ES2833413T3 - Method of manufacturing a current transformer core - Google Patents

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Abstract

Un método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente, que comprende: el paso de proporcionar un elemento de núcleo formado por enrollamiento o ubicación en capas de una cinta de aleación amorfa con base en Fe cuyo espesor no sea superior a 15 μm y que pueda convertirse en nanocristales; un paso de tratamiento térmico de campo longitudinal que incluye calentar el elemento de núcleo a no menos de una temperatura de cristalización y dentro del intervalo de 510 °C a 600 °C durante 5 minutos a 24 horas en la presencia de un campo magnético de no menos de 100 A/m aplicados en una dirección de trayectoria magnética del elemento de núcleo, formando así un núcleo; y un paso de tratamiento térmico de campo transversal que incluye, después del paso de tratamiento térmico de campo longitudinal, calentar el núcleo a una temperatura inferior a la temperatura de cristalización y a no menos de 200 °C durante 20 minutos a 120 minutos en la presencia de un campo de no menos de 80 kA/m aplicado en una dirección perpendicular a la dirección de la trayectoria magnética del núcleo, formando así un núcleo de transformador de corriente, donde μr(25) se ajusta mediante el paso de tratamiento térmico de campo transversal a un valor entre 0.4×μr(máx)(25) y 0.9×μr(máx)(25) y μr(25)>=4×105 donde μr(máx)(T) es μr(T) logrado por el paso de tratamiento térmico de campo longitudinal, y μr(T) es una permeabilidad magnética de amplitud del núcleo medida a una temperatura T(ºC) en la presencia de un campo magnético de AC de frecuencia f=50 Hz y amplitud H=1.0 A/m, en el que la composición de la aleación nanocristalina con base en Fe está representada por la siguiente fórmula: (Fe1-aMa)100-x-y-z-α-β-γCuxSiyBzM'αM"βXγ (% en átomos) donde M es Co y/o Ni, M' es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti y Mo, M" es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en V, Cr, Mn, Al, elementos del grupo del platino, Sc, Y, elementos de tierras raras, Au, Zn, Sn y Re, X es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en C, Ge, P, Ga, Sb, En, As y Be, y los factores que definen la composición, a, x, y, z, α, β y γ, cumplen respectivamente las siguientes condiciones: 0<=a<0.5 0.1<=x<=3 10<=y<=20 5<=z<=10 0.1<=α<=5 0<=β<=10 0<=γ<=10, y en el que la cinta de aleación amorfa con base en Fe se forma a partir de una aleación fundida mediante un método de enfriamiento rápido por líquido.A method of manufacturing a current transformer core, comprising: the step of providing a core element formed by winding or layering an amorphous Fe-based alloy ribbon whose thickness is not greater than 15 μm and which can become nanocrystals; a longitudinal field heat treatment step that includes heating the core element to not less than a crystallization temperature and within the range of 510 ° C to 600 ° C for 5 minutes to 24 hours in the presence of a magnetic field of no less than 100 A / m applied in a magnetic path direction of the core element, thus forming a core; and a cross-field heat treatment step that includes, after the longitudinal field heat treatment step, heating the core to a temperature below the crystallization temperature and not less than 200 ° C for 20 minutes to 120 minutes in the presence of a field of not less than 80 kA / m applied in a direction perpendicular to the direction of the magnetic path of the core, thus forming a current transformer core, where μr (25) is adjusted by the field heat treatment step transversal to a value between 0.4 × μr (max) (25) and 0.9 × μr (max) (25) and μr (25)> = 4 × 105 where μr (max) (T) is μr (T) achieved by the longitudinal field heat treatment step, and μr (T) is a core amplitude magnetic permeability measured at a temperature T (ºC) in the presence of an AC magnetic field of frequency f = 50 Hz and amplitude H = 1.0 A / m, in which the composition of the Fe-based nanocrystalline alloy is represented by the following formula ula: (Fe1-aMa) 100-xyz-α-β-γCuxSiyBzM'αM "βXγ (atom%) where M is Co and / or Ni, M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, W , Ta, Zr, Hf, Ti and Mo, M "is at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Al, platinum group elements, Sc, Y, rare earth elements, Au, Zn , Sn and Re, X is at least one element selected from the group consisting of C, Ge, P, Ga, Sb, En, As and Be, and the factors that define the composition, a, x, y, z, α , β and γ, respectively satisfy the following conditions: 0 <= a <0.5 0.1 <= x <= 3 10 <= y <= 20 5 <= z <= 10 0.1 <= α <= 5 0 <= β < = 10 0 <= γ <= 10, and wherein the Fe-based amorphous alloy ribbon is formed from a molten alloy by a liquid quenching method.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Método para fabricar un núcleo de transformador de corrienteMethod of manufacturing a current transformer core

Campo técnicoTechnical field

La presente invención se relaciona con el método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente.The present invention relates to the method of manufacturing a current transformer core.

Antecedentes de la técnicaBackground of the technique

Los transformadores de corriente (CT) son dispositivos transformadores de corriente para su uso en medición y se utilizan, por ejemplo, en contadores de corriente y disyuntores de fuga a tierra. Los transformadores de corriente tienen un núcleo de material magnético blando (núcleo magnético) que se utiliza para un circuito magnético cerrado. El Documento de Patente 1 divulga que, como núcleo de transformador de corriente, se prefiere un núcleo formado por una cinta de una aleación nanocristalina con base en Fe. La aleación nanocristalina con base en Fe exhibe una densidad de flujo magnético de saturación más alta que las aleaciones amorfas con base en Permalloy y Co y tiene una permeabilidad magnética más alta que las aleaciones amorfas con base en Fe.Current transformers (CTs) are current transforming devices for use in measurement and are used, for example, in current counters and earth leakage circuit breakers. Current transformers have a core of soft magnetic material (magnetic core) that is used for a closed magnetic circuit. Patent Document 1 discloses that, as a current transformer core, a core formed of a ribbon of an Fe-based nanocrystalline alloy is preferred. The Fe-based nanocrystalline alloy exhibits a saturation magnetic flux density higher than Permalloy and Co-based amorphous alloys and has a higher magnetic permeability than Fe-based amorphous alloys.

Las composiciones típicas de la aleación nanocristalina con base en Fe se divulgan, por ejemplo, en el Documento de Patente 2 y en el Documento de Patente 3. Un ejemplo típico del método de fabricación de un núcleo con el uso de una aleación nanocristalina con base en Fe incluye los pasos de: enfriar rápido una masa fundida de aleación de material que tiene una composición deseada, produciendo así una cinta de aleación amorfa; enrollar esta cinta de aleación amorfa en un elemento de núcleo en forma de anillo; y realizar un tratamiento térmico para cristalizar la cinta de aleación amorfa, obteniendo así un núcleo que tiene una organización nanocristalina.Typical Fe-based nanocrystalline alloy compositions are disclosed, for example, in Patent Document 2 and Patent Document 3. A typical example of the method of manufacturing a core with the use of a nanocrystalline alloy based on In Fe includes the steps of: quenching an alloy melt of material having a desired composition, thereby producing an amorphous alloy ribbon; winding this amorphous alloy ribbon into a ring-shaped core element; and performing a heat treatment to crystallize the amorphous alloy ribbon, thus obtaining a core having a nanocrystalline organization.

El Documento de Patente 4 divulga un núcleo magnético que se forma enrollando una cinta de acero de una aleación nanocristalina con base en Fe, cuya permeabilidad magnética es mayor de 12,000 y menor de 350,000, de la cual la relación entre la densidad de flujo magnético de saturación Bs y la densidad de flujo magnético residual Br (Br / Bs) es pequeña, y de los cuales la dependencia de la temperatura de la permeabilidad magnética es pequeña.Patent Document 4 discloses a magnetic core that is formed by winding a steel tape of an Fe-based nanocrystalline alloy, whose magnetic permeability is greater than 12,000 and less than 350,000, of which the ratio of the magnetic flux density of Bs saturation and residual magnetic flux density Br (Br / Bs) is small, and of which the temperature dependence of magnetic permeability is small.

En esta memoria descriptiva, una estructura en forma de anillo formada por una cinta de aleación con base en Fe sobre la que aún no ha finalizado un tratamiento térmico en un campo magnético longitudinal se denomina "elemento de núcleo". Esto a veces se distingue estrictamente del "núcleo" que está formado por una cinta de aleación nanocristalina con base en Fe sobre la que se ha terminado el tratamiento térmico.In this specification, a ring-shaped structure formed by an Fe-based alloy strip on which a heat treatment in a longitudinal magnetic field has not yet been completed is referred to as a "core element". This is sometimes strictly distinguished from the "core" which is made up of an Fe-based nanocrystalline alloy ribbon on which the heat treatment has been completed.

Los documentos US 2006/077030 A1 y JP 2859286 B2 divulgan cintas con base en Fe-Cu-Si-B de <50 pm o 18 pm, respectivamente, enrolladas en núcleos y tratadas térmicamente por encima del punto de cristalización en el campo longitudinal y por debajo del punto de cristalización en el campo transversal.US 2006/077030 A1 and JP 2859286 B2 disclose Fe-Cu-Si-B-based tapes of <50 pm or 18 pm, respectively, wound on cores and heat treated above the crystallization point in the longitudinal field and below the crystallization point in the cross field.

Lista de citasAppointment list

Literatura de patentesPatent literature

Documento de Patente 1: Patente Japonesa No. 2501860Patent Document 1: Japanese Patent No. 2501860

Documento de Patente 2: Publicación de Patente Japonesa Examinada No. 4-4393Patent Document 2: Examined Japanese Patent Publication No. 4-4393

Documento de Patente 3: Publicación de Patente Japonesa Examinada No. 7-74419Patent Document 3: Examined Japanese Patent Publication No. 7-74419

Documento de Patente 4: Publicación Abierta en Fase Nacional PCT Japonesa No. 2002-530854Patent Document 4: Japanese PCT National Phase Open Publication No. 2002-530854

Resumen de la invenciónSummary of the invention

Problema técnicoTechnical problem

En cuanto al transformador de corriente descrito anteriormente, se ha exigido una mejora adicional en la permeabilidad magnética del núcleo con el fin de reducir el tamaño y reducir los costes en un dispositivo tal como un medidor de corriente. Esto se debe a que la mejora en la permeabilidad magnética del núcleo no solo conduce a una mayor sensibilidad a la corriente eléctrica que se va a medir, sino que también permite la reducción del tamaño del núcleo y la reducción del número de vueltas de una bobina alrededor del núcleo.As for the current transformer described above, a further improvement in the magnetic permeability of the core has been demanded in order to reduce the size and reduce the costs in a device such as a current meter. This is because the improvement in the magnetic permeability of the core not only leads to a higher sensitivity to the electrical current to be measured, but also allows the reduction of the size of the core and the reduction of the number of turns of a coil. around the core.

Una solución convencional para mejorar la permeabilidad magnética de la aleación nanocristalina con base en Fe es aplicar un campo magnético en una dirección de trayectoria magnética del elemento del núcleo en el paso de cristalización mediante un tratamiento térmico. Sin embargo, el núcleo producido de tal manera tiene un problema tal que es probable que se produzca una desviación magnética debido a una gran densidad de flujo magnético residual Br. Si el núcleo tiene una desviación magnética, la permeabilidad magnética en el punto de operación disminuye de modo que no se pueden obtener las características demandadas del transformador de corriente.A conventional solution to improve the magnetic permeability of the Fe-based nanocrystalline alloy is to apply a magnetic field in a magnetic path direction of the core element in the crystallization step by heat treatment. However, the core produced in such a way has such a problem that magnetic deflection is likely to occur due to high residual magnetic flux density. Br. If the core has a magnetic deviation, the magnetic permeability at the operating point decreases so that the demanded characteristics of the current transformer cannot be obtained.

Para adaptarse a las variaciones en el entorno del dispositivo, tal como la temperatura de uso, el transformador de corriente también debe tener una característica de temperatura tan excelente que la alta permeabilidad magnética del núcleo presente una pequeña variación dentro del intervalo de temperatura de uso.To accommodate variations in the environment of the device, such as the temperature of use, the current transformer must also have such an excellent temperature characteristic that the high magnetic permeability of the core exhibits a small variation within the temperature range of use.

Las realizaciones de la presente divulgación proporcionan un método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente que realiza las características que son necesarias, por ejemplo, en usos para detectar fugas eléctricas. Solución al problemaThe embodiments of the present disclosure provide a method of manufacturing a current transformer core that performs features that are necessary, for example, in uses to detect electrical leakage. Solution to the problem

Un núcleo de transformador de corriente se forma enrollando o ubicando una capa de material magnético suave, en la queA current transformer core is formed by winding or placing a layer of soft magnetic material, in which

la capa de material magnético blando está formada por una cinta de aleación nanocristalina con base en Fe cuyo espesor no es superior a 15 jm ,the soft magnetic material layer is made up of an Fe-based nanocrystalline alloy tape whose thickness is not more than 15 jm,

A|jr(100-0) no es más de 0.5 donde A jr (100-0) es ||jr(100)-|jr(0)|/|jr(0), y jr(T ) es una permeabilidad magnética de amplitud del núcleo medido a una temperatura T (°C) en la presencia de un campo magnético de AC aplicado de frecuencia f = 50 Hz y amplitud H = 1.0 A/m, yA | jr (100-0) is not more than 0.5 where A jr (100-0) is || jr (100) - | jr (0) | / | jr (0), and jr (T) is a permeability core amplitude magnetic measured at a temperature T (° C) in the presence of an applied AC magnetic field of frequency f = 50 Hz and amplitude H = 1.0 A / m, and

la relación de una densidad de flujo magnético residual Br y una densidad de flujo magnético de saturación Bm, Br/Bm, es menor que 0.9 donde una densidad de flujo magnético B(80) con un campo magnético H = 80 A/m se define como la densidad de flujo magnético de saturación Bm.the ratio of a residual magnetic flux density Br and a saturation magnetic flux density Bm, Br / Bm, is less than 0.9 where a magnetic flux density B (80) with a magnetic field H = 80 A / m is defined as the saturation magnetic flux density Bm.

En un ejemplo, jir(25) tiene un valor entre 0.4*jir(máx)(25) y 0.9*jr(máx)(25) donde jir(máx)(T) es jir(T) obtenido por calentamiento de un elemento de núcleo a una temperatura de cristalización como mínimo, en la presencia de un campo magnético de 100 A/m como mínimo, aplicado en una dirección de trayectoria magnética (tratamiento térmico de campo longitudinal), estando formado el elemento de núcleo dando forma a una cinta de aleación amorfa con base en Fe que tiene una composición y forma sustancialmente idénticas a las de la cinta de aleación nanocristalina con base en Fe para tener una forma sustancialmente idéntica a la del núcleo.In an example, jir (25) has a value between 0.4 * jir (max) (25) and 0.9 * jr (max) (25) where jir (max) (T) is jir (T) obtained by heating an element core at a minimum crystallization temperature, in the presence of a magnetic field of at least 100 A / m, applied in a direction of magnetic path (longitudinal field heat treatment), the core element being formed by shaping a Fe-based amorphous alloy tape having a substantially identical composition and shape to Fe-based nanocrystalline alloy tape to have a substantially identical core shape.

