專利名稱：剩余電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斷路器領(lǐng)域，具體涉及一種剩余電流互感器。
背景技術(shù)：
目前常見的剩余電流互感器大多使用具有均勻電磁場的環(huán)形骨架及線圈，此類剩余電流互感器一般用于電流規(guī)格相對較小的塑殼斷路器。而對于框架斷路器，由于內(nèi)部空間有限，同時考慮到在運行大電流時母線產(chǎn)生較高的溫升、電氣絕緣以及安裝方便等因素，框架斷路器用剩余電流互感器一般安裝于斷路器外部且外形為矩形。傳統(tǒng)的剩余電流互感器是測量線圈均勻地繞在磁芯組件上，如圖1所示。這樣在實際工作中，由于產(chǎn)生假的剩余電流，導(dǎo)致斷路器控制器采樣到足夠大的假的剩余電流而引起斷路器的誤動作。產(chǎn)生假的剩余電流的因素有如下幾種
(1)一次載流導(dǎo)體在鐵芯窗口中的位置不居中或到各邊距離不相同，或者二次繞組在鐵芯上分布不均勻，這些都可能造成磁路不對稱，導(dǎo)致磁路局部飽和，在二次繞組中生成假的剩余電流；
(2)由于母線安裝空間的限制，在剩余電流互感器較近處彎曲，使母線中電流的磁場方向發(fā)生改變，特別是母線中電流很大時(例如大于六倍額定電流)時，在剩余電流互感器附近會產(chǎn)生較大的雜散磁場，破壞整個磁場的對稱性，使剩余電流互感器的磁路局部飽和，在二次繞組中生成假的剩余電流；
(3)剩余電流互感器附近有大電流導(dǎo)體或鐵磁物質(zhì)均會產(chǎn)生假的剩余電流。因為大電流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場或鐵磁物質(zhì)所形成的磁分路，都會破壞整個磁場的對稱性，從而產(chǎn)生假的剩余電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種剩余電流互感器，此剩余電流互感器能夠抑制屏蔽雜散磁場的干擾，減小假的剩余電流值，提高斷路器工作的可靠性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種剩余電流互感器，包括磁芯組件、線圈組件和屏蔽組件，線圈組件環(huán)繞于矩形的磁芯組件外表面，所述屏蔽組件包括平衡繞組線圈和屏蔽環(huán)，磁芯組件和線圈組件位于屏蔽環(huán)的屏蔽腔內(nèi)，平衡繞組線圈環(huán)繞于屏蔽環(huán)外表面。所述線圈組件包括試驗線圈和測量線圈，此測量線圈位于試驗線圈外側(cè)并環(huán)繞于磁芯組件外表面，測量線圈由沿第一方向纏繞的左側(cè)分繞組線圈、沿第二方向纏繞的右側(cè)分繞組線圈、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的上側(cè)分繞組線圈、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的下側(cè)分繞組線圈組成；并聯(lián)連接的左側(cè)分繞組線圈和右側(cè)分繞組線圈位于并聯(lián)連接的兩個上側(cè)分繞組線圈與并聯(lián)連接的兩個下側(cè)分繞組線圈之間；所述兩個上偵扮繞組線圈之間的接點作為輸出端，所述兩個下側(cè)分繞組線圈之間的接點作為輸出端。上述技術(shù)方案中進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案如下1、上述方案中，所述平衡繞組線圈由并聯(lián)連接的左側(cè)平衡分繞組線圈和右側(cè)平衡分繞組線圈，此左側(cè)平衡分繞組線圈沿第二方向纏繞，此右側(cè)平衡分繞組線圈沿第一方向纏繞。2、上述方案中，所述測量線圈各分繞組線圈長度基本相同。3、上述方案中，所述磁芯組件由磁芯、鋁合金保護(hù)盒和上蓋組成，磁芯位于由鋁合金保護(hù)盒和上蓋組成的腔體內(nèi)。4、上述方案中，所述第一方向為順時針方向，所述第二方向為逆時針方向；或者，所述第一方向為逆時針方向，所述第二方向為順時針方向。5、上述方案中，所述屏蔽環(huán)的屏蔽腔由外屏蔽環(huán)、內(nèi)屏蔽環(huán)、下屏蔽環(huán)和上屏蔽環(huán)組成。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果
