CN205103362U - 一种剩余电流互感器 - Google Patents

Abstract

一种剩余电流互感器，属于低压电器技术领域。包括非晶合金环形磁芯；绕制在所述的环形磁芯上且引出有漆包线抽头的绕组；用于容纳环形磁芯和绕组的环形屏蔽壳；具有电路处理单元且与绕组电连接的环形线路板；以及用于容纳所述的环形屏蔽壳和线路板的环形绝缘外壳。优点：能同时对交直流剩余电流进行测量，具有自检功能，抗干扰能力强，使用方便，并且可直接输出剩余电流采样信号。

Description

一种剩余电流互感器

技术领域

本实用新型属于低压电器技术领域，具体涉及一种剩余电流互感器。

背景技术

剩余电流互感器用于检测一次线路中的剩余电流，一般采用空心式环形互感器。安装时，把三相四线一次回路全部穿过电流互感器来检测一次回路中电流的矢量和。当三相电路中发生电击事故、设备漏电、接地故障或三相对地泄露电流不平衡时，通过剩余电流互感器的电流矢量和不为零，剩余电流互感器采集剩余电流，配合脱扣装置实现电路的断电保护。随着电力电子技术的发展，变频器、逆变器、UPS等设备的应用日益广泛，这些设备发生漏电故障时产生的剩余电流不再只是工频正弦交流电流，而是会出现高频交流电流甚至平滑直流电流。

当剩余电流中含有直流电流分量或复杂波形电流分量时，传统的AC型和A型剩余电流互感器由于不能准确感应出剩余电流信号而无法适用。为了在出现上述交直流剩余电流时有效保护人员和设备的安全，就需要采用对交直流敏感的B型剩余电流动作断路器，该种断路器对1000Hz及以下的正弦交流剩余电流、脉动直流剩余电流以及三相供电时的平滑直流剩余电流均能提供保护。市场上检测交直流电流的互感器主要基于霍尔原理或磁调制原理制成，其中，霍尔电流互感器极易受到外界磁场、环境的干扰，不适用于B型剩余电流的保护，因此，在检测交直流剩余电流方面，目前普遍采用的是磁调制电流互感器，它常被用于检测平滑直流或低频交流（如工频交流）剩余电流。但是，为了满足B型剩余电流动作断路器的使用要求，目前通用的技术是采用磁调制原理和电磁感应原理相结合的方法来测量交直流剩余电流。例如，有一种方案是在一个电流互感器中设置两个磁芯绕组，其中一个磁芯绕组用于测量直流剩余电流，另一个磁芯绕组用于测量交流剩余电流，该种互感器结构复杂，体积大，成本高。又如，另一种方案是采用一个磁芯绕组，并在其后设置直流采样电路和交流采样电路，分别用于对直流和交流两种剩余电流进行采样，该种互感器存在两种采样电路相互配合的问题，设计复杂，实现困难。

鉴于上述已有技术，有必要对现有的剩余电流互感器的结构加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种剩余电流互感器，能同时对交直流剩余电流进行测量，可直接输出剩余电流采样信号，并且具有自检功能，抗干扰能力强，使用方便。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种剩余电流互感器，其特征在于：包括非晶合金环形磁芯；绕制在所述的环形磁芯上且引出有漆包线抽头的绕组；用于容纳环形磁芯和绕组的环形屏蔽壳；具有电路处理单元且与绕组电连接的环形线路板；以及用于容纳所述的环形屏蔽壳和线路板的环形绝缘外壳。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的绕组包括用于检测剩余电流的第一绕组和用于自检的第二绕组。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的环形屏蔽壳包括内屏蔽层、外屏蔽层以及第一、第二侧面屏蔽层，其中内屏蔽层和外屏蔽层为卷制成环状的硅钢片，并且外屏蔽层同轴套设在内屏蔽层的外侧，第一、第二侧面屏蔽层由圆环形硅钢片层叠构成，并且彼此平行面对面设置在内、外屏蔽层的高度方向的上方及下方而与内、外屏蔽层构成一屏蔽壳容腔。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的第一侧面屏蔽层或第二侧面屏蔽层上开设有漆包线抽头引出孔，用于引出所述的绕组的漆包线抽头。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的第一绕组引出第一漆包线抽头，所述的第二绕组引出第二漆包线抽头，所述的第一漆包线抽头及第二漆包线抽头均与线路板连接。