En un ejemplo, jir(25)>4*105 es cierto.In one example, jir (25)> 4 * 105 is true.

En un ejemplo, jir(100)-jir(0) tiene un valor positivo.In one example, jir (100) -jir (0) has a positive value.

Un método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente de acuerdo con la presente divulgación incluye los pasos de la reivindicación 1.A method of manufacturing a current transformer core in accordance with the present disclosure includes the steps of claim 1.

En una realización, Ajir(100-0) no es más de 0.5, donde Ajir(100-0) es |jir(100)-jir(0)|/jir(0) de un núcleo de transformador de corriente fabricado.In one embodiment, Ajir (100-0) is no more than 0.5, where Ajir (100-0) is | jir (100) -jir (0) | / jir (0) of a fabricated current transformer core.

Un dispositivo incluye: el núcleo del transformador de corriente como se establece en uno cualquiera de los párrafos anteriores; una bobina provista alrededor del núcleo del transformador de corriente; y un circuito de detección acoplado con la bobina.A device includes: the core of the current transformer as set forth in any one of the preceding paragraphs; a coil provided around the core of the current transformer; and a detection circuit coupled with the coil.

Efectos ventajosos de la invenciónAdvantageous effects of the invention

De acuerdo con la presente divulgación, es posible proporcionar un núcleo de transformador de corriente que está formado por una capa de aleación nanocristalina con base en Fe que tiene alta permeabilidad magnética, pero es poco probable que experimente una desviación magnética, y tiene una excelente característica de temperatura. Breve descripción de los dibujosAccording to the present disclosure, it is possible to provide a current transformer core which is formed of Fe-based nanocrystalline alloy layer that has high magnetic permeability, but is unlikely to experience magnetic deflection, and has excellent characteristic. Of temperature. Brief description of the drawings

La FIG. 1 es un diagrama que muestra la configuración de un sistema de medición utilizado en la medición de la permeabilidad magnética.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a measurement system used in magnetic permeability measurement.

La FIG. 2A es un gráfico que ilustra la relación entre la temperatura de un tratamiento térmico de campo longitudinal y la permeabilidad magnética jir(25) del núcleo en el caso donde se formó un elemento del núcleo enrollando una cinta de aleación amorfa con base en Fe (espesor: 18 jim) que tenía la composición de Fe74Cu-iNb3Sh5.5B6.5.FIG. 2A is a graph illustrating the relationship between the temperature of a longitudinal field heat treatment and the magnetic permeability jir (25) of the core in the case where a core element was formed by winding an amorphous Fe-based alloy ribbon (thickness : 18 jim) which had the composition of Fe 74 Cu-iNb 3 Sh 5 . 5 B 6 . 5 .

La FIG. 2B es un gráfico que ilustra la relación entre la temperatura de un tratamiento térmico de campo longitudinal y la permeabilidad magnética jir(25) del núcleo en el caso donde se formó un elemento del núcleo enrollando una cinta de aleación amorfa con base en Fe (espesor: 13 jim) que tenía la composición de Fe74Cu-iNb3Sh5.5B6.5. FIG. 2B is a graph illustrating the relationship between the temperature of a longitudinal field heat treatment and the magnetic permeability jir (25) of the core in the case where a core element was formed by winding an amorphous Fe-based alloy ribbon (thickness : 13 jim) which had the composition of Fe 74 Cu-iNb 3 Sh 5 . 5 B 6 . 5 .

La FIG. 3 es un gráfico que ilustra la relación entre un campo magnético longitudinal durante el proceso de un tratamiento térmico de campo longitudinal y la permeabilidad magnética jr(25) del núcleo en el caso donde se formó un elemento del núcleo enrollando una aleación amorfa con base en Fe (espesor: 13 |jm) que tenía la composición de Fe74Cu-|Nb3Sil5.5B6.5.FIG. 3 is a graph illustrating the relationship between a longitudinal magnetic field during the longitudinal field heat treatment process and the magnetic permeability jr (25) of the core in the case where a core element was formed by winding an amorphous alloy based on Fe (thickness: 13 | jm) that had the composition of Fe74Cu- | Nb3Sil5.5B6.5.

La FIG. 4 es un gráfico que ilustra la característica de temperatura de la permeabilidad magnética jr(T ) del núcleo para la Muestra A donde el campo magnético longitudinal ilustrado en la FIG. 3 fue de 19 A/m y la Muestra B donde el campo magnético longitudinal fue de 230 A/m.FIG. 4 is a graph illustrating the temperature characteristic of the core magnetic permeability jr (T) for Sample A where the longitudinal magnetic field illustrated in FIG. 3 was 19 A / m and Sample B where the longitudinal magnetic field was 230 A / m.

La FIG. 5 es un gráfico que ilustra un ejemplo de los perfiles de la temperatura y la intensidad del campo magnético de un tratamiento térmico de campo transversal en la presente realización.FIG. 5 is a graph illustrating an example of the magnetic field intensity and temperature profiles of a cross-field heat treatment in the present embodiment.

La FIG. 6 es un gráfico que ilustra las curvas B-H de las muestras respectivas obtenidas cuando la duración durante la cual la temperatura del tratamiento térmico se mantuvo a 400 °C (tiempo de retención) se estableció en 60 minutos, 90 minutos y 120 minutos entre los perfiles ilustrados en la FIG. 5 y curvas B-H de una muestra antes de un tratamiento térmico de campo transversal.FIG. 6 is a graph illustrating the BH curves of the respective samples obtained when the duration during which the heat treatment temperature was maintained at 400 ° C (retention time) was set at 60 minutes, 90 minutes and 120 minutes between the profiles illustrated in FIG. 5 and B-H curves of a sample before a cross-field heat treatment.

La FIG. 7 es un gráfico que ilustra la permeabilidad magnética de las muestras respectivas obtenidas cuando la duración durante la cual la temperatura del tratamiento térmico se mantuvo a 400 °C (tiempo de retención) se estableció en 60 minutos, 90 minutos y 120 minutos entre los perfiles ilustrados en la FIG. 5.FIG. 7 is a graph illustrating the magnetic permeability of the respective samples obtained when the duration during which the heat treatment temperature was maintained at 400 ° C (retention time) was set at 60 minutes, 90 minutes and 120 minutes between the profiles illustrated in FIG. 5.

La FIG. 8 es un gráfico que ilustra la dependencia de la temperatura de medición de la permeabilidad magnética para una de las muestras ilustradas en la FIG. 7 donde la duración durante la cual la temperatura del tratamiento térmico se mantuvo a 400 °C (tiempo de retención) se fijó en 90 minutos.FIG. 8 is a graph illustrating the dependence of magnetic permeability measurement temperature for one of the samples illustrated in FIG. 7 where the duration during which the heat treatment temperature was kept at 400 ° C (retention time) was set at 90 minutes.

La FIG. 9 es un gráfico que ilustra la relación entre la intensidad del campo magnético en un tratamiento térmico de campo transversal y la permeabilidad magnética jr(25).FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between magnetic field intensity in cross-field heat treatment and magnetic permeability jr (25).

La FIG. 10 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente de acuerdo con la presente divulgación.FIG. 10 is a flow chart illustrating an example of a current transformer core manufacturing method in accordance with the present disclosure.

La FIG. 11A es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo de la estructura básica de un transformador 100 de corriente al que es aplicable la presente divulgación.FIG. 11A is a perspective view showing an example of the basic structure of a current transformer 100 to which the present disclosure is applicable.

La FIG. 11B es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo donde el transformador 100 de corriente se aplica a un transformador de corriente de fase cero.FIG. 11B is a perspective view showing an example where the current transformer 100 is applied to a zero phase current transformer.

La FIG. 12 es un diagrama que muestra un ejemplo de configuración de circuito de un disyuntor 20 de fuga a tierra que incluye el transformador 100 de corriente mostrado en la FIG. 11B.FIG. 12 is a diagram showing an example circuit configuration of an earth leakage breaker 20 that includes the current transformer 100 shown in FIG. 11B.

Descripción de realizacionesDescription of achievements

A continuación, se divulga en detalle una realización de la presente divulgación con referencia a los dibujos. Nótese que, sin embargo, a veces se omiten descripciones excesivamente detalladas. Por ejemplo, a veces se omiten objetos bien conocidos en la técnica y descripciones de elementos sustancialmente iguales. Esto es con el fin de evitar que las siguientes descripciones sean innecesariamente redundantes y ayudar a los expertos en la técnica a comprender fácilmente las descripciones. Nótese que el presente inventor proporciona los dibujos adjuntos y las siguientes descripciones con el fin de ayudar a un experto en la técnica a comprender suficientemente la presente divulgación. Sin embargo, el presente inventor no pretende que estos dibujos y descripciones limiten el objeto mencionado en las reivindicaciones.Next, an embodiment of the present disclosure is disclosed in detail with reference to the drawings. Note, however, that overly detailed descriptions are sometimes omitted. For example, objects well known in the art and descriptions of substantially the same items are sometimes omitted. This is in order to avoid making the following descriptions unnecessarily redundant and to help those skilled in the art easily understand the descriptions. Note that the present inventor provides the accompanying drawings and the following descriptions in order to assist one skilled in the art in a sufficient understanding of the present disclosure. However, the present inventor does not intend that these drawings and descriptions limit the object mentioned in the claims.

(Realización)(Realization)

<Núcleo del transformador de corriente><Core of current transformer>

El núcleo del transformador de corriente es un núcleo del transformador de corriente formado enrollando o ubicando una capa de material magnético blando. El núcleo del transformador de corriente se puede realizar enrollando una capa de material magnético blando en forma de cinta o ubicando en capas una pluralidad de anillos perforados a partir de la capa de material magnético blando. La capa de material magnético blando que forma parte del núcleo del transformador de corriente está formada por una cinta de aleación nanocristalina con base en Fe cuyo espesor está en el intervalo de no menos de 8 jm y no más de 15 jm (típicamente aproximadamente de 13 jm ). Como se describirá más adelante, se encontró a partir de experimentos realizados por el presente inventor que el espesor de la cinta de aleación nanocristalina con base en Fe es un factor significativo que influye fuertemente en las características del núcleo del transformador de corriente para su uso en la detección de fugas eléctricas.The core of the current transformer is a core of the current transformer formed by winding or placing a layer of soft magnetic material. The core of the current transformer can be made by winding a layer of soft magnetic material in the form of a ribbon or by layering a plurality of perforated rings from the layer of soft magnetic material. The layer of soft magnetic material that forms part of the core of the current transformer is formed by a ribbon of Fe-based nanocrystalline alloy whose thickness is in the range of not less than 8 jm and not more than 15 jm (typically approximately 13 jm). As will be described later, it was found from experiments performed by the present inventor that the thickness of Fe-based nanocrystalline alloy tape is a significant factor strongly influencing the characteristics of the core of the current transformer for use in detection of electrical leaks.

<Cinta de aleación nanocristalina con base en Fe> <Fe-based Nanocrystalline Alloy Tape>

Una aleación nanocristalina con base en Fe utilizada en el núcleo del transformador de corriente se produce básicamente mediante un método que incluye el paso de enfriar rápidamente una aleación fundida, obteniendo así una cinta de aleación amorfa que tiene una composición predeterminada, y el paso de tratamiento térmico de calentar esta cinta de aleación amorfa para formar granos nanocristalinos. Se sabe por los resultados del análisis por difracción de rayos X y un microscopio electrónico de transmisión, que los granos nanocristalinos son Fe en una estructura cúbica centrada en el cuerpo en la que se incorpora Si o similares de manera que se forma una solución sólida. Al menos el 80% en volumen de la aleación está ocupado por granos nanocristalinos cuyo diámetro promedio de grano medido en la dimensión máxima no es superior a 100 nm. La otra parte de la aleación aparte de los granos nanocristalinos es principalmente amorfa. La proporción de granos nanocristalinos puede ser sustancialmente del 100% en volumen.An Fe-based nanocrystalline alloy used in the core of the current transformer is basically produced by a method that includes the step of rapidly cooling a molten alloy, thus obtaining an amorphous alloy strip having a predetermined composition, and the treatment step thermally heating this amorphous alloy ribbon to form nanocrystalline grains. It is known from the results of X-ray diffraction analysis and a transmission electron microscope, that nanocrystalline grains are Fe in a body-centered cubic structure in which Si or the like is incorporated so that a solid solution is formed. At least 80% by volume of the alloy is occupied by nanocrystalline grains whose average grain diameter measured in the maximum dimension is not greater than 100 nm. The other part of the alloy apart from the nanocrystalline grains is mainly amorphous. The proportion of nanocrystalline grains can be substantially 100% by volume.

La composición de la aleación nanocristalina con base en Fe utilizada en la invención está representada por la siguiente fórmula:The composition of the Fe-based nanocrystalline alloy used in the invention is represented by the following formula:

Fórmula:(Fei-aMa)i00-x-y-z-a-p-YCuxSiyBzMaM"pXY (% en átomos)Formula: (Fei-aMa) i 00 -xyzap-YCuxSiyBzMaM "pXY (% in atoms)

Aquí, M es Co y/o Ni. M' es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti y Mo. M" es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en V, Cr, Mn, Al, elementos del grupo platino, Sc, Y, elementos de tierras raras, Au, Zn, Sn y Re. X es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en C, Ge, P, Ga, Sb, In, As y Be.Here, M is Co and / or Ni. M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti and Mo. M "is at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Al, elements of the platinum group, Sc, Y, rare earth elements, Au, Zn, Sn and Re. X is at least one element selected from the group consisting of C, Ge, P, Ga, Sb, In, As and Be.

Los factores que definen la composición, a, x, y, z, a, p y y, cumplen respectivamente las siguientes condiciones: 0<a<0.5The factors that define the composition, a, x, y, z, a, p and y, respectively fulfill the following conditions: 0 <a <0.5

0.1<x<30.1 <x <3

10<y<2010 <and <20

5<z<105 <z <10

0.1<a<50.1 <to <5

0<p<100 <p <10

0<y<100 <and <10

La aleación nanocristalina con base en Fe utilizada en la realización de la presente divulgación contiene Cu en una proporción de 0.1 a 3% en átomos. Si Cu es menor que 0.1% en átomos, rara vez se logran el efecto de disminuir la pérdida del núcleo y el efecto de aumentar la permeabilidad magnética, que son causados por la adición de Cu. Por otro lado, si el Cu es superior al 3% en átomos, existe la probabilidad de que la pérdida del núcleo sea bastante mayor que la que se produce en una aleación a la que no se le añade Cu. Además, la permeabilidad magnética se deteriora. En la presente divulgación, el contenido x particularmente preferido de Cu es de 0.5 a 2% en átomos. Dentro de este intervalo, la pérdida de núcleo es particularmente pequeña.The Fe-based nanocrystalline alloy used in the embodiment of the present disclosure contains Cu in a proportion of 0.1 to 3 atom%. If Cu is less than 0.1 atom%, the effect of decreasing core loss and the effect of increasing magnetic permeability, which are caused by the addition of Cu, are rarely achieved. On the other hand, if Cu is greater than 3% in atoms, there is a probability that the loss of the nucleus is much greater than that which occurs in an alloy to which Cu is not added. In addition, the magnetic permeability deteriorates. In the present disclosure, the particularly preferred content x of Cu is 0.5 to 2 atom%. Within this range, the core loss is particularly small.

