專利名稱：帶特殊磁芯材料的差分電流保護(hù)開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稱為DI開(kāi)關(guān)的差分電流保護(hù)開(kāi)關(guān)，它以累加電流互感器和在該累加電流互感器的次級(jí)繞組的一個(gè)次級(jí)電路中接入的釋放機(jī)構(gòu)來(lái)工作。為保護(hù)導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)設(shè)置在初級(jí)電路中。
DI開(kāi)關(guān)以電子分析或電子放大電路工作，并需要一個(gè)電源為其輔助電路(Bordnetz)供電。但是除去交流故障電流和脈沖直流故障電流之外它也允許通過(guò)特別的調(diào)諧或者特別的防護(hù)措施采集和觸發(fā)濾波直流故障電流。在實(shí)踐中，人們想設(shè)置一些單元，這些單元被調(diào)諧用于采集交流故障電流和脈沖直流故障電流，以及另一些用于采集濾波直流故障電流的單元。在傳統(tǒng)的累加電流互感器中裝備的采集交流故障電流和脈沖故障電流的單元由于濾波直流故障電流使得在其釋放時(shí)不靈敏，這是很不利的。
本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種對(duì)交流電流敏感或者對(duì)交流和脈沖電流敏感的DI開(kāi)關(guān)，其累加電流互感器裝備一個(gè)磁芯材料，在對(duì)直流電流敏感的差分電流裝置的觸發(fā)極限內(nèi)的濾波直流故障電流不會(huì)對(duì)這種磁芯材料相應(yīng)于交流故障電流和脈沖故障電流的敏感性產(chǎn)生不允許的影響。本發(fā)明的另一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)一種差分電流保護(hù)開(kāi)關(guān)，其額定故障電流在寬范圍內(nèi)，尤其在30mA和3A之間可以調(diào)整，而不必在調(diào)整不同的額定故障電流時(shí)丟棄設(shè)計(jì)原則。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即通過(guò)采用一種差分電流保護(hù)開(kāi)關(guān)-DI開(kāi)關(guān)，其以累加電流互感器和在該電流互感器的次級(jí)繞組的次級(jí)電路中接入的釋放機(jī)構(gòu)來(lái)工作，其中在初級(jí)電路中設(shè)置有通過(guò)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)保護(hù)的導(dǎo)體，該累加電流互感器具有帶下述數(shù)值的一個(gè)磁芯材料-在用 ＝500mA/cm勵(lì)磁后的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br相對(duì)于 ＝500mA/cm時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax有下面的關(guān)系BrBmax≤0.5;]]>-相對(duì)磁導(dǎo)率μr在4mA/cm時(shí)的小交流調(diào)制下為μ4，μ4≥30000；-在H＝250mA/cm時(shí)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)制和重疊小交流磁場(chǎng)調(diào)制下的可逆磁導(dǎo)率，亦即相對(duì)磁導(dǎo)率μrev≥3000；-交流磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B在頻率為50Hz和振幅為50mA/cm時(shí)為B≥0.6T。
第一條件，也叫做第一保證值，在50Hz的交流電壓下不需整流設(shè)備而確定，亦即，在交流電流下而不在假定由于單路或者雙路整流而得到的脈沖電流下。其它的條件或者保證值在給定的條件下確定。
對(duì)帶滿足給定條件的累加電流互感器的DI開(kāi)關(guān)，重疊直流故障電流對(duì)其釋放動(dòng)作不會(huì)產(chǎn)生不允許的影響。另一方面，一個(gè)DI開(kāi)關(guān)在對(duì)特別是從30mA到3A的寬的范圍內(nèi)的不同額定故障電流可以按照一個(gè)設(shè)計(jì)原則調(diào)整。一個(gè)另外的優(yōu)點(diǎn)在于，DI開(kāi)關(guān)可以專門(mén)作為交流故障電流和脈沖直流故障電流的采集單元和作為濾波直流故障電流的采集單元，其中在釋放區(qū)域不會(huì)出現(xiàn)不允許的反面的影響，使得預(yù)定的釋放故障電流被相應(yīng)的各采集單元所中止。
為使實(shí)踐中保持在+85℃和-25℃之間的釋放故障電流為足夠恒定，在+25℃的磁感應(yīng)強(qiáng)度B+25和在-25℃的磁感應(yīng)強(qiáng)度B-25以及在+85℃的磁感應(yīng)強(qiáng)度B+85之間應(yīng)該存在下面的關(guān)系0.85≤B-25B+25≤1.15]]>0.85≤B+85B+25≤1.15]]>這些關(guān)系應(yīng)該在磁場(chǎng)強(qiáng)度 的一個(gè)范圍4mA/cm≤ ≤400mA/cm之內(nèi)成立。