本發(fā)明剩余電流互感器減小外部干擾，進(jìn)而改善測量誤差。測量線圈分為基本相同的六段，如圖2所示。線圈15與16、17與18、21與22分別匝數(shù)、繞線規(guī)格相同但繞向相反。線圈15、17、21繞向相同。線圈16、18、22繞向相同。在實際工作中，剩余電流互感器一般會受到鄰近大電流磁場的干擾，如圖4所示。鄰近電流Iw磁場產(chǎn)生的雜散磁通經(jīng)剩余電流互感器的A處進(jìn)入，B處流出，鐵芯中的雜散磁通Φ2、Φ2,方向相反。鄰近電流Iw產(chǎn)生的雜散磁通在測量線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流ICV的等效示意圖如圖5所示，三對線圈15與16、17與18、21與22分別感應(yīng)生成電流Ix與Ix'、Iy與Iy'、Iz與Iz'，由于三對線圈分別匝數(shù)、繞線規(guī)格相同，但繞向相反，所以Ix與Ix'、Iy與Iy'、Iz與Iz'分別大小基本相等但方向相反,最終得到10' =Ix+]^'=Iy+Iy' =Iz+Iz/ 0，也就是說上述測量線圈的繞線方式可以屏蔽鄰近電流Iw產(chǎn)生的雜散磁通干擾。 同時，實際工作中的母線位置如圖7所示。當(dāng)母線中的電流11、12幅值很大時，在靠近剩余電流互感器處會形成很大的磁場，由于安裝空間的影響，穿過剩余電流互感器的母線在距剩余電流互感器較近處彎曲，使母線中電流的磁場方向發(fā)生改變，破壞剩余電流互感器附近整個磁場的對稱性，產(chǎn)生了較大的雜散磁場，雜散磁場會導(dǎo)致剩余電流互感器磁路的局部飽和，使二次線圈感應(yīng)出電動勢，從而產(chǎn)生假的剩余電流，使脫扣器誤動作。為了避免上述情況，在剩余電流互感器外增加屏蔽環(huán)13，屏蔽環(huán)13包裹住測量線圈鐵芯組件10的上下、內(nèi)外面，如圖8所示。當(dāng)11、12中的電流值很大時，產(chǎn)生的雜散磁場由于屏蔽環(huán)的屏蔽作用，不會導(dǎo)致剩余電流互感器磁路的局部飽和，進(jìn)而產(chǎn)生假的剩余電流。然而，當(dāng)剩余電流互感器穿過的大電流11、12至上萬安培甚至更高時，產(chǎn)生的雜散磁場將非常大，一方面由于剩余電流互感器安裝空間的限制，另一方面由于成本的考慮(理論上屏蔽環(huán)越厚屏蔽效果越好)，因此使用有限厚度屏蔽環(huán)的剩余電流互感器在穿過的大電流
11、12至上萬安培甚至更高時，屏蔽環(huán)飽和不能完全將產(chǎn)生的雜散磁場屏蔽，導(dǎo)致剩余電流互感器磁路的局部飽和，進(jìn)而產(chǎn)生假的剩余電流使脫扣器誤動作。因此為了延緩屏蔽環(huán)的飽和趨勢，在屏蔽環(huán)外層繞制了兩組平衡繞組線圈19與20，如圖9所示。平衡繞組線圈19與20左右對稱繞制，匝數(shù)、繞線規(guī)格相同，繞向相反，并聯(lián)連接，組成平衡繞組11。平衡繞組11和屏蔽環(huán)13組成屏蔽組件14。在雜散磁場的干擾下，平衡繞組線圈19與20雖然匝數(shù)相同繞向相反，理論上在同一磁場中感應(yīng)的電動勢數(shù)值相等方向相反正好抵消，但是由于雜散磁場方向錯落無章，導(dǎo)致平衡繞組線圈19與20感應(yīng)的電動勢并不能完全抵消，在兩組線圈中感應(yīng)生成一定的電流，根據(jù)楞次定律，處于磁場中的導(dǎo)線會感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反，平衡一部分外來磁勢，同時也有效延緩了屏蔽環(huán)的飽和趨勢，屏蔽環(huán)基本將產(chǎn)生的雜散磁場屏蔽掉，使內(nèi)部的測量繞組免受外部雜散磁場的干擾產(chǎn)生假的剩余電流。