Las causas de la disminución de la pérdida del núcleo y el aumento de la permeabilidad magnética por la adición de Cu no se aclaran, pero se pueden estimar como sigue. El parámetro de interacción entre Cu y Fe es positivo, por lo que la solubilidad del sólido es baja, y Cu y Fe tienen tendencia a separarse. Por lo tanto, si se calienta una aleación en estado amorfo, los átomos de Fe o Cu se juntan para formar un grupo, de modo que se producen fluctuaciones en la composición. Por lo tanto, se produce un gran número de regiones locales que es probable que experimenten cristalización, y estas regiones sirven como núcleos para la generación de granos nanocristalinos. El componente principal de este cristal es Fe, y el Cu rara vez se incorpora para que no se forme una solución sólida. Por lo tanto, por cristalización, el Cu se purga desde los granos nanocristalinos de modo que la concentración de Cu aumenta en una región que rodea los granos de cristal. Por tanto, se estima que los granos de cristal son difíciles de cultivar.The causes of decreased core loss and increased magnetic permeability by the addition of Cu are not clarified, but can be estimated as follows. The interaction parameter between Cu and Fe is positive, so the solubility of the solid is low, and Cu and Fe have a tendency to separate. Therefore, if an alloy is heated in an amorphous state, the Fe or Cu atoms come together to form a group, causing fluctuations in composition. Thus, a large number of local regions are produced that are likely to undergo crystallization, and these regions serve as nuclei for the generation of nanocrystalline grains. The main component of this crystal is Fe, and Cu is rarely incorporated so that a solid solution does not form. Therefore, by crystallization, Cu is purged from the nanocrystalline grains so that the concentration of Cu increases in a region surrounding the crystal grains. Therefore, crystal grains are considered to be difficult to cultivate.

Se estima que el efecto de reducir el tamaño de los granos de cristal que se consigue mediante la adición de Cu se mejora particularmente con la presencia de Nb, Ta, W, Mo, Zr, Hf, Ti o similares. Si no está presente Nb, Ta, W, Mo, Zr, Hf, Ti o similares, el tamaño de los granos de cristal no se reduce tanto. El efecto de acelerar la reducción de tamaño es particularmente grande en los casos de Nb, Ta, Zr, Hf y Mo. De estos elementos, particularmente cuando se agrega Nb, se obtiene una aleación cuyo tamaño de grano de cristal es probable que se reduzca y que también tiene excelentes propiedades magnéticas blandas. Cuando se agrega Nb, se produce una fase nanocristalina cuyo constituyente mayoritario es Fe. En consecuencia, la magnetoestricción es pequeña en comparación con las aleaciones amorfas con base en Fe, y la anisotropía magnética que se atribuye a la tensión-deformación interna disminuye. Se estima que estos fenómenos son una de las razones por las que se mejoran las propiedades magnéticas blandas. Estos elementos están contenidos en el intervalo de 0.1 a 5% en átomos, preferiblemente en el intervalo de 2 a 5% en átomos. Si es inferior al 0.1% en átomos, existe la probabilidad de que la reducción del tamaño de los granos de cristal sea insuficiente. Si excede el 5% en átomos, la disminución de la densidad de flujo magnético de saturación es grande.It is estimated that the effect of reducing the size of the crystal grains that is achieved by the addition of Cu is particularly enhanced in the presence of Nb, Ta, W, Mo, Zr, Hf, Ti or the like. If Nb, Ta, W, Mo, Zr, Hf, Ti or the like is not present, the size of the crystal grains is not reduced as much. The effect of accelerating size reduction is particularly great in the cases of Nb, Ta, Zr, Hf and Mo. From these elements, particularly when Nb is added, an alloy is obtained whose crystal grain size is likely to be reduced and it also has excellent soft magnetic properties. When Nb is added, a nanocrystalline phase is produced whose major constituent is Fe. Consequently, the magnetostriction is small compared to amorphous Fe-based alloys, and the magnetic anisotropy attributed to internal stress-strain decreases. These phenomena are believed to be one of the reasons why soft magnetic properties are improved. These elements are contained in the range of 0.1 to 5 atom%, preferably in the range of 2 to 5 atom%. If it is less than 0.1 atom%, there is a probability that the reduction in the size of the crystal grains is insufficient. If it exceeds 5 atom%, the decrease in saturation magnetic flux density is large.

Los Si y B son elementos que son particularmente útiles para reducir el tamaño de los granos de cristal de la aleación nanocristalina con base en Fe. La aleación nanocristalina con base en Fe se obtiene, por ejemplo, después de obtener una aleación amorfa por efecto de la adición de Si y B, realizando un tratamiento térmico para formar granos nanocristalinos. El contenido de Si está en el intervalo de 10 a 20% en átomos. Un contenido preferido de Si está en el intervalo del 14 al 20% en átomos. Si el contenido de Si es inferior al 10% en átomos, la capacidad de formación amorfa de la aleación es baja, por lo que es difícil producir de forma estable materia amorfa. Además, la disminución de la anisotropía magnética cristalina de la aleación es insuficiente y, por lo tanto, es difícil lograr excelentes propiedades magnéticas blandas (por ejemplo, baja coercitividad). Si el contenido del Si excede el 20% en átomos, la disminución de la densidad de flujo magnético de saturación de la aleación es grande y es probable que la aleación resultante se vuelva quebradiza. Nótese que el contenido de B está en el intervalo de 5 a 10% en átomos. B es un elemento indispensable para la formación de materia amorfa. Si el contenido de B es inferior al 5% en átomos, la capacidad de formación amorfa es baja, por lo que es difícil producir de forma estable materia amorfa. Si el contenido de B excede el 10% en átomos, la disminución de la densidad de flujo magnético de saturación es grande. Un contenido todavía preferido de B no es más del 7% en átomos. Si los contenidos de Si y B son excesivamente grandes, la densidad de flujo magnético de saturación de la aleación disminuye notablemente.Si and B are elements that are particularly useful for reducing the size of crystal grains of Fe-based nanocrystalline alloy. Fe-based nanocrystalline alloy is obtained, for example, after obtaining an amorphous alloy due to the effect of the addition of Si and B, carrying out a heat treatment to form nanocrystalline grains. The Si content is in the range of 10 to 20 atom%. A preferred content of Si is in the range of 14 to 20 atom%. If the Si content is less than 10 atom%, the amorphous forming capacity of the alloy is low, so it is difficult to stably produce amorphous matter. Furthermore, the decrease in the crystalline magnetic anisotropy of the alloy is insufficient, and therefore it is difficult to achieve excellent soft magnetic properties (eg, low coercivity). If the Si content exceeds 20 atom%, the decrease in the saturation magnetic flux density of the alloy is large and the resulting alloy is likely to become brittle. Note that the content of B is in the range of 5 to 10 atom%. B is an essential element for the formation of amorphous matter. If the content of B is less than 5 atom%, the amorphous forming capacity is low, so it is difficult to stably produce amorphous matter. If the B content exceeds 10 atom%, the decrease in saturation magnetic flux density is large. A still preferred content of B is not more than 7 atom%. If the Si and B contents are excessively large, the saturation magnetic flux density of the alloy decreases markedly.

La aleación nanocristalina con base en Fe puede contener al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be y As en una proporción no superior al 10% en átomos. Estos elementos son útiles en la conversión en materia amorfa en la formación de una cinta de aleación amorfa. Cuando se agregan junto con Si y B, estos elementos ayudan a la conversión en materia amorfa y proporcionan el efecto de ajustar la magnetostricción y la temperatura de Curie.The Fe-based nanocrystalline alloy may contain at least one element selected from the group consisting of C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be, and As in a proportion of not more than 10 atom%. These elements are useful in converting to amorphous matter in the formation of an amorphous alloy ribbon. When added together with Si and B, these elements aid conversion to amorphous matter and provide the effect of adjusting magnetostriction and Curie temperature.

Elementos tales como V, Cr, Mn, Al, elementos del grupo platino, Sc, Y, elementos de tierras raras, Au, Zn, Sn, Re y similares tienen el efecto de mejorar la anticorrosividad, el efecto de mejorar las propiedades magnéticas y el efecto de ajustar la magnetostricción. El contenido de dichos elementos no supera el 10% en átomos como máximo. Si el contenido supera el 10% en átomos, la densidad de flujo magnético de saturación disminuye notablemente. Un contenido particularmente preferido de estos elementos no es superior al 8% en átomos. De estos elementos, cuando se añade al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Cr y V, el núcleo resultante tiene una capacidad anticorrosiva particularmente excelente.Elements such as V, Cr, Mn, Al, platinum group elements, Sc, Y, rare earth elements, Au, Zn, Sn, Re and the like have the effect of improving anti-corrosion, the effect of improving magnetic properties and the effect of adjusting magnetostriction. The content of these elements does not exceed 10% in atoms at most. If the content exceeds 10 atom%, the saturation magnetic flux density decreases markedly. A particularly preferred content of these elements is not more than 8 atom%. Of these elements, when at least one element selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Cr and V is added, the resulting core has particularly excellent anticorrosive ability.

El constituyente principal de la parte restante, excluidas las impurezas, es sustancialmente Fe. Parte de Fe se puede sustituir por Co y/o Ni. El contenido de M (Co y/o Ni) en la fórmula anterior, a, es 0<a <0.5. Si a excede 0.3, existe la probabilidad de que aumente la pérdida del núcleo. Por lo tanto, preferiblemente 0<a<0,3. Aquí, para lograr una alta permeabilidad magnética, se prefiere a = 0.The main constituent of the remaining part, excluding impurities, is substantially Fe. Part of Fe can be replaced by Co and / or Ni. The content of M (Co and / or Ni) in the above formula, a, is 0 <a <0.5. If a exceeds 0.3, there is a probability that the core loss will increase. Therefore preferably 0 <to <0.3. Here, to achieve high magnetic permeability, a = 0 is preferred.

A continuación, se divulga una realización del método de fabricación del núcleo del transformador de corriente de acuerdo con la presente divulgación.Next, an embodiment of the current transformer core manufacturing method according to the present disclosure is disclosed.

En primer lugar, una cinta de aleación amorfa, que debe ser una capa de material magnético blando, se forma a partir de una aleación fundida, que tiene la composición descrita anteriormente, mediante un método de enfriamiento rápido por líquido conocido (método de enfriamiento rápido) tal como el método de un solo rodillo, el método de doble rodillo y similares. En la presente divulgación, el espesor de la cinta de aleación amorfa no es superior a 15 pm. El límite inferior del espesor se puede establecer, por ejemplo, en 8 pm desde el punto de vista de la producción en masa. La velocidad periférica de un rodillo de enfriamiento se puede establecer, por ejemplo, en aproximadamente 15 a 50 m/seg. El rodillo de enfriamiento puede estar hecho de cobre puro que tiene una excelente conductividad térmica o una aleación de cobre como Cu-Be, Cu-Cr, Cu-Zr y Cu-Zr-Cr. En el caso de la producción en masa, el rodillo de enfriamiento puede enfriarse con agua. En la formación de la cinta de aleación amorfa, la variación de temperatura del rodillo se mantiene pequeña porque la formación de la organización amorfa de la aleación a veces puede diferir dependiendo de la rata de enfriamiento. Nótese que el espesor de la cinta de aleación amorfa, t, es un valor obtenido mediante un método de conversión de peso. Por ejemplo, el peso M de una muestra de 2 m (dirección longitudinal) * 50 mm (dirección de la anchura) se mide a partir de una cinta de aleación amorfa larga, y la densidad d [kg/m3] se determina mediante la medición de la densidad en seco (por ejemplo, medición con un producto de la serie AccuPyc II 1340 fabricado por SHIMADZU CORPORATION) de acuerdo con un método de expansión de volumen constante. Con el peso M y la densidad d, se puede calcular el espesor t[m]=M/((2*50'3)xd).First of all, an amorphous alloy ribbon, which should be a layer of soft magnetic material, is formed from a molten alloy, having the composition described above, by a known liquid quenching method (quenching method ) such as single roll method, double roll method and the like. In the present disclosure, the thickness of the amorphous alloy tape is not more than 15 pm. The lower limit of the thickness can be set, for example, at 8 pm from the point of view of mass production. The peripheral speed of a chill roll can be set, for example, to about 15 to 50 m / sec. The chill roll can be made of pure copper which has excellent thermal conductivity or a copper alloy such as Cu-Be, Cu-Cr, Cu-Zr, and Cu-Zr-Cr. In the case of mass production, the chill roll can be water cooled. In the formation of the amorphous alloy ribbon, the temperature variation of the roll is kept small because the formation of the amorphous organization of the alloy can sometimes differ depending on the cooling rate. Note that the thickness of the amorphous alloy strip, t, is a value obtained by a weight conversion method. For example, the weight M of a sample of 2 m (longitudinal direction) * 50 mm (width direction) is measured from a long amorphous alloy strip, and the density d [kg / m3] is determined by the dry density measurement (for example, measurement with an AccuPyc II 1340 series product manufactured by SHIMADZU CORPORATION) according to a constant volume expansion method. With the weight M and the density d, the thickness t [m] = M / ((2 * 50'3) xd) can be calculated.

La longitud de una cinta de aleación amorfa fabricada industrialmente mediante el método de enfriamiento rápido por líquido excede varios kilómetros. Como tal, en un proceso de colada que dura mucho tiempo, es importante mantener una capacidad de enfriamiento suficiente inmediatamente después de la expulsión de una aleación fundida al rodillo de enfriamiento. Es decir, debido a la suficiente capacidad de enfriamiento, se puede obtener de manera estable una aleación de organización amorfa. En cuanto al espesor de la cinta de aleación que se va a fabricar, se estima que, a medida que el espesor disminuye, el enfriamiento es más fácil y se obtiene de forma estable materia amorfa. Sin embargo, de acuerdo con la investigación realizada por el presente inventor, se encontró que cuando el espesor de la cinta de aleación no es superior a 15 pm, se logra de manera estable una alta permeabilidad magnética en un núcleo fabricado. Las razones de esto no se aclaran, pero se pueden estimar como sigue. Debido al espesor reducido de la cinta de aleación, se obtiene una organización amorfa extremadamente estable y, además, en la generación de una organización nanocristalizada por un tratamiento térmico, el diámetro de grano de cristal de la organización es generalmente uniforme y muy pequeño The length of an amorphous alloy strip manufactured industrially by the liquid quenching method exceeds several kilometers. As such, in a casting process that lasts for a long time, it is important to maintain a sufficient cooling capacity immediately after ejection of a molten alloy to the chill roll. That is, due to the sufficient cooling capacity, an amorphous organization alloy can be stably obtained. Regarding the thickness of the alloy strip to be manufactured, it is estimated that, as the thickness decreases, the cooling is easier and amorphous matter is obtained in a stable way. However, according to the research conducted by the present inventor, it was found that when the thickness of the alloy tape is not more than 15 pm, a high magnetic permeability is stably achieved in a manufactured core. The reasons for this are not clear, but can be estimated as follows. Due to the reduced thickness of the alloy ribbon, an extremely stable amorphous organization is obtained, and furthermore, in the generation of a nanocrystallized organization by heat treatment, the crystal grain diameter of the organization is generally uniform and very small.