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述的电路处理单元包括激磁振荡电路、信号处理电路以及自检电路，所述的激磁振荡电路与第一绕组连接；所述的信号处理电路与激磁振荡电路连接；所述的自检电路与第二绕组连接。

在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的线路板具有电源输入引出端、第二采样信号输出引出端以及自检触发输入引出端，所述的电源输入引出端连接电源，所述的第二采样信号输出引出端连接信号处理电路，所述的自检触发输入引出端连接自检电路。

本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：能同时对交直流剩余电流进行测量，具有自检功能，抗干扰能力强，使用方便，并且可直接输出剩余电流采样信号。

附图说明

图1为本实用新型的结构分解图。

图2为本实用新型的整体结构示意图。

图3为本实用新型所述的激磁振荡电路的电原理图。

图4为本实用新型所述的信号处理电路的电原理图。

图5为本实用新型所述的自检电路的电原理图。

图中：1.环形磁芯；2.绕组、21.第一绕组、211.第一漆包线抽头、22.第二绕组、221.第二漆包线抽头；3.环形屏蔽壳、31.内屏蔽层、32.外屏蔽层、33.第一侧面屏蔽层、34.第二侧面屏蔽层、35.漆包线抽头引出孔、36.屏蔽壳容腔；4.环形线路板、41.引出端；5.环形绝缘外壳、51.母线让位孔、52.内壳体、53.外壳容腔。

具体实施方式

申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1和图2，本实用新型涉及一种剩余电流互感器，包括非晶合金环形磁芯1；绕制在所述的环形磁芯1上且引出有漆包线抽头的绕组2；用于容纳环形磁芯1和绕组2的环形屏蔽壳3；具有电路处理单元且与绕组2电连接的环形线路板4；以及用于容纳所述的环形屏蔽壳3和线路板4起保护作用的环形绝缘外壳5。所述的非晶合金环形磁芯1上配置有绝缘外壳，但也可以缠绕一层绝缘材料。所述的绕组2包括用于检测剩余电流的第一绕组21和用于自检的第二绕组22。所述的第一绕组21和第二绕组22均采用单芯漆包线，两者均匀密绕在所述的带有绝缘外壳的环形磁芯1上。所述的第一绕组21引出第一漆包线抽头211，所述的第二绕组22引出第二漆包线抽头221，所述的第一漆包线抽头211及第二漆包线抽头221均与线路板4连接。在本实施例中，第一绕组21绕制150匝，第二绕组22绕制30匝。

所述的环形屏蔽壳3由高导磁率合金材料的硅钢片组成，用于屏蔽因周围大电流引起的干扰磁场。所述的环形屏蔽壳3包括内屏蔽层31、外屏蔽层32以及第一、第二侧面屏蔽层33、34，其中内屏蔽层31和外屏蔽层32为卷制成环状的硅钢片，并且外屏蔽层32同轴套设在内屏蔽层31的外侧，第一、第二侧面屏蔽层33、34由圆环形硅钢片层叠构成，并且彼此平行面对面设置在内、外屏蔽层31、32的高度方向的上方及下方而与内、外屏蔽层31、32构成一屏蔽壳容腔36。所述的绕制有绕组2的环形磁芯1容纳在该屏蔽壳容腔36内，内部通过绝缘胶粘剂粘固。所述的第一侧面屏蔽层33或第二侧面屏蔽层34上开设有漆包线抽头引出孔35，用于引出第一漆包线抽头211及第二漆包线抽头221。所述的漆包线抽头引出孔35可以为一个引出孔，同时引出第一漆包线抽头211及第二漆包线抽头221两个抽头；也可以为两个引出孔，分别引出第一漆包线抽头211及第二漆包线抽头221。