另外，由于平衡繞組線圈19與20匝數(shù)相同繞向相反，當(dāng)遇到真正的剩余電流即Il+I2=Id時，在平衡繞組線圈19與20內(nèi)感應(yīng)的電動勢數(shù)值相等方向相反完全抵消，故線圈中不會感應(yīng)生成電流，也就不會感應(yīng)磁場抵消真正的剩余電流產(chǎn)生的磁場，進(jìn)而影響測量繞組的測量精度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)測量線圈示意 圖2為本發(fā)明的測量線圈示意 圖3為本發(fā)明的測量線圈繞組等效示意 圖4為干擾示意 圖5為干擾等效不意 圖6為理想狀態(tài)的剩余電流互感器示意 圖7為雜散磁場產(chǎn)生不意 圖8帶屏蔽環(huán)的互感器示意圖 圖9為本發(fā)明的屏蔽罩上繞線圈的互感器示意圖 圖10為本發(fā)明的互感器的截面示意 圖11為本發(fā)明剩余電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖。以上附圖中1、外屏蔽環(huán)；2、下屏蔽環(huán)；3、內(nèi)屏蔽環(huán)；4、鋁合金保護(hù)盒；5、磁芯；6、上蓋；7、上屏蔽環(huán)；8、測量線圈；9、試驗線圈；10、磁芯組件；11、平衡繞組線圈；12、線圈組件；13、屏蔽環(huán)；14、屏蔽組件；15、上左側(cè)分繞組線圈；16、上右側(cè)分繞組線圈；17、側(cè)左側(cè)分繞組線圈；18、側(cè)右側(cè)分繞組線圈；19、左側(cè)平衡分繞組線圈；20、右側(cè)平衡分繞組線圈，21、下左側(cè)分繞組線圈；22、下右側(cè)分繞組線圈。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實施例一種剩余電流互感器，包括磁芯組件10、線圈組件12和屏蔽組件14，線圈組件12環(huán)繞于矩形的磁芯組件10外表面，所述屏蔽組件14包括平衡繞組線圈11和屏蔽環(huán)13，磁芯組件10和線圈組件12位于屏蔽環(huán)13的屏蔽腔內(nèi)，平衡繞組線圈11環(huán)繞于屏蔽環(huán)13外表面；
所述線圈組件12包括試驗線圈9和測量線圈8，此測量線圈8位于試驗線圈9外側(cè)并環(huán)繞于磁芯組件10外表面，測量線圈8由沿第一方向纏繞的左側(cè)分繞組線圈15、沿第二方向纏繞的右側(cè)分繞組線圈16、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的上側(cè)分繞組線圈17、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的下側(cè)分繞組線圈18組成；并聯(lián)連接的左側(cè)分繞組線圈15和右側(cè)分繞組線圈16位于并聯(lián)連接的兩個上側(cè)分繞組線圈17與并聯(lián)連接的兩個下側(cè)分繞組線圈18之間；所述兩個上側(cè)分繞組線圈17之間的接點作為上側(cè)輸出端， 所述兩個下側(cè)分繞組線圈18之間的接點作為下側(cè)輸出端。上述平衡繞組線圈11由并聯(lián)連接的左側(cè)平衡分繞組線圈19和右側(cè)平衡分繞組線圈20組成，此左側(cè)平衡分繞組線圈19沿第二方向纏繞，此右側(cè)平衡分繞組線圈20沿第一方向纏繞。上述第一方向為順時針方向，所述第二方向為逆時針方向；或者，所述第一方向為逆時針方向，所述第二方向為順時針方向。如圖2所示。測量線圈分為基本相同的六段。線圈15與16、17與18、21與22分別匝數(shù)、繞線規(guī)格相同但繞向相反，Φ1為被測剩余電流Id產(chǎn)生的磁通，L1、L2為測量線圈的輸出端，接采樣電阻。測量線圈的等效示意圖如圖3所示。被測剩余電流Id通過磁場感應(yīng)在測量線圈感應(yīng)生成的電流I0=la+Ia' =Ib+lY =Ic+Ic/。正常測量時L1、L2兩端接采樣電阻，感應(yīng)電流IO流經(jīng)采樣電阻產(chǎn)生電壓壓降，供后級電路處理。當(dāng)剩余電流互感器受到鄰近大電流Iw磁場的干擾時，如圖4所示，鄰近電流Iw磁場產(chǎn)生的雜散磁通經(jīng)剩余電流互感器的A處進(jìn)入，B處流出，鐵芯中的雜散磁通Φ2、Φ2,方向相反。