El proceso de producción de una aleación amorfa mediante el método de enfriamiento rápido por líquido se puede llevar a cabo al aire cuando esta aleación no incluye un metal activo. Cuando la aleación incluye un metal activo, la producción de la aleación amorfa se puede llevar a cabo en un gas inerte como Ar o He o en una atmósfera de presión reducida. El enfriamiento rápido se puede llevar a cabo en una atmósfera que incluya un gas nitrógeno, un gas monóxido de carbono o un gas dióxido de carbono. Es ventajoso que la rugosidad superficial de la aleación amorfa solidificada por enfriamiento rápido sea pequeña. La rugosidad superficial de la cinta de aleación amorfa (rugosidad media aritmética Ra) se puede establecer en, por ejemplo, 5 pm o menos, preferiblemente 2 pm o menos, más preferiblemente 1 pm o menos.The process of producing an amorphous alloy by the liquid quenching method can be carried out in air when this alloy does not include an active metal. When the alloy includes an active metal, the production of the amorphous alloy can be carried out in an inert gas such as Ar or He or in a reduced pressure atmosphere. Rapid cooling can be carried out in an atmosphere that includes a nitrogen gas, a carbon monoxide gas, or a carbon dioxide gas. It is advantageous that the surface roughness of the fast-cooling solidified amorphous alloy is small. The surface roughness of the amorphous alloy tape (arithmetic mean roughness Ra) can be set to, for example, 5 pm or less, preferably 2 pm or less, more preferably 1 pm or less.

Se puede producir una estructura en forma de anillo enrollando o ubicando en capas la cinta de aleación amorfa. La estructura en forma de anillo así producida (elemento de núcleo) tiene una configuración tal que se ubica en capas una pluralidad de capas de aleación amorfa. Puede haber una pequeña brecha o cualquier otro material entre las respectivas capas de aleación amorfa. La ocupación volumétrica de las capas de aleación amorfa en el elemento de núcleo es, por ejemplo, aproximadamente del 70% al 90%.A ring-shaped structure can be produced by winding or layering the amorphous alloy tape. The ring-shaped structure thus produced (core element) has a configuration such that a plurality of layers of amorphous alloy are layered. There may be a small gap or some other material between the respective amorphous alloy layers. The volumetric occupancy of the amorphous alloy layers in the core element is, for example, about 70% to 90%.

En la presente realización, se proporciona un elemento de núcleo formado enrollando la cinta de aleación amorfa. Sin embargo, la presente divulgación no se limita a tal ejemplo.In the present embodiment, a core element formed by winding the amorphous alloy ribbon is provided. However, the present disclosure is not limited to such an example.

A continuación, se realiza un tratamiento térmico de cristalización como sigue. Un elemento de núcleo formado enrollando o ubicando en capas la capa de aleación amorfa se calienta en una atmósfera de gas no reactiva. De acuerdo con la investigación realizada por el presente inventor y sus colaboradores, se logró suficiente permeabilidad magnética cuando el tratamiento térmico se llevó a cabo en un gas de nitrógeno. El gas de nitrógeno se puede utilizar sustancialmente como gas no reactivo. También se puede utilizar un gas inerte como el gas no reactivo. El tratamiento térmico se puede realizar al vacío.Next, a crystallization heat treatment is carried out as follows. A core element formed by winding or layering the amorphous alloy layer is heated in a non-reactive gas atmosphere. According to the research carried out by the present inventor and his collaborators, sufficient magnetic permeability was achieved when the heat treatment was carried out in a nitrogen gas. Nitrogen gas can be used substantially as a non-reactive gas. An inert gas can also be used as the non-reactive gas. Heat treatment can be carried out under vacuum.

La temperatura del tratamiento térmico de cristalización descrito anteriormente se establece dentro del intervalo de 510 °C a 600 °C. La temperatura del tratamiento térmico de cristalización se fija preferiblemente entre 550 °C y 600 °C. Si la temperatura del tratamiento térmico es inferior a 510 °C o superior a 600 °C, la magnetoestricción es grande. El tiempo de retención a la temperatura de tratamiento térmico descrita anteriormente (duración del tratamiento térmico) se establece dentro del intervalo de aproximadamente 5 minutos a 24 horas. Si la duración del tratamiento térmico es inferior a 5 minutos, es difícil mantener la totalidad de la aleación que forma el núcleo a una temperatura uniforme, por lo que es probable que varíen las propiedades magnéticas. Por otro lado, si la duración del tratamiento térmico es superior a 24 horas, es probable que se produzca no solo un deterioro de la productividad sino también un deterioro de las propiedades magnéticas debido al crecimiento excesivo de granos de cristal o la generación de granos de cristal en formas irregulares.The temperature of the crystallization heat treatment described above is set within the range of 510 ° C to 600 ° C. The temperature of the crystallization heat treatment is preferably set between 550 ° C and 600 ° C. If the heat treatment temperature is lower than 510 ° C or higher than 600 ° C, the magnetostriction is large. The retention time at the heat treatment temperature described above (duration of heat treatment) is set within the range of about 5 minutes to 24 hours. If the duration of the heat treatment is less than 5 minutes, it is difficult to keep the entire core alloy at a uniform temperature, so the magnetic properties are likely to vary. On the other hand, if the duration of the heat treatment is longer than 24 hours, it is likely that not only a deterioration of productivity but also a deterioration of the magnetic properties will occur due to the excessive growth of crystal grains or the generation of grains of crystal in irregular shapes.

En la presente realización, el tratamiento térmico de cristalización se realiza en un campo magnético de DC o AC. Dicho tratamiento térmico realizado en un campo magnético provoca una anisotropía magnética en la aleación utilizada en el núcleo del transformador de corriente. El campo magnético puede aplicarse durante todo el período del tratamiento térmico o puede aplicarse durante una porción del período del tratamiento térmico. El campo magnético se aplica en la dirección longitudinal de la capa de aleación en el elemento de núcleo formado enrollando la capa de aleación amorfa (la dirección circunferencial del elemento de núcleo en forma de anillo). La intensidad del campo magnético aplicado se establece en 100 A/m o más, de modo que la capa de aleación alcance la saturación magnética. Dicho campo magnético se denomina "campo magnético longitudinal". Un tratamiento térmico de cristalización realizado en la presencia de un campo magnético longitudinal aplicado se denomina "tratamiento térmico de campo longitudinal". A medida que aumenta la intensidad del campo magnético longitudinal, aumenta la permeabilidad magnética pr(T). Cuando la intensidad del campo magnético longitudinal aumenta hasta cierto nivel, se satura pr(T) (véase la FIG. 3 que se describirá más adelante).In the present embodiment, the crystallization heat treatment is carried out in a DC or AC magnetic field. Said heat treatment carried out in a magnetic field causes a magnetic anisotropy in the alloy used in the core of the current transformer. The magnetic field can be applied during the entire period of the heat treatment or it can be applied during a portion of the period of the heat treatment. The magnetic field is applied in the longitudinal direction of the alloy layer in the core element formed by winding the amorphous alloy layer (the circumferential direction of the ring-shaped core element). The intensity of the applied magnetic field is set to 100 A / m or more, so that the alloy layer reaches magnetic saturation. Such a magnetic field is called a "longitudinal magnetic field". A crystallization heat treatment carried out in the presence of an applied longitudinal magnetic field is called a "longitudinal field heat treatment". As the strength of the longitudinal magnetic field increases, the magnetic permeability pr (T) increases. When the intensity of the longitudinal magnetic field increases to a certain level, pr (T) becomes saturated (see FIG. 3 to be described later).

Por otro lado, cuando se aplica un campo magnético longitudinal al elemento de núcleo en forma de anillo hasta tal punto que la capa de aleación alcanza la saturación magnética, la densidad de flujo magnético residual Br aumenta en gran medida, y aumenta la relación entre la densidad de flujo magnético residual Br y la densidad de flujo magnético de saturación Bm, Br/Bm. En la presente solicitud, la densidad de flujo magnético de saturación Bm se define como la densidad de flujo magnético B(80) con el campo magnético H=80 A/m. Br/Bm también se denomina "relación de cuadratura".On the other hand, when a longitudinal magnetic field is applied to the ring-shaped core element to such an extent that the alloy layer reaches magnetic saturation, the residual magnetic flux density Br increases greatly, and the ratio between the residual magnetic flux density Br and saturation magnetic flux density Bm, Br / Bm. In the present application, the saturation magnetic flux density Bm is defined as the magnetic flux density B (80) with the magnetic field H = 80 A / m. Br / Bm is also called the "quadrature ratio".

Después del tratamiento térmico de campo longitudinal, se aplica un campo magnético en la dirección vertical del núcleo. La temperatura del tratamiento térmico no es inferior a 200 °C. El campo magnético se aplica durante 20 minutos a 120 minutos a una temperatura menor que la temperatura de cristalización de la aleación amorfa. La intensidad del campo magnético aplicado no es inferior a 80 kA/m. Dicho campo magnético se denomina "campo magnético transversal". Un tratamiento térmico realizado en presencia de un campo magnético transversal aplicado se denomina "tratamiento térmico de campo transversal". El campo magnético longitudinal y el campo magnético transversal pueden ser cualquiera de un campo magnético de DC, un campo magnético de AC y un campo magnético pulsado. Debido al tratamiento térmico de campo transversal, la densidad de flujo magnético residual Br disminuye, aunque la permeabilidad magnética disminuye y, en consecuencia, disminuye Br/Bm, lo que da como resultado un núcleo de transformador de corriente en el que es poco probable que se produzca una desviación magnética. Dado que se logra una alta permeabilidad magnética debido al tratamiento térmico de campo longitudinal, la permeabilidad magnética del núcleo después del tratamiento térmico de campo transversal es más alta que el nivel convencional, y la alta permeabilidad magnética se mantiene dentro del intervalo de temperatura de uso, de modo que las características de temperatura son excelentes.After longitudinal field heat treatment, a magnetic field is applied in the vertical direction of the core. The heat treatment temperature is not less than 200 ° C. The magnetic field is applied for 20 minutes to 120 minutes at a temperature lower than the crystallization temperature of the amorphous alloy. The intensity of the applied magnetic field is not less than 80 kA / m. Such a magnetic field is called a "transverse magnetic field". A heat treatment carried out in the presence of an applied transverse magnetic field is called a "transverse field heat treatment". The longitudinal magnetic field and the transverse magnetic field can be any of a DC magnetic field, an AC magnetic field, and a pulsed magnetic field. Due to the cross-field heat treatment, the residual magnetic flux density Br decreases, although the magnetic permeability decreases and consequently Br / Bm decreases, resulting in a current transformer core in which it is unlikely that magnetic deviation occurs. Dice that high magnetic permeability is achieved due to longitudinal field heat treatment, the magnetic permeability of the core after cross-field heat treatment is higher than the conventional level, and the high magnetic permeability is kept within the use temperature range, so that the temperature characteristics are excellent.

<Permeabilidad magnética><Magnetic permeability>

En la presente solicitud, el término "permeabilidad magnética" tiene el mismo significado que "permeabilidad magnética relativa". Una permeabilidad magnética medida a la temperatura T (°C) en la presencia de un campo magnético de AC aplicado de frecuencia f = 50 Hz y amplitud H=1.0 amperio/metro (A/m) se denomina "permeabilidad magnética de amplitud", que se expresa como "permeabilidad magnética |-ir(T)" o simplemente "jr(T)". Cuando la temperatura de medición no se especifica particularmente, la permeabilidad magnética indica un valor medido a 25 °C, es decir, jr(25). En aras de la simplicidad, jr(25) a veces se expresa simplemente como "|jr" en los dibujos.In the present application, the term "magnetic permeability" has the same meaning as "relative magnetic permeability". A magnetic permeability measured at temperature T (° C) in the presence of an applied AC magnetic field of frequency f = 50 Hz and amplitude H = 1.0 ampere / meter (A / m) is called "amplitude magnetic permeability", which is expressed as "magnetic permeability | -ir (T)" or simply "jr (T)". When the measurement temperature is not particularly specified, the magnetic permeability indicates a value measured at 25 ° C, that is, jr (25). For the sake of simplicity, jr (25) is sometimes expressed simply as "| jr" in the drawings.

Se define la permeabilidad magnética de un núcleo que se somete al tratamiento térmico de campo longitudinal con una intensidad de campo magnético tal que ya no se encuentra la variación (aumento) de la permeabilidad magnética incluso cuando se aumenta el campo magnético longitudinal aplicado, como "jr(máx)(T)". En la realización de la presente divulgación, cuando la intensidad del campo magnético longitudinal durante el tratamiento térmico de cristalización es de 100 A/m, la variación (aumento) de la permeabilidad magnética no se encuentra a una intensidad de campo magnético inferior (por ejemplo, 90 A/metro). Por tanto, jr(máx)(T) de la presente solicitud indica la permeabilidad magnética de un núcleo que se obtiene cuando la intensidad del campo magnético longitudinal durante el tratamiento térmico de cristalización es 100 A/m.The magnetic permeability of a core that undergoes longitudinal field heat treatment with a magnetic field intensity such that the variation (increase) of magnetic permeability is no longer found even when the applied longitudinal magnetic field is increased, as " jr (max) (T) ". In the embodiment of the present disclosure, when the longitudinal magnetic field intensity during the crystallization heat treatment is 100 A / m, the variation (increase) of the magnetic permeability is not found at a lower magnetic field intensity (e.g. , 90 A / meter). Therefore, jr (max) (T) of the present application indicates the magnetic permeability of a core that is obtained when the intensity of the longitudinal magnetic field during the crystallization heat treatment is 100 A / m.