所述的线路板4为环形线路板，其通过绝缘胶粘剂粘固于开设有漆包线抽头引出孔35的第一侧面屏蔽层33或第二侧面屏蔽层34的背向屏蔽壳容腔36的一侧。在本实施例中，所述的漆包线抽头引出孔35开设在第一侧面屏蔽层33上。第一漆包线抽头211及第二漆包线抽头221穿过漆包线抽头引出孔35后分别焊接在线路板4上且对应漆包线抽头引出孔35的部位。所述的线路板4上的电路处理单元包括激磁振荡电路、信号处理电路以及自检电路。所述的激磁振荡电路与第一绕组21连接，用于向第一绕组21施加激磁振荡信号并获得第一采样信号；所述的信号处理电路与激磁振荡电路连接，用于对第一采样信号进行处理，输出与被测剩余电流成比例的第二采样信号；所述的自检电路与第二绕组22连接，用于产生自检模拟剩余电流，实现互感器的自检功能。

所述的环形绝缘外壳5在中间开设一用于将互感器安装到被保护线路的母线上的母线让位孔51，环形外壳5在壳体上且围绕所述的母线让位孔51的四周构成一内壳体52。所述的内壳体52的外壁与环形外壳5的内壁之间构成一外壳容腔53，所述的环型屏蔽壳3和线路板4通过绝缘胶粘剂灌封于该外壳容腔53内，并且在线路板4上设置一引出端41引出至环形绝缘外壳5外。所述的引出端41包括电源输入引出端、第二采样信号输出引出端以及自检触发输入引出端，所述的电源输入引出端连接电源，所述的第二采样信号输出引出端连接信号处理电路，所述的自检触发输入引出端连接自检电路。

请参阅图3，所述的激磁振荡电路包括电阻R1～电阻R4、运算放大器N1B以及三极管V1、三极管V2，所述的运算放大器N1B采用OPA2134，所述的三极管V1为NPN管，所述的三极管V2为PNP管，所述的电阻R1为采样电阻。运算放大器N1B的5脚与电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与三极管V1的发射极以及三极管V2的发射极连接，并共同连接所述的第一绕组21的一端，三极管V1的基极和三极管V2的基极共同连接运算放大器N1B的7脚，运算放大器N1B的6脚连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，并共同连接第一绕组21的另一端，三极管V1的集电极连接+VCC直流电源，三极管V2的集电极连接-VCC直流电源，电阻R3的另一端和电阻R1的另一端共同接地。

该激磁振荡电路连接第一绕组21，通过采样电阻R1获得第一采样信号。激磁振荡电路与第一绕组21形成自激振荡，得到激磁振荡信号。所述的剩余电流互感器由于需要测量最高达到1000Hz的信号，因此激磁振荡频率要远大于1000Hz，在本实施例中将激磁振荡频率设置为6000Hz。此处，由采样电阻R1获得的第一采样信号中包含有与剩余电流成正比的采样信号分量以及来自激磁振荡信号的采样信号分量，而要检测剩余电流就需要将与剩余电流成正比的采样信号分量进行分离，为此就需要在激磁振荡电路后设置一信号处理电路，所述的信号处理电路的主要作用就是滤除第一采样信号中的来自激磁振荡信号的采样信号分量。

