上盖；7、上屏蔽环；8、测量线圈；9、试验线圈；10、磁芯组件；11、平衡绕组线圈；12、线圈组件；13、屏蔽环；14、屏蔽组件；15、上左侧分绕组线圈；16、上右侧分绕组线圈；17、侧左侧分绕组线圈；18、侧右侧分绕组线圈；19、左侧平衡分绕组线圈；20、右侧平衡分绕组线圈，21、下左侧分绕组线圈；22、下右侧分绕组线圈。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种剩余电流互感器，包括：磁芯组件10、线圈组件12和屏蔽组件14，线圈组件12环绕于矩形的磁芯组件10外表面，所述屏蔽组件14包括平衡绕组线圈11和屏蔽环13，磁芯组件10和线圈组件12位于屏蔽环13的屏蔽腔内，平衡绕组线圈11环绕于屏蔽环13外表面；

所述线圈组件12包括试验线圈9和测量线圈8，此测量线圈8位于试验线圈9外侧并环绕于磁芯组件10外表面，测量线圈8由沿第一方向缠绕的左侧分绕组线圈15、沿第二方向缠绕的右侧分绕组线圈16、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的上侧分绕组线圈17、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的下侧分绕组线圈18组成；并联连接的左侧分绕组线圈15和右侧分绕组线圈16位于并联连接的两个上侧分绕组线圈17与并联连接的两个下侧分绕组线圈18之间；所述两个上侧分绕组线圈17之间的接点作为上侧输出端，所述两个下侧分绕组线圈18之间的接点作为下侧输出端。

上述平衡绕组线圈11由并联连接的左侧平衡分绕组线圈19和右侧平衡分绕组线圈20组成，此左侧平衡分绕组线圈19沿第二方向缠绕，此右侧平衡分绕组线圈20沿第一方向缠绕。

上述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向；或者，所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

如图2所示。测量线圈分为基本相同的六段。线圈15与16、17与18、21与22分别匝数、绕线规格相同但绕向相反，Φ1为被测剩余电流Id产生的磁通，L1、L2为测量线圈的输出端，接采样电阻。测量线圈的等效示意图如图3所示。被测剩余电流Id通过磁场感应在测量线圈感应生成的电流IO=Ia+Ia′=Ib+Ib′=Ic+Ic′。正常测量时L1、L2两端接采样电阻，感应电流IO流经采样电阻产生电压压降，供后级电路处理。当剩余电流互感器受到邻近大电流Iw磁场的干扰时，如图4所示，邻近电流Iw磁场产生的杂散磁通经剩余电流互感器的A处进入，B处流出，铁芯中的杂散磁通Φ2、Φ2′方向相反。邻近电流Iw产生的杂散磁通在测量线圈产生感应电流IO′的等效示意图如图5所示，三对线圈15与16、17与18、21与22分别感应生成电流Ix与Ix′、Iy与Iy′、Iz与Iz′，由于三对线圈分别匝数、绕线规格相同，但绕向相反，所以Ix与Ix′、Iy与Iy′、Iz与Iz′分别大小基本相等但方向相反，最终得到IO′= Ix+Ix′= Iy+Iy′=Iz+Iz′≈0，也就是说上述测量线圈的绕线方式可以屏蔽邻近电流Iw产生的杂散磁通干扰。在实际绕线时，由于矩形转角处到中心电流Id处的距离最大，所以转角处的磁场最弱，我们一般通过在转角处线圈绕的密些的方式来进行补偿。

上述磁芯组件10由磁芯5、铝合金保护盒4和上盖6组成，磁芯5位于由铝合金保护盒4和上盖6组成的腔体内。

剩余电流互感器的截面如图10，剩余电流互感器结构图11所示。磁芯5通过一定的热处理工艺后装于铝合金保护盒4内，盖上盖6后用黄腊带密绕，组成磁芯组件10。在磁芯组件10上先绕试验线圈9，在试验线圈9上绕一层黄腊带后，绕制测量线圈8，每段的匝数及距离相同，绕法见图2，其外用黄腊带密绕，组成线圈组件12。外屏蔽环1、内屏蔽环3，下屏蔽环2组成屏蔽腔，腔内放入带磁芯组件的线圈组件12，再盖上上屏蔽环7，密绕黄腊带。在屏蔽环外绕平衡绕组11，平衡绕组11圈数与测量线圈圈数相关，平衡绕组用扁平漆包线要满足正常工作时绕组上电流≤4A/mm2，平衡绕组线圈绕一定匝数后短接。