La FIG. 1 es un diagrama que muestra la configuración de un sistema de medición utilizado en la medición de la permeabilidad magnética jr(T). En la configuración mostrada, el conductor 14 lateral primario del transformador de corriente está acoplado con un generador 54 de funciones configurado para generar una señal de voltaje AC que tiene una frecuencia arbitraria y una forma de onda arbitraria, a través de un multímetro 52 digital (DMM) que es capaz de medir el voltaje DC, corriente continua, voltaje AC y resistencia eléctrica sobre un amplio intervalo y una resistencia R. Mientras tanto, el conductor 12 lateral secundario del transformador de corriente está acoplado con otro multímetro 56 digital (DMM) que es diferente del multímetro 52 digital sobre el lado del conductor 14 lateral primario. En la medición de la presente solicitud, el valor de la resistencia R se estableció en 47 ohmios, y como los multímetros 52 y 56 digitales se utilizó el multímetro 34401A digital fabricado por Agilent Technologies. Como generador 54 de funciones para la generación de una señal de voltaje AC se utilizó el generador multifunción WF1973 fabricado por NF CORPORATION.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a measurement system used in the measurement of magnetic permeability jr (T). In the configuration shown, the primary side conductor 14 of the current transformer is coupled with a function generator 54 configured to generate an AC voltage signal having an arbitrary frequency and an arbitrary waveform, via a digital multimeter 52 ( DMM) which is capable of measuring DC voltage, direct current, AC voltage and electrical resistance over a wide range and resistance R. Meanwhile, the secondary side conductor 12 of the current transformer is coupled with another 56 digital multimeter (DMM) which is different from the digital multimeter 52 on the primary side driver 14 side. In the measurement of the present application, the value of resistance R was set at 47 ohms, and as the 52 and 56 digital multimeters the 34401A digital multimeter manufactured by Agilent Technologies was used. The multifunction generator WF1973 manufactured by NF CORPORATION was used as the function generator 54 for generating an AC voltage signal.

La permeabilidad magnética jr(T ) se determina mediante la siguiente fórmula con base en el resultado de una medición a la temperatura T:The magnetic permeability jr (T) is determined by the following formula based on the result of a measurement at temperature T:

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donde Vo (V) es el valor de voltaje medido por el multímetro 56 digital (DMM), Ae (m2) es el área de sección transversal efectiva del núcleo, j0 es la permeabilidad magnética en el vacío, f (Hz) es la frecuencia, y H (A/m) es la intensidad de un campo magnético de AC aplicado por el conductor 14 lateral primario.where Vo (V) is the voltage value measured by the 56 digital multimeter (DMM), Ae (m2) is the effective cross-sectional area of the core, j0 is the magnetic permeability in vacuum, f (Hz) is the frequency , and H (A / m) is the intensity of an AC magnetic field applied by the primary lateral conductor 14.

En la presente realización, el tratamiento térmico se divide en dos fases, en las que se aplican campos magnéticos de diferentes direcciones. Al realizar un tratamiento térmico tan distintivo en campos magnéticos, se puede realizar un núcleo de transformador de corriente que exhibe excelentes propiedades magnéticas. En la primera fase del tratamiento térmico en un campo magnético, el campo magnético se forma en la dirección de una trayectoria magnética formada en un elemento de núcleo en forma de anillo ("tratamiento térmico de campo longitudinal"). Mediante este tratamiento térmico, el elemento de núcleo se convierte en un núcleo. Después, en la segunda fase del tratamiento térmico en un campo magnético, el campo magnético se forma en una dirección perpendicular a la dirección de la trayectoria magnética descrita anteriormente y se aplica al núcleo ("tratamiento térmico de campo transversal"). Realizando apropiadamente tal tratamiento térmico de dos fases en los campos magnéticos, se puede obtener un núcleo de transformador de corriente con excelentes propiedades magnéticas. Este aspecto se describe en detalle en la siguiente sección.In the present embodiment, the heat treatment is divided into two phases, in which magnetic fields of different directions are applied. By performing such a distinctive heat treatment on magnetic fields, a current transformer core can be realized which exhibits excellent magnetic properties. In the first phase of heat treatment in a magnetic field, the magnetic field is formed in the direction of a magnetic path formed in a ring-shaped core element ("longitudinal field heat treatment"). Through this heat treatment, the core element becomes a core. Then, in the second phase of heat treatment in a magnetic field, the magnetic field is formed in a direction perpendicular to the direction of the magnetic path described above and applied to the core ("cross-field heat treatment"). By properly performing such two-phase heat treatment in the magnetic fields, a current transformer core with excellent magnetic properties can be obtained. This aspect is described in detail in the next section.

<Efectos del tratamiento térmico de campo longitudinal sobre la permeabilidad magnética jr(25)><Effects of longitudinal field heat treatment on magnetic permeability jr (25)>

Como resultado de la investigación realizada por el presente inventor, se encontró que la permeabilidad magnética jr(25) después del tratamiento térmico de campo longitudinal varía en gran medida dependiendo del espesor de la cinta de aleación nanocristalina con base en Fe. Primero, este punto se describe a continuación. As a result of the research conducted by the present inventor, it was found that the magnetic permeability jr (25) after longitudinal field heat treatment varies greatly depending on the thickness of the Fe-based nanocrystalline alloy tape. First, this point outlined below.

La FIG. 2A es un gráfico que ilustra la permeabilidad magnética pr(25) en el caso donde se formó un elemento de núcleo enrollando una cinta de aleación amorfa con base en Fe (espesor: 18 pm, ancho: 10 mm) que tenía la composición de Fe74Cu-iNb3Sii5.5B6.5. En este ejemplo, las dimensiones del núcleo eran el diámetro interior de 20 mm, el diámetro exterior de 30 mm y la altura de 10 mm. La temperatura del tratamiento térmico (temperatura de retención) en el proceso del tratamiento térmico de campo longitudinal se fijó en 520 °C, 540 °C y 560 °C. La permeabilidad magnética pr(25) se evaluó con base en cuatro muestras para cada una de las temperaturas de retención. El tiempo de retención a la temperatura de retención fue de una hora para cada muestra. La rata de aumento de temperatura hasta la temperatura de retención fue de 6 °C/min. La rata de disminución de temperatura a partir de la temperatura de retención fue de 1.5 °C/min. El campo magnético aplicado fue de 230 A/m. El campo magnético se aplicó en todo el intervalo de temperatura. Mediante este proceso de tratamiento térmico, la cinta de aleación amorfa con base en Fe se cristalizó y se transformó en una cinta de aleación nanocristalina con base en Fe.FIG. 2A is a graph illustrating the magnetic permeability pr (25) in the case where a core element was formed by winding a ribbon of Fe-based amorphous alloy (thickness: 18 pm, width: 10 mm) having the composition of Fe 74 Cu-iNb 3 Sii 5 . 5 B 6 . 5 . In this example, the core dimensions were 20mm inside diameter, 30mm outside diameter, and 10mm height. The heat treatment temperature (retention temperature) in the longitudinal field heat treatment process was set at 520 ° C, 540 ° C and 560 ° C. The magnetic permeability pr (25) was evaluated based on four samples for each of the retention temperatures. The retention time at the retention temperature was one hour for each sample. The rate of temperature increase to the retention temperature was 6 ° C / min. The rate of decrease in temperature from the retention temperature was 1.5 ° C / min. The applied magnetic field was 230 A / m. The magnetic field was applied over the entire temperature range. Through this heat treatment process, the Fe-based amorphous alloy tape was crystallized and transformed into an Fe-based nanocrystalline alloy tape.

Como se ve en la FIG. 2A, cuando se redujo la temperatura de retención del tratamiento térmico de campo longitudinal de 560 °C a 520 °C, el promedio de la permeabilidad magnética pr(25) aumentó de aproximadamente 4*105 a aproximadamente 5.5*105 aunque hubo una gran variación. Br/Bm, calculado a partir de la densidad de flujo magnético de saturación Bm y la densidad de flujo magnético residual Br, que se determinaron a partir de las curvas B-H, fue 0.93 en cada muestra.As seen in FIG. 2A, when the retention temperature of the longitudinal field heat treatment was reduced from 560 ° C to 520 ° C, the average magnetic permeability pr (25) increased from about 4 * 105 to about 5.5 * 105 although there was a large variation . Br / Bm, calculated from the saturation magnetic flux density Bm and the residual magnetic flux density Br, which were determined from the B-H curves, was 0.93 in each sample.

La FIG. 2B es un gráfico que ilustra la permeabilidad magnética pr(25) en el caso donde se formó un elemento de núcleo enrollando una cinta de aleación amorfa con base en Fe (espesor: 13 pm, ancho: 10 mm) que tenía la composición de Fe74Cu1Nb3Si15.5B6.5 (que era la misma que la de la cinta de aleación amorfa con base en Fe de 18 pm de espesor descrita anteriormente). Las dimensiones del núcleo y las condiciones de tratamiento térmico (recocido) fueron las mismas que las del núcleo de la FIG. 2A. La temperatura del tratamiento térmico (temperatura de retención) en el proceso del tratamiento térmico de campo longitudinal se fijó en 520 °C, 540 °C y 560 °C. La permeabilidad magnética pr(25) se evaluó con base en cuatro muestras para cada una de las temperaturas de retención. Mediante el proceso del tratamiento térmico de campo longitudinal, la cinta de aleación amorfa con base en Fe se cristalizó y se transformó en una cinta de aleación nanocristalina con base en Fe.FIG. 2B is a graph illustrating the magnetic permeability pr (25) in the case where a core element was formed by winding a ribbon of Fe-based amorphous alloy (thickness: 13 pm, width: 10 mm) having the composition of Fe 74 Cu 1 Nb 3 Si 15 . 5 B 6.5 (which was the same as the 18 pm thick Fe-based amorphous alloy tape described above). The dimensions of the core and the heat treatment (annealing) conditions were the same as the core of FIG. 2A. The heat treatment temperature (retention temperature) in the longitudinal field heat treatment process was set at 520 ° C, 540 ° C and 560 ° C. The magnetic permeability pr (25) was evaluated based on four samples for each of the retention temperatures. Through the longitudinal field heat treatment process, the Fe-based amorphous alloy tape was crystallized and transformed into an Fe-based nanocrystalline alloy tape.

Como se ve en la FIG. 2B, el promedio de la permeabilidad magnética pr(25) exhibe un valor generalmente igual a aproximadamente 9*105 independientemente de la temperatura del tratamiento térmico de campo longitudinal. Br/Bm, calculado a partir de la densidad de flujo magnético máxima Bm y la densidad de flujo magnético residual Br que se determinaron a partir de las curvas B-H, fue 0.93 en cada muestra. Nótese que Bm es la densidad de flujo magnético B(80) en el campo magnético H=80 A/m. Cuando se utilizó así una cinta de aleación amorfa con base en Fe relativamente delgada, de 13 pm de espesor, la permeabilidad magnética pr(25) aumentó considerablemente y, además, se estabilizó el valor de la permeabilidad magnética pr (25). Por otro lado, independientemente del espesor de la cinta, Br/Bm excedió 0.9 y fue igual a 0.93. La alta permeabilidad magnética pr(25) con un espesor de 13 pm fue más de lo esperado. Con base en este conocimiento, la presente divulgación define el espesor de la cinta de aleación nanocristalina con base en Fe como uno de los medios para mejorar la permeabilidad magnética.As seen in FIG. 2B, the average magnetic permeability pr (25) exhibits a value generally equal to about 9 * 105 regardless of the longitudinal field heat treatment temperature. Br / Bm, calculated from the maximum magnetic flux density Bm and the residual magnetic flux density Br that were determined from the B-H curves, was 0.93 in each sample. Note that Bm is the magnetic flux density B (80) in the magnetic field H = 80 A / m. When a relatively thin 13 µm thick Fe-based amorphous alloy tape was thus used, the magnetic permeability pr (25) increased considerably and, furthermore, the value of the magnetic permeability pr (25) was stabilized. On the other hand, regardless of the thickness of the tape, Br / Bm exceeded 0.9 and was equal to 0.93. The high magnetic permeability pr (25) with a thickness of 13 pm was more than expected. Based on this knowledge, the present disclosure defines Fe-based nanocrystalline alloy tape thickness as one of the means to improve magnetic permeability.

De las muestras mostradas en la FIG. 2B, una muestra obtenida mediante el tratamiento térmico a 560 °C se denomina en lo sucesivo "Muestra 1". Los efectos de la intensidad del campo magnético longitudinal sobre las propiedades magnéticas se examinaron utilizando la Muestra 1.From the samples shown in FIG. 2B, a sample obtained by heat treatment at 560 ° C is hereinafter referred to as "Sample 1". The effects of longitudinal magnetic field strength on magnetic properties were examined using Sample 1.

La FIG. 3 es un gráfico que ilustra la variación de la permeabilidad magnética pr(25) de un núcleo tal, que las dimensiones del núcleo y las condiciones de tratamiento térmico eran las mismas que las de la Muestra 1 excepto por la intensidad del campo magnético longitudinal. La intensidad del campo magnético longitudinal se ajustó dentro del intervalo de 6 A/m a 115 A/m ajustando un campo magnético longitudinal que forma una corriente que fluye a través de un cable conductor (cable conductor para la formación de un campo magnético longitudinal) que se dispuso de tal manera que penetre a través de la abertura central de un elemento de núcleo en forma de anillo en el tratamiento térmico de campo longitudinal. El valor de (25) del núcleo a una intensidad de campo magnético longitudinal de no menos de 75 A/m como se muestra en la FIG. 3 es aproximadamente 9.5*105 Este valor es grande en comparación con el valor de pr (25) de la Muestra 1 que se muestra en la FIG. 2B (aproximadamente 8.7*105). Esta diferencia de valor probablemente se atribuya a la variación de las muestras de núcleos.FIG. 3 is a graph illustrating the variation of the magnetic permeability pr (25) of a core such that the dimensions of the core and the heat treatment conditions were the same as those of Sample 1 except for the intensity of the longitudinal magnetic field. The intensity of the longitudinal magnetic field was adjusted within the range of 6 A / m to 115 A / m by adjusting a longitudinal magnetic field that forms a current flowing through a conductive wire (conductive wire for the formation of a longitudinal magnetic field) that It was arranged such that it penetrates through the central opening of a ring-shaped core element in longitudinal field heat treatment. The value of (25) of the core at a longitudinal magnetic field intensity of not less than 75 A / m as shown in FIG. 3 is approximately 9.5 * 105 This value is large compared to the value of pr (25) from Sample 1 shown in FIG. 2B (about 8.7 * 105). This difference in value is probably attributed to the variation of the core samples.

Como se ve en la FIG. 3, cuando la intensidad del campo magnético longitudinal no es inferior a 80 A/m, la permeabilidad magnética pr(25) satura.As seen in FIG. 3, when the longitudinal magnetic field intensity is not less than 80 A / m, the magnetic permeability pr (25) saturates.

La FIG. 4 es un gráfico que ilustra la característica de temperatura de la permeabilidad magnética pr(T) del núcleo para cada muestra A donde el campo magnético longitudinal durante el tratamiento térmico de campo longitudinal fue de 19 A/m y la Muestra B (Muestra 1) donde el campo magnético longitudinal durante el tratamiento térmico de campo longitudinal fue de 230 A/m. En el gráfico, el eje horizontal representa la temperatura de medición T y el eje vertical representa la permeabilidad magnética (T).FIG. 4 is a graph illustrating the temperature characteristic of the magnetic permeability pr (T) of the core for each sample A where the longitudinal magnetic field during the longitudinal field heat treatment was 19 A / m and Sample B (Sample 1) where the longitudinal magnetic field during the longitudinal field heat treatment was 230 A / m. In the graph, the horizontal axis represents the measurement temperature T and the vertical axis represents the magnetic permeability (T).