请参阅图4，所述的信号处理电路由两个二阶低通滤波电路串联构成，其中的一个二阶低通滤波电路包括电阻R5～电阻R8、电容C1、电容C2以及运算放大器N2A，另一个二阶低通滤波电路包括电阻R9～电阻R12、电容C3、电容C4以及运算放大器N2B，所述的运算放大器N2A及运算放大器N2B采用OPA2134。电阻R5的一端连接所述的激磁振荡电路中的电阻R1的一端，接收所述的第一采样信号，电阻R5的另一端与电阻R6的一端以及电容C1的一端连接，电阻R6的另一端与电容C2的一端以及运算放大器N2A的3脚连接，运算放大器N2A的2脚与电阻R7的一端以及电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器N2A的1脚、电容C1的另一端以及电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端以及电容C3的一端连接，电阻R10的另一端与电容C4的一端以及运算放大器N2B的5脚连接，运算放大器N2B的6脚与电阻R11的一端以及电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器N2A的7脚以及电容C3的另一端连接，并共同连接所述的第二采样信号输出引出端，输出第二采样信号，电阻R7的另一端、电阻R11的另一端、电容C2的另一端以及电容C4的另一端共同接地。

所述的低通滤波电路在滤除来自激磁振荡信号的采样信号分量的同时，也使剩余电流采样信号分量中的各频率成分有了不同程度的衰减，且频率越高，衰减越大。在本实施例中，通过合理设置信号处理电路的滤波参数，可使输出的第二采样信号满足B型剩余电流动作断路器在不同频率下的剩余动作电流要求。

请参阅图5，所述的自检电路包括电阻R13、电阻R14以及三极管V3，所述的三极管V3为NPN管。电阻R14的一端连接所述的自检触发输入引出端，电阻R14的另一端连接三极管V3的基极，三极管V3的集电极连接第二绕组22的一端，第二绕组22的另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接+VCC直流电源，三极管V3的发射极接地。当自检触发输入引出端输入为高电平时，三极管V3导通，使第二绕组22上产生一个电流，该电流能够模拟剩余电流，从而被第一绕组21检测到。

综上所述，本实用新型提供的技术方案克服了已有技术中的欠缺，达到了发明目的，体现了申请人所述的技术效果。

Claims (7)

1.一种剩余电流互感器，其特征在于：包括非晶合金环形磁芯(1)；绕制在所述的环形磁芯(1)上且引出有漆包线抽头的绕组(2)；用于容纳环形磁芯(1)和绕组(2)的环形屏蔽壳(3)；具有电路处理单元且与绕组(2)电连接的环形线路板(4)；以及用于容纳所述的环形屏蔽壳(3)和线路板(4)的环形绝缘外壳(5)。

2.根据权利要求1所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的绕组(2)包括用于检测剩余电流的第一绕组(21)和用于自检的第二绕组(22)。

3.根据权利要求1所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的环形屏蔽壳(3)包括内屏蔽层(31)、外屏蔽层(32)以及第一、第二侧面屏蔽层(33、34)，其中内屏蔽层(31)和外屏蔽层(32)为卷制成环状的硅钢片，并且外屏蔽层(32)同轴套设在内屏蔽层(31)的外侧，第一、第二侧面屏蔽层(33、34)由圆环形硅钢片层叠构成，并且彼此平行面对面设置在内、外屏蔽层(31、32)的高度方向的上方及下方而与内、外屏蔽层(31、32)构成一屏蔽壳容腔(36)。

4.根据权利要求3所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的第一侧面屏蔽层(33)或第二侧面屏蔽层(34)上开设有漆包线抽头引出孔(35)，用于引出所述的绕组(2)的漆包线抽头。

5.根据权利要求2所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的第一绕组(21)引出第一漆包线抽头(211)，所述的第二绕组(22)引出第二漆包线抽头(221)，所述的第一漆包线抽头(211)及第二漆包线抽头(221)均与线路板(4)连接。

6.根据权利要求2所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的电路处理单元包括激磁振荡电路、信号处理电路以及自检电路，所述的激磁振荡电路与第一绕组(21)连接；所述的信号处理电路与激磁振荡电路连接；所述的自检电路与第二绕组(22)连接。

7.根据权利要求6所述的一种剩余电流互感器，其特征在于所述的线路板(4)具有电源输入引出端、第二采样信号输出引出端以及自检触发输入引出端，所述的电源输入引出端连接电源，所述的第二采样信号输出引出端连接信号处理电路，所述的自检触发输入引出端连接自检电路。