鄰近電流Iw產(chǎn)生的雜散磁通在測量線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流10'的等效示意圖如圖5所示，三對線圈15與16、17與18、21與22分別感應(yīng)生成電流Ix與Ix'、Iy與Iy'、Iz與Iz'，由于三對線圈分別匝數(shù)、繞線規(guī)格相同，但繞向相反，所以Ix與Ix'、Iy與Iy'、Iz與Iz'分別大小基本相等但方向相反，最終得到10' = Ix+Ix' = Iy+Iy' =Iz+Iz/ ^ O,也就是說上述測量線圈的繞線方式可以屏蔽鄰近電流Iw產(chǎn)生的雜散磁通干擾。在實際繞線時，由于矩形轉(zhuǎn)角處到中心電流Id處的距離最大，所以轉(zhuǎn)角處的磁場最弱，我們一般通過在轉(zhuǎn)角處線圈繞的密些的方式來進(jìn)行補(bǔ)償。上述磁芯組件10由磁芯5、鋁合金保護(hù)盒4和上蓋6組成，磁芯5位于由鋁合金保護(hù)盒4和上蓋6組成的腔體內(nèi)。

剩余電流互感器的截面如圖10，剩余電流互感器結(jié)構(gòu)圖11所示。磁芯5通過一定的熱處理工藝后裝于鋁合金保護(hù)盒4內(nèi)，蓋上蓋6后用黃臘帶密繞，組成磁芯組件10。在磁芯組件10上先繞試驗線圈9，在試驗線圈9上繞一層黃臘帶后，繞制測量線圈8，每段的匝數(shù)及距離相同，繞法見圖2，其外用黃臘帶密繞，組成線圈組件12。外屏蔽環(huán)1、內(nèi)屏蔽環(huán)3，下屏蔽環(huán)2組成屏蔽腔，腔內(nèi)放入帶磁芯組件的線圈組件12，再蓋上上屏蔽環(huán)7，密繞黃臘帶。在屏蔽環(huán)外繞平衡繞組11，平衡繞組11圈數(shù)與測量線圈圈數(shù)相關(guān)，平衡繞組用扁平漆包線要滿足正常工作時繞組上電流< 4A/mm2，平衡繞組線圈繞一定匝數(shù)后短接。當(dāng)I1、12中的電流值很大時，產(chǎn)生的雜散磁場由于屏蔽環(huán)的屏蔽作用，不會導(dǎo)致剩余電流互感器磁路的局部飽和，進(jìn)而產(chǎn)生假的剩余電流。然而，當(dāng)剩余電流互感器穿過的大電流I1、12至上萬安培甚至更高時，產(chǎn)生的雜散磁場將非常大，一方面由于剩余電流互感器安裝空間的限制，另一方面由于成本的考慮(理論上屏蔽環(huán)越厚屏蔽效果越好)，因此使用有限厚度屏蔽環(huán)的剩余電流互感器在穿過的大電流I1、12至上萬安培甚至更高時，屏蔽環(huán)飽和不能完全將產(chǎn)生的雜散磁場屏蔽，導(dǎo)致剩余電流互感器磁路的局部飽和，進(jìn)而產(chǎn)生假的剩余電流使脫扣器誤動作。因此為了延緩屏蔽環(huán)的飽和趨勢，在屏蔽環(huán)外層繞制了兩組平衡繞組線圈19與20，如圖9所示。平衡繞組線圈19與20左右對稱繞制，匝數(shù)、繞線規(guī)格相同，繞向相反，組成平衡繞組11。平衡繞組11和屏蔽環(huán)13組成屏蔽組件14。在雜散磁場的干擾下，平衡繞組線圈19與20雖然匝數(shù)相同繞向相反，理論上在同一磁場中感應(yīng)的電動勢數(shù)值相等方向相反正好抵消，但是由于雜散磁場方向錯落無章，導(dǎo)致平衡繞組線圈19與20感應(yīng)的電動勢并不能完全抵消，在兩組線圈中感應(yīng)生成一定的電流，根據(jù)楞次定律，處于磁場中的導(dǎo)線會感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反，平衡一部分外來磁勢，同時也有效延緩了屏蔽環(huán)的飽和趨勢，屏蔽環(huán)基本將產(chǎn)生的雜散磁場屏蔽掉，使內(nèi)部的測量繞組免受外部雜散磁場的干擾產(chǎn)生假的剩余電流。另外，由于平衡繞組線圈19與20匝數(shù)相同繞向相反，當(dāng)遇到真正的剩余電流即Il+I2=Id時，在平衡繞組線圈19與20內(nèi)感應(yīng)的電動勢數(shù)值相等方向相反完全抵消，故線圈中不會感應(yīng)生成電流，也就不會感應(yīng)磁場抵消真正的剩余電流產(chǎn)生的磁場，進(jìn)而影響測量繞組的測量精度。