Como se ve en la FIG. 4, en la Muestra A para la cual la intensidad del campo magnético longitudinal era relativamente pequeña, la permeabilidad magnética (T) disminuyó bruscamente a medida que aumentaba la temperatura de medición T. Donde la permeabilidad magnética de amplitud del núcleo medida a 100 °C estaba representada por pr(100), la permeabilidad magnética de amplitud del núcleo medida a 0 °C estaba representada por pr(0) y |(100) |jr(0)|/|jr(0) estaba representado por Ajr(100-0), Ajr(100-0) era aproximadamente 0.55. Por otro lado, en la Muestra B (Muestra 1) para la cual la intensidad del campo magnético longitudinal fue relativamente grande y la permeabilidad magnética jir(25) saturada y exhibió el valor máximo, la permeabilidad magnética (T) disminuyó a medida que aumentó la temperatura de medición T. Esta tendencia fue la misma que la de la muestra A. Sin embargo, Ajir(100-0) fue un valor pequeño, 0.14, y se suprimió la variación de la permeabilidad magnética dentro del intervalo de temperatura de uso de 0 °C a 100 °C, lo que resultó en excelentes características de temperatura.As seen in FIG. 4, in Sample A for which the longitudinal magnetic field intensity was relatively small, the magnetic permeability (T) decreased sharply as the measurement temperature T increased. Where the core amplitude magnetic permeability measured at 100 ° C was represented by pr (100), the core amplitude magnetic permeability measured at 0 ° C was represented by pr (0) and | (100) | jr (0) | / | jr (0) was represented by Ajr (100-0), Ajr (100-0) was approximately 0.55. On the other hand, in Sample B (Sample 1) for which the intensity of the longitudinal magnetic field was relatively large and the magnetic permeability jir (25) saturated and exhibited the maximum value, the magnetic permeability (T) decreased as it increased. the measurement temperature T. This trend was the same as that of sample A. However, Ajir (100-0) was a small value, 0.14, and the variation of magnetic permeability within the range of use temperature was suppressed 0 ° C to 100 ° C, resulting in excellent temperature characteristics.

La muestra A también exhibió una alta cuadratura como la Muestra B (Muestra 1), es decir, Br/Bm fue 0,93, de acuerdo con la curva B-H de corriente continua y tenía propiedades magnéticas tales que es probable que ocurra una desviación magnética.Sample A also exhibited high quadrature as Sample B (Sample 1), that is, Br / Bm was 0.93, consistent with the direct current BH curve and had magnetic properties such that magnetic deflection is likely to occur. .

Se descubrió a partir de los resultados descritos anteriormente que Br/Bm no se puede reducir cambiando la intensidad del campo magnético longitudinal.It was discovered from the results described above that Br / Bm cannot be reduced by changing the longitudinal magnetic field intensity.

Como se ve en lo anterior, cuando el espesor de la aleación amorfa con base en Fe no es más de 15 jim y la intensidad del campo magnético longitudinal durante el tratamiento térmico de cristalización se establece de manera que la aleación tenga una anisotropía magnética suficiente, se pueden lograr permeabilidad y excelentes características de temperatura. Sin embargo, el Br/Bm no disminuye y es probable que se produzca una desviación magnética. Son necesarias mejoras adicionales para los usos del núcleo del transformador de corriente.As seen from the above, when the thickness of the Fe-based amorphous alloy is not more than 15 jim and the longitudinal magnetic field intensity during the crystallization heat treatment is set so that the alloy has sufficient magnetic anisotropy, permeability and excellent temperature characteristics can be achieved. However, the Br / Bm does not decrease and a magnetic drift is likely to occur. Further improvements are needed for the uses of the current transformer core.

El presente inventor llevó a cabo con entusiasmo investigaciones exhaustivas y, como resultado, descubrió que mediante la realización de un proceso de fabricación que se describirá a continuación, se puede realizar un núcleo de transformador de corriente del cual se logra una permeabilidad magnética prácticamente suficientemente alta de manera estable dentro del intervalo de temperatura de uso, y Br/Bm se reduce considerablemente, aunque la permeabilidad magnética es menor que la lograda por el tratamiento térmico de campo longitudinal. Es decir, en primer lugar, el espesor de la aleación amorfa con base en Fe se controla para que no sea superior a 15 jim, y la intensidad del campo magnético longitudinal durante el proceso del tratamiento térmico de campo longitudinal se ajusta a tal punto que la aleación tiene una anisotropía magnética suficiente (por ejemplo, no menos de 100 A / m), por lo que se fabrica un núcleo en el que se puede realizar un valor relativamente alto de la permeabilidad magnética jr(25). A continuación, se realiza un tratamiento térmico de campo transversal apropiado en el núcleo, mediante el cual se realiza la reducción de Br/Bm. En la siguiente sección, los resultados de la medición se describen en detalle.The present inventor enthusiastically carried out extensive research and as a result found that by carrying out a manufacturing process which will be described below, a current transformer core can be made of which a practically sufficiently high magnetic permeability is achieved. stably within the use temperature range, and Br / Bm is greatly reduced, although the magnetic permeability is less than that achieved by longitudinal field heat treatment. That is, firstly, the thickness of the Fe-based amorphous alloy is controlled to be no more than 15 jim, and the longitudinal magnetic field intensity during the longitudinal field heat treatment process is adjusted to such a point that The alloy has a sufficient magnetic anisotropy (for example, not less than 100 A / m), so a core is manufactured in which a relatively high value of the magnetic permeability jr (25) can be realized. Next, an appropriate cross-field heat treatment is performed on the core, whereby the Br / Bm reduction is performed. In the next section, the measurement results are described in detail.

La FIG. 5 es un gráfico que ilustra un ejemplo de los perfiles de temperatura y la intensidad del campo magnético del tratamiento térmico de campo transversal en la presente realización. En el gráfico, el perfil de temperatura está representado por una línea continua y el perfil de intensidad del campo magnético está representado por una línea de puntos. En este ejemplo, se aplicó un campo magnético transversal de 160 kA/m al núcleo durante un período que incluye la totalidad del período donde aumentó la temperatura del núcleo, el período donde el núcleo se retuvo a una temperatura predeterminada de tratamiento térmico, y el período donde la temperatura del núcleo disminuyó (aproximadamente 4 horas). En el ejemplo de la FIG. 5, la temperatura del tratamiento térmico fue de 400 °C y el tiempo de retención fue de 1 hora y 30 minutos (90 minutos).FIG. 5 is a graph illustrating an example of the temperature profiles and magnetic field intensity of the cross-field heat treatment in the present embodiment. In the graph, the temperature profile is represented by a solid line and the magnetic field intensity profile is represented by a dotted line. In this example, a 160 kA / m transverse magnetic field was applied to the core for a period that includes the entire period where the core temperature increased, the period where the core was held at a predetermined heat treatment temperature, and the period where the core temperature decreased (approximately 4 hours). In the example of FIG. 5, the heat treatment temperature was 400 ° C and the retention time was 1 hour and 30 minutes (90 minutes).

La FIG. 6 es un gráfico que ilustra las curvas B-H de núcleos de transformadores de corriente obtenidas aplicando además un campo magnético transversal de acuerdo con el perfil ilustrado en la FIG. 5 para la Muestra 1 cuyas dimensiones del núcleo fueron el diámetro interior de 20 mm, el diámetro exterior de 30 mm y la altura de 10 mm, siendo establecido en 60 minutos, 90 minutos y 120 minutos, el tiempo durante el cual el núcleo se mantuvo a la temperatura de tratamiento térmico de 400 °C (tiempo de retención), y las curvas BH del núcleo de la Muestra 1 antes del tratamiento térmico de campo transversal. Las muestras con un tiempo de retención de 60 minutos, 90 minutos y 120 minutos son el Ejemplo 1, el Ejemplo 2 y el Ejemplo 3, respectivamente. La Tabla 1 presentada a continuación muestra, para las muestras respectivas, los valores de la densidad máxima de flujo magnético Bm, la densidad de flujo magnético residual Br, la coercitividad Hc y la relación de cuadratura Br/Bm, que se determinaron a partir de las curvas B-H de la FIG. 6. Bm es la densidad de flujo magnético B(80) en el campo magnético H=80 A/m.FIG. 6 is a graph illustrating the B-H curves of current transformer cores obtained by further applying a transverse magnetic field in accordance with the profile illustrated in FIG. 5 for Sample 1 whose core dimensions were the inner diameter of 20 mm, the outer diameter of 30 mm and the height of 10 mm, being set at 60 minutes, 90 minutes and 120 minutes, the time during which the core was maintained at the heat treatment temperature of 400 ° C (retention time), and the core BH curves of Sample 1 prior to cross-field heat treatment. Samples with a retention time of 60 minutes, 90 minutes, and 120 minutes are Example 1, Example 2, and Example 3, respectively. Table 1 presented below shows, for the respective samples, the values of the maximum magnetic flux density Bm, the residual magnetic flux density Br, the coercivity Hc and the quadrature ratio Br / Bm, which were determined from curves BH of FIG. 6. Bm is the magnetic flux density B (80) in the magnetic field H = 80 A / m.

T l 11T l 11

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Como se ve en la FIG. 6 y Tabla 1, al añadir el tratamiento térmico de campo transversal, la densidad de flujo magnético residual Br disminuye en comparación con la conseguida antes del tratamiento térmico. Dado que la variación de Bm es pequeña, Br/Bm puede disminuir a menos de 0.9. Al alargar el tiempo de retención del tratamiento térmico, la densidad de flujo magnético residual Br y Br/Bm se reduce aún más.As seen in FIG. 6 and Table 1, by adding cross-field heat treatment, the residual magnetic flux density Br decreases compared to that achieved before heat treatment. Since the variation in Bm is small, Br / Bm can decrease to less than 0.9. By lengthening the retention time of the heat treatment, the residual magnetic flux density Br and Br / Bm is further reduced.

La FIG. 7 es un gráfico que ilustra la relación entre el tiempo de retención del tratamiento térmico de campo transversal (400 °C) y |-ir(25) en los Ejemplos 1 a 3. La permeabilidad magnética jr(25) después del tratamiento térmico de campo longitudinal del núcleo medido (intensidad del campo magnético: 100 A/m) se satura con respecto a la intensidad del campo magnético y presenta el valor máximo. Este valor máximo, jr(máx) (25), fue de 9.5*105. Para cada tiempo de retención, se midieron jr(25) de dos muestras. La Tabla 2 muestra la relación entre el tiempo de retención y la permeabilidad magnética jr(25), jr(25)/jr(máx)(25).FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the retention time of the cross-field heat treatment (400 ° C) and | -ir (25) in Examples 1 to 3. The magnetic permeability jr (25) after heat treatment of longitudinal field of the measured core (magnetic field intensity: 100 A / m) saturates with respect to the magnetic field intensity and presents the maximum value. This maximum value, jr (max) (25), was 9.5 * 105. For each retention time, jr (25) from two samples were measured. Table 2 shows the relationship between retention time and magnetic permeability jr (25), jr (25) / jr (max) (25).

T l 21T l 21

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Como se ve en la FIG. 7 y Tabla 2, la permeabilidad magnética jr(25) disminuyó a medida que aumentaba el tiempo de retención del tratamiento térmico de campo transversal. La permeabilidad magnética jr(25) disminuye de manera monotónica con respecto al tiempo de retención. En este ejemplo, la permeabilidad magnética se puede estimar mediante la fórmula jr(25)=(10.5-0.05*t)x105 donde jr(25) es la permeabilidad magnética y t es el tiempo de retención (mín). En otras palabras, la permeabilidad magnética se puede ajustar controlando el tiempo de retención del tratamiento térmico de campo transversal.As seen in FIG. 7 and Table 2, the magnetic permeability jr (25) decreased as the retention time of the cross-field heat treatment increased. The magnetic permeability jr (25) decreases monotonic with respect to the retention time. In this example, the magnetic permeability can be estimated using the formula jr (25) = (10.5-0.05 * t) x105 where jr (25) is the magnetic permeability and t is the retention time (min). In other words, the magnetic permeability can be adjusted by controlling the retention time of the cross-field heat treatment.

La FIG. 8 es un gráfico que ilustra la dependencia de la temperatura de medición de la permeabilidad magnética de la muestra del Ejemplo 2, que es una de las muestras descritas anteriormente, donde la duración durante la cual la temperatura del tratamiento térmico se mantuvo a 400 °C (tiempo de retención) fue establecida en 90 minutos. FIG. 8 is a graph illustrating the dependence of the measurement temperature on the magnetic permeability of the sample of Example 2, which is one of the samples described above, where the duration during which the heat treatment temperature was maintained at 400 ° C (retention time) was set at 90 minutes.

Como se ve en este gráfico, en un amplio intervalo de aproximadamente -50 °C a aproximadamente 100 °C, la permeabilidad magnética aumenta generalmente de manera monotónica a medida que aumenta la temperatura de medición, y jr(100)-jr(0) tiene un valor positivo. A|jr(100-0) del núcleo del transformador de corriente medido a temperatura T(°C) en la presencia de un campo magnético de AC aplicado que tenía una frecuencia f = 50 Hz y una amplitud H = 1.0 A/m era aproximadamente 0.25. Asimismo, también en las muestras del Ejemplo 1 y del Ejemplo 3, Ajr(100-0) no fue más de 0.5.As seen from this graph, over a wide range from about -50 ° C to about 100 ° C, the magnetic permeability generally increases monotonic as the measurement temperature increases, and jr (100) -jr (0) has a positive value. A | jr (100-0) of the core of the current transformer measured at temperature T (° C) in the presence of an applied AC magnetic field having a frequency f = 50 Hz and an amplitude H = 1.0 A / m was about 0.25. Also, also in the samples of Example 1 and Example 3, Ajr (100-0) was not more than 0.5.