当I1、I2中的电流值很大时，产生的杂散磁场由于屏蔽环的屏蔽作用，不会导致剩余电流互感器磁路的局部饱和，进而产生假的剩余电流。然而，当剩余电流互感器穿过的大电流I1、I2至上万安培甚至更高时，产生的杂散磁场将非常大，一方面由于剩余电流互感器安装空间的限制，另一方面由于成本的考虑（理论上屏蔽环越厚屏蔽效果越好），因此使用有限厚度屏蔽环的剩余电流互感器在穿过的大电流I1、I2至上万安培甚至更高时，屏蔽环饱和不能完全将产生的杂散磁场屏蔽，导致剩余电流互感器磁路的局部饱和，进而产生假的剩余电流使脱扣器误动作。因此为了延缓屏蔽环的饱和趋势，在屏蔽环外层绕制了两组平衡绕组线圈19与20，如图9所示。平衡绕组线圈19与20左右对称绕制，匝数、绕线规格相同，绕向相反，组成平衡绕组11。平衡绕组11和屏蔽环13组成屏蔽组件14。

在杂散磁场的干扰下，平衡绕组线圈19与20虽然匝数相同绕向相反，理论上在同一磁场中感应的电动势数值相等方向相反正好抵消，但是由于杂散磁场方向错落无章，导致平衡绕组线圈19与20感应的电动势并不能完全抵消，在两组线圈中感应生成一定的电流，根据楞次定律，处于磁场中的导线会感应电流，且感应电流的磁场与原磁场的方向相反，平衡一部分外来磁势，同时也有效延缓了屏蔽环的饱和趋势，屏蔽环基本将产生的杂散磁场屏蔽掉，使内部的测量绕组免受外部杂散磁场的干扰产生假的剩余电流。另外，由于平衡绕组线圈19与20匝数相同绕向相反，当遇到真正的剩余电流即I1+I2=Id时，在平衡绕组线圈19与20内感应的电动势数值相等方向相反完全抵消，故线圈中不会感应生成电流，也就不会感应磁场抵消真正的剩余电流产生的磁场，进而影响测量绕组的测量精度。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种剩余电流互感器，其特征在于：包括：磁芯组件（10）、线圈组件（12）和屏蔽组件（14），线圈组件（12）环绕于矩形的磁芯组件（10）外表面，所述屏蔽组件（14）包括平衡绕组线圈（11）和屏蔽环（13），磁芯组件（10）和线圈组件（12）位于屏蔽环（13）的屏蔽腔内，平衡绕组线圈（11）环绕于屏蔽环（13）外表面； 

所述线圈组件（12）包括测量线圈（8），此测量线圈（8）环绕于磁芯组件（10）外表面，测量线圈（8）由沿第一方向缠绕的左侧分绕组线圈（15）、沿第二方向缠绕的右侧分绕组线圈（16）、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的上侧分绕组线圈（17）、两个分别沿第一方向和第二方向缠绕的下侧分绕组线圈（18）组成，上述第一方向和第二方向相反；并联连接的左侧分绕组线圈（15）和右侧分绕组线圈（16）联接于并联连接的两个上侧分绕组线圈（17）与并联连接的两个下侧分绕组线圈（18）之间；所述两个上侧分绕组线圈（17）之间的接点作为上侧输出端（L1），所述两个下侧分绕组线圈（18）之间的接点作为下侧输出端（L2）。

2.根据权利要求1所述的剩余电流互感器，其特征在于：所述平衡绕组线圈（11）由并联连接的左侧平衡分绕组线圈（19）和右侧平衡分绕组线圈（20），此左侧平衡分绕组线圈（19）沿第二方向缠绕，此右侧平衡分绕组线圈（20）沿第一方向缠绕。

3.根据权利要求1所述的剩余电流互感器，其特征在于：所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向；或者，所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

4.根据权利要求1或2所述的剩余电流互感器，其特征在于：所述测量线圈（8）各分绕组线圈长度基本相同。

5.根据权利要求1或2所述的剩余电流互感器，其特征在于：所述磁芯组件（10）由磁芯（5）、铝合金保护盒（4）和上盖（6）组成，磁芯（5）位于由铝合金保护盒（4）和上盖（6）组成的腔体内。

6.根据权利要求1或2所述的剩余电流互感器，其特征在于：所述屏蔽环（13）的屏蔽腔由外屏蔽环（1）、内屏蔽环（3）、下屏蔽环（2）和上屏蔽环（7）组成。

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