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或 修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種剩余電流互感器，其特征在于包括磁芯組件(10)、線圈組件(12)和屏蔽組件 (14)，線圈組件(12)環(huán)繞于矩形的磁芯組件(10)外表面，所述屏蔽組件(14)包括平衡繞組線圈(11)和屏蔽環(huán)(13)，磁芯組件(10)和線圈組件(12)位于屏蔽環(huán)(13)的屏蔽腔內(nèi)，平衡繞組線圈(11)環(huán)繞于屏蔽環(huán)(13)外表面；所述線圈組件(12)包括測量線圈(8)，此測量線圈(8)環(huán)繞于磁芯組件(10)外表面，測量線圈(8)由沿第一方向纏繞的左側(cè)分繞組線圈(15)、沿第二方向纏繞的右側(cè)分繞組線圈 (16)、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的上側(cè)分繞組線圈(17)、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的下側(cè)分繞組線圈(18)組成，上述第一方向和第二方向相反；并聯(lián)連接的左側(cè)分繞組線圈(15)和右側(cè)分繞組線圈(16)聯(lián)接于并聯(lián)連接的兩個上側(cè)分繞組線圈(17) 與并聯(lián)連接的兩個下側(cè)分繞組線圈(18)之間；所述兩個上側(cè)分繞組線圈(17)之間的接點作為上側(cè)輸出端(LI)，所述兩個下側(cè)分繞組線圈(18)之間的接點作為下側(cè)輸出端(L2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余電流互感器，其特征在于所述平衡繞組線圈(11)由并聯(lián)連接的左側(cè)平衡分繞組線圈(19)和右側(cè)平衡分繞組線圈(20)，此左側(cè)平衡分繞組線圈 (19)沿第二方向纏繞，此右側(cè)平衡分繞組線圈(20)沿第一方向纏繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剩余電流互感器，其特征在于所述第一方向為順時針方向， 所述第二方向為逆時針方向；或者，所述第一方向為逆時針方向，所述第二方向為順時針方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剩余電流互感器，其特征在于所述測量線圈(8)各分繞組線圈長度基本相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剩余電流互感器，其特征在于所述磁芯組件(10)由磁芯(5)、鋁合金保護(hù)盒(4)和上蓋(6)組成，磁芯(5)位于由鋁合金保護(hù)盒(4)和上蓋(6)組成的腔體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剩余電流互感器，其特征在于所述屏蔽環(huán)(13)的屏蔽腔由外屏蔽環(huán)(I)、內(nèi)屏蔽環(huán)(3)、下屏蔽環(huán)(2)和上屏蔽環(huán)(7)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種剩余電流互感器，包括磁芯組件、線圈組件和屏蔽組件，線圈組件環(huán)繞于矩形的磁芯組件外表面；所述線圈組件包括試驗線圈和測量線圈，此測量線圈位于試驗線圈外側(cè)并環(huán)繞于磁芯組件外表面，測量線圈由沿第一方向纏繞的左側(cè)分繞組線圈、沿第二方向纏繞的右側(cè)分繞組線圈、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的上側(cè)分繞組線圈、兩個分別沿第一方向和第二方向纏繞的下側(cè)分繞組線圈組成；并聯(lián)連接的左側(cè)分繞組線圈和右側(cè)分繞組線圈位于并聯(lián)連接的兩個上側(cè)分繞組線圈與并聯(lián)連接的兩個下側(cè)分繞組線圈之間。本發(fā)明剩余電流互感器能夠抑制了屏蔽組件的飽和度，降低測量誤差，提高斷路器的可靠性。
文檔編號H01F27/28GK103050265SQ20121058560
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者殷建強(qiáng), 鄧國平, 金建達(dá), 周龍明, 葉文杰 申請人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)