La FIG. 9 es un gráfico que ilustra la relación entre la intensidad del campo magnético en el tratamiento térmico de campo transversal y la permeabilidad magnética jr(25). Se produjo una cinta de aleación amorfa con base en Fe (espesor: 13 jm , ancho: 10 mm) que tenía la misma composición de aleación de Fe74Cu-iNb3Sh5.5B6.5 que la Muestra 1 pero que era de un lote de producción diferente. La cinta de aleación fue enrollada para formar un elemento de núcleo. El elemento de núcleo se sometió a un tratamiento térmico de campo longitudinal bajo las mismas condiciones que las de la Muestra 1. Además, se realizó un tratamiento térmico de campo transversal sobre el núcleo que había sido sometido al tratamiento térmico de campo longitudinal. En el tratamiento térmico, la temperatura de retención fue de 380 °C y el tiempo de retención fue de 90 minutos. Se muestra en el gráfico jr(25) de las muestras respectivas en los casos donde la intensidad del campo magnético transversal fue 80 kA/m (Ejemplo 4), 160 kA/m (Ejemplo 5) y 320 kA/m (Ejemplo 6). A medida que aumenta la intensidad del campo magnético, jr(25) disminuye de manera monotónica. Se entiende que la permeabilidad magnética del núcleo se puede ajustar controlando la intensidad del campo magnético transversal en el tratamiento térmico. En cada uno de los Ejemplos 4 a 6, el Br/Bm evaluado fue menor de 0.9. Br/Bm tenía una tendencia a disminuir a medida que aumentaba la intensidad del campo magnético. En cada uno de los Ejemplos 4 a 6, Ajr(100-0) no fue más de 0.5. En los Ejemplos 4 a 6, j r (25)/jr(máx) fue de 0.5 a 0.7. Aquí, la permeabilidad magnética jr(25) del núcleo después del tratamiento térmico de campo longitudinal (intensidad del campo magnético: 100 A/m) se saturó con respecto a la intensidad del campo magnético y presentó el valor máximo. (máx) (25) fue 8*105.FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between magnetic field intensity in cross-field heat treatment and magnetic permeability jr (25). An amorphous Fe-based alloy tape (thickness: 13 µm, width: 10 mm) was produced having the same alloy composition of Fe 74 Cu-iNb 3 Sh 5 . 5 B 6.5 than Sample 1 but was from a different production lot. The alloy tape was wound to form a core element. The core element was subjected to a longitudinal field heat treatment under the same conditions as those of Sample 1. In addition, a cross field heat treatment was performed on the core that had been subjected to the longitudinal field heat treatment. In the heat treatment, the retention temperature was 380 ° C and the retention time was 90 minutes. It is shown in the graph jr (25) of the respective samples in the cases where the intensity of the transversal magnetic field was 80 kA / m (Example 4), 160 kA / m (Example 5) and 320 kA / m (Example 6) . As the intensity of the magnetic field increases, jr (25) decreases in a monotonic way. It is understood that the magnetic permeability of the core can be adjusted by controlling the intensity of the transverse magnetic field in the heat treatment. In each of Examples 4 to 6, the Br / Bm evaluated was less than 0.9. Br / Bm had a tendency to decrease as the intensity of the magnetic field increased. In each of Examples 4 to 6, Ajr (100-0) was not more than 0.5. In Examples 4 to 6, jr (25) / jr (max) was 0.5 to 0.7. Here, the magnetic permeability jr (25) of the core after longitudinal field heat treatment (magnetic field intensity: 100 A / m) was saturated with respect to the magnetic field intensity and presented the maximum value. (max) (25) was 8 * 105.

Como se entiende a partir de la descripción anterior, un método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente de acuerdo con la presente divulgación incluye: el paso de proporcionar un elemento de núcleo formado enrollando o ubicando en capas una cinta de aleación amorfa con base en Fe cuyo espesor no es mayor de 15 jm y que se pueden convertir en nanocristales; un paso de tratamiento térmico de campo longitudinal que incluye realizar un tratamiento térmico sobre el elemento de núcleo en la presencia de un campo magnético aplicado en una dirección de trayectoria magnética del elemento de núcleo para cristalizar la aleación amorfa, obteniendo así un núcleo; y un paso de tratamiento térmico de campo transversal que incluye realizar un tratamiento térmico sobre el núcleo obtenido después del paso de tratamiento térmico de campo longitudinal en la presencia de un campo magnético aplicado en una dirección perpendicular a la dirección de la trayectoria magnética del núcleo, formando así un núcleo del transformador de corriente. Mediante el paso de tratamiento térmico de campo transversal, jir(25) se ajusta a un valor entre 0.4*jir(máx) (25) y 0.9*jir(máx) (25) donde jir(T) es la permeabilidad magnética de amplitud medida a temperatura T(°C) en la presencia de un campo magnético de AC aplicado de frecuencia f = 50 Hz y amplitud H=1.0 A/m, y jir(máx)(T) es jr(T ) después del paso de tratamiento térmico de campo longitudinal (antes del tratamiento térmico de campo transversal). Como resultado, se obtiene un núcleo de transformador de corriente que tiene unas características de temperatura tan excelentes que Ajir(100-0) no es más de 0.5 y Br/Bm es menor que 0.9 donde Ajir(100-0) es |jir(100)-jir (0)|/jir(0) medido después de la fabricación.As understood from the foregoing description, a method of manufacturing a current transformer core in accordance with the present disclosure includes: the step of providing a core element formed by winding or layering an amorphous alloy tape with base in Fe whose thickness is not greater than 15 jm and that can be turned into nanocrystals; a longitudinal field heat treatment step including performing a heat treatment on the core element in the presence of a magnetic field applied in a magnetic path direction of the core element to crystallize the amorphous alloy, thereby obtaining a core; and a cross-field heat treatment step that includes performing a heat treatment on the core obtained after the longitudinal field heat treatment step in the presence of a magnetic field applied in a direction perpendicular to the direction of the magnetic path of the core, thus forming a core of the current transformer. Using the cross-field heat treatment step, jir (25) is set to a value between 0.4 * jir (max) (25) and 0.9 * jir (max) (25) where jir (T) is the amplitude magnetic permeability measured at temperature T (° C) in the presence of an applied AC magnetic field of frequency f = 50 Hz and amplitude H = 1.0 A / m, and jir (max) (T) is jr (T) after the passage of Longitudinal field heat treatment (before cross-field heat treatment). As a result, a current transformer core is obtained that has such excellent temperature characteristics that Ajir (100-0) is not more than 0.5 and Br / Bm is less than 0.9 where Ajir (100-0) is | jir ( 100) -jir (0) | / jir (0) measured after manufacture.

La FIG. 10 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente de acuerdo con la presente divulgación. Como se describió anteriormente, en el paso S120, se proporciona un elemento de núcleo que se forma enrollando o ubicando en capas una cinta de aleación amorfa con base en Fe cuyo espesor no es superior a 15 jim.FIG. 10 is a flow chart illustrating an example of a current transformer core manufacturing method in accordance with the present disclosure. As described above, in step S120, a core element is provided which is formed by winding or layering an amorphous Fe-based alloy ribbon whose thickness is not more than 15 µm.

Luego, en el paso S140, se realiza un tratamiento térmico de campo longitudinal. La temperatura de tratamiento del tratamiento térmico de campo longitudinal se fija a una temperatura no menor que la temperatura de cristalización, es decir, dentro del intervalo de 510 a 600 °C. El tiempo de retención de la temperatura de tratamiento se establece dentro del intervalo de 5 minutos a 24 horas. Si es inferior a 5 minutos, es difícil obtener propiedades magnéticas con pequeñas variaciones entre los respectivos núcleos. Si es superior a 24 horas, la productividad se deteriora enormemente. La intensidad de un campo magnético longitudinal aplicado se establece dentro del intervalo de no menos de 100 A/m. Si la intensidad del campo magnético longitudinal es inferior a 100 A/m, existe la probabilidad de que la provisión de una anisotropía magnética sea insuficiente. Si la intensidad del campo magnético longitudinal supera los 300 A/m, es difícil realizar el tratamiento de forma estable.Then, in step S140, longitudinal field heat treatment is performed. The treatment temperature of the longitudinal field heat treatment is set at a temperature not lower than the crystallization temperature, that is, within the range of 510 to 600 ° C. The retention time of the treatment temperature is set within the range of 5 minutes to 24 hours. If it is less than 5 minutes, it is difficult to obtain magnetic properties with small variations between the respective cores. If it is longer than 24 hours, productivity deteriorates enormously. The intensity of an applied longitudinal magnetic field is set within the range of not less than 100 A / m. If the strength of the longitudinal magnetic field is less than 100 A / m, there is a probability that the provision of a magnetic anisotropy is insufficient. If the longitudinal magnetic field intensity exceeds 300 A / m, it is difficult to perform the treatment stably.

Luego, en el paso S160, se realiza un tratamiento térmico de campo transversal. La temperatura de tratamiento del tratamiento térmico de campo transversal se fija a una temperatura menor que la temperatura de cristalización, es decir, dentro del intervalo de no menos de 200 °C y menor que la temperatura del tratamiento térmico de campo longitudinal. Si es inferior a 200 °C, existe la probabilidad de que los efectos del tratamiento del campo magnético sean insuficientes. Si no es menor que la temperatura del tratamiento térmico de campo longitudinal, existe la probabilidad de que los efectos del tratamiento de campo magnético longitudinal disminuyan en gran medida y no se puedan lograr los efectos provocados por un tratamiento de campo magnético diferente, es decir, un tratamiento del campo magnético transversal realizado después del tratamiento de campo magnético longitudinal en la presente descripción. El tiempo de retención de la temperatura de tratamiento se establece dentro del intervalo de 20 minutos a 120 minutos. Si el tiempo de retención es inferior a 20 minutos, existe la probabilidad de que el efecto de aplicación del campo magnético (provisión de una anisotropía magnética) sea insuficiente. Si el tiempo de retención supera los 120 minutos, la productividad disminuye. La intensidad del campo magnético transversal aplicado se establece dentro del intervalo de 80-320 kA/m. Si la intensidad del campo magnético transversal es inferior a 80 kA/m, existe la probabilidad de que la provisión de una anisotropía magnética sea insuficiente. Si la intensidad del campo magnético transversal supera los 320 kA/m, es poco probable que se obtenga una intensidad de campo magnético estable y el tratamiento se vuelve difícil.Then, in step S160, a cross-field heat treatment is performed. The treatment temperature of the cross-field heat treatment is set at a temperature lower than the crystallization temperature, that is, within the range of not less than 200 ° C and lower than the temperature of the longitudinal field heat treatment. If it is less than 200 ° C, there is a probability that the effects of the magnetic field treatment will be insufficient. If it is not lower than the temperature of the longitudinal field heat treatment, there is a probability that the effects of the longitudinal magnetic field treatment will be greatly diminished and the effects caused by a different magnetic field treatment cannot be achieved, that is, a transverse magnetic field treatment performed after longitudinal magnetic field treatment in the present disclosure. The retention time of the treatment temperature is set within the range of 20 minutes to 120 minutes. If the retention time is less than 20 minutes, there is a probability that the effect of applying the magnetic field (provision of a magnetic anisotropy) is insufficient. If retention time exceeds 120 minutes, productivity decreases. The intensity of the applied transverse magnetic field is set within the range of 80-320 kA / m. If the intensity of the transverse magnetic field is less than 80 kA / m, there is a probability that the provision of a magnetic anisotropy is insufficient. If the transverse magnetic field intensity exceeds 320 kA / m, it is unlikely that a stable magnetic field intensity will be obtained and the treatment becomes difficult.

Entre el paso S140 y el paso S160, el núcleo se puede enfriar hasta aproximadamente la temperatura ambiente. Deseablemente, la aplicación del campo magnético transversal se continúa hasta que el núcleo se enfría lo suficiente a una temperatura no superior a 200 °C.Between step S140 and step S160, the core can be cooled to about room temperature. Desirably, the application of the transverse magnetic field is continued until the core is sufficiently cooled to a temperature of no more than 200 ° C.

Normalmente, cuando se utiliza, el núcleo del transformador de corriente se puede alojar en una caja que está hecha de resina, o similares, con el propósito de proteger el núcleo del transformador de corriente y aislar una bobina de los otros elementos del circuito. Un elemento de núcleo formado enrollando una cinta de aleación está formado por una capa de aleación continua alargada en forma de cinta y, por lo tanto, es ventajoso en términos de manejabilidad. Después de que el núcleo del transformador de corriente de la presente realización se aloja en una caja que está hecha de resina o similares, se forma una bobina alrededor del núcleo para detección, por lo que se puede fabricar un transformador de corriente.Normally, when used, the core of the current transformer can be housed in a box that is made of resin, or the like, for the purpose of protecting the core of the current transformer and isolating a coil from the other elements of the circuit. A core member formed by winding an alloy tape is formed by an elongated continuous alloy layer in the form of a tape and is therefore advantageous in terms of workability. After the core of the current transformer of the present embodiment is housed in a case that is made of resin or the like, a coil is formed around the core for detection, whereby a current transformer can be manufactured.

<Transformador de corriente><Current transformer>

(Ejemplo 7)(Example 7)

La FIG. 11A muestra un ejemplo de la estructura básica de un transformador 100 de corriente al que es aplicable la presente divulgación. El transformador 100 de corriente incluye típicamente un núcleo 10 en forma de anillo (cilíndrico) y un conductor 12 lateral secundario (bobina lateral secundaria) bobinado alrededor del núcleo 10 tal como se muestra en la FIG. 11A. El conductor 14 lateral primario, que es el objeto de la medición de corriente, se puede insertar típicamente de modo que se extienda a través de la abertura central del núcleo 10. El conductor 14 lateral primario se puede enrollar alrededor del núcleo 10 para hacer dos o más vueltas tal como es el conductor 12 lateral secundario. El conductor 14 lateral primario y el conductor 12 lateral secundario pueden ser un alambre conocido arbitrario cuya superficie está cubierta para aislamiento.FIG. 11A shows an example of the basic structure of a current transformer 100 to which the present disclosure is applicable. Current transformer 100 typically includes a ring-shaped (cylindrical) core 10 and a secondary side conductor 12 (secondary side coil) wound around core 10 as shown in FIG. 11A. The primary side conductor 14, which is the object of current measurement, can be inserted typically such that it extends through the central opening of core 10. Primary side conductor 14 can be wrapped around core 10 to make two or more turns as is secondary side conductor 12. The primary side conductor 14 and the secondary side conductor 12 may be an arbitrary known wire whose surface is covered for insulation.

En el ejemplo de la FIG. 11A, sólo se muestra esquemáticamente una parte de cada uno del conductor 14 lateral primario y del conductor 12 lateral secundario. El conductor 14 lateral primario mostrado tiene la forma de una varilla lineal, aunque la forma real del conductor 14 lateral primario no se limita a tal forma. Ambos extremos del conductor 14 lateral primario están acoplados eléctricamente con un cable, circuito, fuente de voltaje o fuente de corriente no mostrados.In the example of FIG. 11A, only a portion of each of the primary side conductor 14 and the secondary side conductor 12 is shown schematically. The primary side conductor 14 shown is in the shape of a linear rod, although the actual shape of the primary side conductor 14 is not limited to such a shape. Both ends of the primary side conductor 14 are electrically coupled with a wire, circuit, voltage source, or current source not shown.

Cuando una corriente eléctrica fluye a través del conductor 14 lateral primario mostrado en la FIG. 11A, se produce un campo magnético alrededor del conductor 14 lateral primario, y se forma una trayectoria magnética cerrada en el núcleo 10 en forma de anillo que tiene una alta permeabilidad magnética. Cuando una corriente alterna fluye a través del conductor 14 lateral primario, la densidad de flujo magnético en el núcleo 10 varía periódicamente de modo que se produce un voltaje AC en el conductor 12 lateral secundario. Como resultado, una corriente eléctrica fluye a través de un circuito no mostrado acoplado con el conductor 12 lateral secundario. La corriente eléctrica que fluye a través del conductor 14 lateral secundario se puede medir con base en la salida de voltaje o corriente al conductor 12 lateral secundario.When an electrical current flows through the primary side conductor 14 shown in FIG. 11A, a magnetic field is produced around the primary side conductor 14, and a closed magnetic path is formed in the ring-shaped core 10 having high magnetic permeability. When an alternating current flows through the primary side conductor 14, the magnetic flux density in the core 10 varies periodically so that an AC voltage is produced in the secondary side conductor 12. As a result, an electric current flows through a circuit not shown coupled with the secondary side conductor 12. The electrical current flowing through the secondary side conductor 14 can be measured based on the voltage or current output to the secondary side conductor 12.

La FIG. 11B muestra un ejemplo donde el transformador 100 de corriente se aplica a un transformador de corriente de fase cero (ZCT). En el ejemplo de la FIG. 11B, las corrientes eléctricas que fluyen a través de los conductores 14 laterales primarios de un sistema monofásico de dos líneas son objeto de medición. En el caso de un sistema monofásico de tres líneas, tres conductores laterales primarios están dispuestos de modo que se extiendan a través de la abertura del núcleo 10, aunque no se muestran. El transformador de corriente de fase cero es capaz de detectar una pérdida de corriente cuando una corriente anormal resultante de una fuga eléctrica fluye a través de los conductores 14 laterales primarios. La configuración del transformador 100 de corriente se puede diseñar de manera que, cuando fluya una pérdida de corriente de 30 miliamperios (mA) a la frecuencia de, por ejemplo, 50 Hz a través de los conductores 14 laterales primarios, un voltaje de 4 milivoltios (mV) se produce en el conductor 12 lateral secundario.FIG. 11B shows an example where the current transformer 100 is applied to a zero phase current transformer (ZCT). In the example of FIG. 11B, the electrical currents flowing through the primary side conductors 14 of a single-phase two-line system are measured. In the case of a single-phase three-line system, three primary side conductors are arranged to extend through the opening in core 10, but are not shown. The zero phase current transformer is capable of detecting a current loss when an abnormal current resulting from electrical leakage flows through the primary side conductors 14. The configuration of the current transformer 100 can be designed so that, when a loss of current of 30 milliamps (mA) flows at the frequency of, for example, 50 Hz through the primary side conductors 14, a voltage of 4 millivolts (mV) is produced in secondary side conductor 12.

<Disyuntor de fuga a tierra><Earth leakage breaker>

(Ejemplo 8)(Example 8)

La FIG. 12 muestra un ejemplo de configuración de circuito de un disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra que incluye el transformador 100 de corriente tal como se muestra en la FIG. 11B. Este disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra incluye un núcleo 10 de transformador de corriente, un conductor 12 lateral secundario bobinado alrededor del núcleo 10, un circuito 16 de detección acoplado al conductor 12 lateral secundario y un dispositivo 18 de desconexión acoplado al circuito 16 de detección.FIG. 12 shows an example circuit configuration of an earth leakage circuit breaker 20 that includes current transformer 100 as shown in FIG. 11B. This earth leakage circuit breaker 20 includes a current transformer core 10, a secondary side conductor 12 wound around core 10, a detection circuit 16 coupled to secondary side conductor 12, and a disconnect device 18 coupled to circuit 16. detection.

En el ejemplo de la FIG. 12, se suministra una corriente alterna desde un transformador 30 al disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra a través de cables de un sistema monofásico de dos líneas. El transformador 30 está acoplado, por ejemplo, a un sistema de potencia eléctrica para fines comerciales o cualquier otra fuente de potencia de AC. El disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra se ubica en una trayectoria eléctrica acoplada con una carga 40. La carga 40 puede ser un dispositivo electrónico o una máquina eléctrica que está configurada para recibir una potencia AC para su funcionamiento. El disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra se ubica, por ejemplo, en un cuadro de distribución. In the example of FIG. 12, an alternating current is supplied from a transformer 30 to the earth leakage circuit breaker 20 through wires of a single phase two line system. Transformer 30 is coupled, for example, to a commercial electrical power system or any other AC power source. The earth leakage circuit breaker 20 is located in an electrical path coupled with a load 40. The load 40 can be an electronic device or an electrical machine that is configured to receive AC power for operation. The earth leakage circuit breaker 20 is located, for example, in a switchboard.

En estado normal, la suma de las corrientes eléctricas que circulan por un par de conductores 14 laterales primarios es cero. En este caso, el dispositivo 18 de desconexión del disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra mantiene la trayectoria eléctrica en un estado conductor, y la carga 40 recibe una potencia AC del transformador 30. Cuando se produce una fuga eléctrica debido, por ejemplo, a aislamiento deteriorado de la carga 40, una corriente de pérdida de conexión a tierra fluye desde la carga 40. En consecuencia, el total de las corrientes eléctricas que fluyen a través del par de conductores 14 laterales primarios exhibe un valor significativo superior a cero, y como resultado, se produce un voltaje en el conductor 12 lateral secundario. Describiendo con base en el ejemplo descrito anteriormente, la configuración del transformador 100 de corriente está diseñada de tal manera que cuando una corriente alterna de 30 mA fluye a la frecuencia de, por ejemplo, 50 Hz como una pérdida de corriente, se produce un voltaje de 4 mV en el conductor 12 lateral secundario. En este caso, la pérdida de corriente de 30 mA se refiere a la diferencia entre las corrientes que fluyen a través del par de conductores 14 laterales primarios, en lugar de cada una de las corrientes que fluyen a través del par de conductores 14 laterales primarios.In the normal state, the sum of the electric currents flowing through a pair of primary lateral conductors 14 is zero. In this case, the disconnecting device 18 of the earth leakage circuit breaker 20 maintains the electrical path in a conductive state, and the load 40 receives AC power from the transformer 30. When an electrical leakage occurs due to, for example, At deteriorated insulation of the load 40, a ground fault current flows from the load 40. Consequently, the total of the electric currents that flow through the pair of primary lateral conductors 14 exhibits a significant value greater than zero, and as a result, a voltage is produced in the secondary side conductor 12. Describing based on the example described above, the configuration of the current transformer 100 is designed in such a way that when an alternating current of 30 mA flows at the frequency of, for example, 50 Hz as a current loss, a voltage is produced. 4 mV on secondary side conductor 12. In this case, the 30 mA current loss refers to the difference between the currents flowing through the pair of primary side conductors 14, rather than each of the currents flowing through the pair of primary side conductors 14 .

El circuito 16 de detección activa el dispositivo 18 de desconexión con base en el voltaje o corriente producida en el conductor 12 lateral secundario. Cuando el voltaje o corriente producida en el conductor 12 lateral secundario supera un umbral predeterminado, el circuito 16 de detección activa el dispositivo 18 de desconexión con el fin de cortar la corriente que fluye desde el transformador 30 hacia la carga 40. El disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra está configurado de tal manera que, cuando una corriente anormal es igual o superior a un valor predeterminado fluye a través del conductor 14 lateral primario debido a una fuga eléctrica, el disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra corta automáticamente la corriente durante un período de tiempo corto, por ejemplo, no más de 0.1 segundos.The sensing circuit 16 activates the disconnect device 18 based on the voltage or current produced in the secondary side conductor 12. When the voltage or current produced in the secondary side conductor 12 exceeds a predetermined threshold, the detection circuit 16 activates the disconnect device 18 in order to cut the current flowing from the transformer 30 to the load 40. The circuit breaker 20 of earth leakage circuit is configured in such a way that when an abnormal current is equal to or greater than a predetermined value it flows at through the primary side conductor 14 due to electrical leakage, the earth leakage circuit breaker 20 automatically cuts the current for a short period of time, for example, no more than 0.1 seconds.

Se requiere el transformador 100 de corriente usado en tal disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra para detectar apropiadamente la ocurrencia de una débil pérdida de corriente. La amplitud de la pérdida de corriente que se va a detectar está definida por las normas de los respectivos países. Si la permeabilidad magnética del núcleo 10 es baja, el voltaje que se produce en el conductor 12 lateral secundario cuando se produce una pérdida de corriente débil es baja, por lo que la aparición de la fuga eléctrica no puede detectarse adecuadamente. El límite superior de la permeabilidad magnética del núcleo 10 puede establecerse apropiadamente con base en el límite inferior de la pérdida de corriente que se va a detectar. Por ejemplo, cuando Br/Bm es menor que 0.9, el núcleo 10 tiene una alta permeabilidad magnética y, por lo tanto, el disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra puede tener una excelente función de corte de fugas. Además, dado que la variación de la permeabilidad magnética es pequeña dentro del intervalo de temperatura de 0 °C a 100 °C como se describió anteriormente, el disyuntor 20 de circuito de fuga a tierra puede tener una excelente función de corte de fugas, que es estable contra variación de temperatura.The current transformer 100 used in such an earth leakage circuit breaker 20 is required to properly detect the occurrence of a weak current loss. The amplitude of the current loss to be detected is defined by the regulations of the respective countries. If the magnetic permeability of the core 10 is low, the voltage that occurs in the secondary side conductor 12 when a weak current loss occurs is low, so the occurrence of electrical leakage cannot be adequately detected. The upper limit of the magnetic permeability of the core 10 can be appropriately set based on the lower limit of the current loss to be detected. For example, when Br / Bm is less than 0.9, the core 10 has a high magnetic permeability, and therefore the earth leakage circuit breaker 20 can have an excellent leakage cut-off function. Furthermore, since the magnetic permeability variation is small within the temperature range of 0 ° C to 100 ° C as described above, the earth leakage circuit breaker 20 can have excellent leakage cut-off function, which it is stable against temperature variation.

Capacidad de aplicación industrialIndustrial application capacity

La presente divulgación es aplicable a un transformador de corriente que puede usarse en un disyuntor de fuga a tierra y a un núcleo que es adecuado para el transformador de corriente.The present disclosure is applicable to a current transformer that can be used in an earth leakage circuit breaker and to a core that is suitable for the current transformer.

Lista de señales de referenciaReference signal list

10 núcleo de transformador de corriente10 core current transformer

12 conductor lateral secundario (bobina lateral secundaria)12 secondary side conductor (secondary side coil)

14 conductor lateral primaria14 primary side driver

16 circuito de detección16 detection circuit

18 dispositivo de desconexión18 disconnect device

20 disyuntor de circuito de fuga a tierra20 earth leakage circuit breaker

30 transformador30 transformer

40 carga40 load

100 transformador de corriente 100 current transformer

Claims (4)

REIVINDICACIONES 1. Un método de fabricación de un núcleo de transformador de corriente, que comprende:1. A method of manufacturing a current transformer core, comprising: el paso de proporcionar un elemento de núcleo formado por enrollamiento o ubicación en capas de una cinta de aleación amorfa con base en Fe cuyo espesor no sea superior a 15 jm y que pueda convertirse en nanocristales; un paso de tratamiento térmico de campo longitudinal que incluye calentar el elemento de núcleo a no menos de una temperatura de cristalización y dentro del intervalo de 510 °C a 600 °C durante 5 minutos a 24 horas en la presencia de un campo magnético de no menos de 100 A/m aplicados en una dirección de trayectoria magnética del elemento de núcleo, formando así un núcleo; ythe step of providing a core element formed by winding or layering an amorphous Fe-based alloy ribbon whose thickness is not greater than 15 µm and which can be converted into nanocrystals; a longitudinal field heat treatment step that includes heating the core element to not less than a crystallization temperature and within the range of 510 ° C to 600 ° C for 5 minutes to 24 hours in the presence of a magnetic field of no less than 100 A / m applied in a magnetic path direction of the core element, thus forming a core; Y un paso de tratamiento térmico de campo transversal que incluye, después del paso de tratamiento térmico de campo longitudinal, calentar el núcleo a una temperatura inferior a la temperatura de cristalización y a no menos de 200 °C durante 20 minutos a 120 minutos en la presencia de un campo de no menos de 80 kA/m aplicado en una dirección perpendicular a la dirección de la trayectoria magnética del núcleo, formando así un núcleo de transformador de corriente,a cross-field heat treatment step that includes, after the longitudinal field heat treatment step, heating the core to a temperature below the crystallization temperature and not less than 200 ° C for 20 minutes to 120 minutes in the presence of a field of not less than 80 kA / m applied in a direction perpendicular to the direction of the magnetic path of the core, thus forming a current transformer core, donde jr(25) se ajusta mediante el paso de tratamiento térmico de campo transversal a un valor entre 0.4*jr(máx)(25) y 0.9*jr(máx)(25) y jr(25)>4*105 donde jr(máx)(T) es jr(T ) logrado por el paso de tratamiento térmico de campo longitudinal, y jr(T ) es una permeabilidad magnética de amplitud del núcleo medida a una temperatura T(°C) en la presencia de un campo magnético de AC de frecuencia f=50 Hz y amplitud H=1.0 A/m,where jr (25) is adjusted by the cross-field heat treatment step to a value between 0.4 * jr (max) (25) and 0.9 * jr (max) (25) and jr (25)> 4 * 105 where jr (max) (T) is jr (T) achieved by the longitudinal field heat treatment step, and jr (T) is a core amplitude magnetic permeability measured at a temperature T (° C) in the presence of a field AC magnetic with frequency f = 50 Hz and amplitude H = 1.0 A / m, en el que la composición de la aleación nanocristalina con base en Fe está representada por la siguiente fórmula:in which the composition of the Fe-based nanocrystalline alloy is represented by the following formula: (Fe1-aMa)100-x-y-z-a-p-YCuxSiyBzM'aM"pXY (% en átomos)(Fe 1 -aMa) 100 -xyzap-YCuxSiyBzM'aM "pXY (% in atoms) donde M es Co y/o Ni, M' es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti y Mo, M" es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en V, Cr, Mn, Al, elementos del grupo del platino, Sc, Y, elementos de tierras raras, Au, Zn, Sn y Re, X es al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en C, Ge, P, Ga, Sb, En, As y Be, ywhere M is Co and / or Ni, M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti and Mo, M "is at least one element selected from the group consisting of V , Cr, Mn, Al, elements of the platinum group, Sc, Y, rare earth elements, Au, Zn, Sn and Re, X is at least one element selected from the group consisting of C, Ge, P, Ga, Sb, En, As and Be, and los factores que definen la composición, a, x, y, z, a, p y y, cumplen respectivamente las siguientes condiciones: 0<a<0.5the factors that define the composition, a, x, y, z, a, p and y, respectively fulfill the following conditions: 0 <a <0.5 0.1<x<30.1 <x <3 10<y<2010 <and <20 5<z<105 <z <10 0.1<a<50.1 <to <5 0<p<100 <p <10 0<y<10, y0 <and <10, and en el que la cinta de aleación amorfa con base en Fe se forma a partir de una aleación fundida mediante un método de enfriamiento rápido por líquido.wherein the Fe-based amorphous alloy ribbon is formed from a molten alloy by a liquid quenching method. 2. El método de la reivindicación 1, en el que Ajr(100-0) no es más de 0.5 donde Ajr(100-0) es |jr(100)-jr(0)|/jr(0) de un núcleo de transformador de corriente fabricado.2. The method of claim 1, wherein Ajr (100-0) is not more than 0.5 where Ajr (100-0) is | jr (100) -jr (0) | / jr (0) of a kernel of manufactured current transformer. 3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que un circuito B-H tiene una forma curva.3. The method of claim 1 or 2, wherein a B-H circuit has a curved shape. 4. El método de la reivindicación 1, en el que a=0. 4. The method of claim 1, wherein a = 0.
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