現(xiàn)在借助于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。


圖1至圖3所示均為磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。
圖1中，橫坐標(biāo)是單位為0.05A/cm的場(chǎng)強(qiáng) ，縱坐標(biāo)是單位為0.2T的磁感應(yīng)強(qiáng)度 圖2說(shuō)明在場(chǎng)強(qiáng)為250mA/cm的勻強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)制和疊加小交流磁場(chǎng)調(diào)制的可逆磁導(dǎo)率，亦即相對(duì)磁導(dǎo)率μrev。橫坐標(biāo)表示勻強(qiáng)磁場(chǎng)H＝，縱坐標(biāo)表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B?？赡娲艑?dǎo)率作為ΔB～對(duì)ΔH～的比產(chǎn)生。
在圖3中，橫坐標(biāo)表示以mA/cm為單位的場(chǎng)強(qiáng)H，而縱坐標(biāo)表示以T為單位的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。圖中曲線在4mA/cm處的下值表示第二個(gè)條件，而在250mA/cm處的上值表示第三個(gè)條件，在50mA/cm處的中值表示第四個(gè)條件。該曲線允許為中間值插值。
在帶有用規(guī)定條件的磁芯材料制成的電流互感器的DI開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，第一條件BrBmax≤0.5;]]>與關(guān)于μ4的第二條件結(jié)合保證在小額定故障電流時(shí)可靠釋放，而第三條件和第四條件結(jié)合保證在大額定故障電流時(shí)可靠釋放。第二條件是為通常為0.7V的二極管電壓例如作為過(guò)電壓保護(hù)的反并聯(lián)二極管保證沖擊電流強(qiáng)度。
在圖1中標(biāo)出磁感應(yīng)強(qiáng)度 與磁場(chǎng)強(qiáng)度 的關(guān)系。該曲線是在50Hz的交流調(diào)制下記錄的，它說(shuō)明第一條件BrBmax≤0.5]]>。在小初級(jí)繞組，特別是在貫穿導(dǎo)體亦即N1＝1的小初級(jí)繞組中和在實(shí)踐中需要大環(huán)形磁芯的高額定故障電流例如JN＝400A的場(chǎng)合場(chǎng)強(qiáng)非常小，也就是說(shuō)只得到很小的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。為使釋放故障電流不依賴于濾波直流電流的預(yù)磁化，必須選擇BrBmax≤0.5]]>的所謂F型磁芯材料。圖1的例子是具有下述數(shù)值的磁芯材料，其中矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度(與橫坐標(biāo)的交點(diǎn))用Hc、剩磁感應(yīng)強(qiáng)度用Br、峰值磁場(chǎng)強(qiáng)度用H和峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度用B給出。環(huán)形磁芯的橫截面用AFe、磁芯磁路長(zhǎng)度用IFe、頻率用f、初級(jí)繞組匝數(shù)用N1和次級(jí)繞組匝數(shù)用N2表示。環(huán)形磁芯的外徑用da、內(nèi)徑用di、高度用h和測(cè)量時(shí)的溫度用t表示。不存在由直流電流引起的重疊。形成圖1的曲線的環(huán)形磁芯具有例如下面的數(shù)據(jù)Hc＝0.0254A/cmBr＝0.3793TH^max=0.4998A/cm]]>B^max=0.9947T]]>AFe＝0.945cm2IFe＝24.19cmf＝50HzN1＝10N2＝10da＝8.40cmdi＝7.00cmh＝1.50cmt＝23℃此時(shí)有BrBmax0.38.]]>圖2表示用于可逆磁導(dǎo)率μrev的第三保證條件?？赡娲艑?dǎo)率由ΔB～對(duì)ΔH～的比產(chǎn)生。在大直流故障電流亦即高勻強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和小重疊交流故障電流的情況下，磁芯材料工作在飽和區(qū)。可逆磁導(dǎo)率亦即ΔB～對(duì)ΔH～的比值對(duì)于增加的勻強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H＝減小。為了在交流故障電流的場(chǎng)合提供在大勻強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的工作點(diǎn)下工作的一個(gè)足夠大的信號(hào)，需要可逆磁導(dǎo)率在該工作點(diǎn)下足夠大。對(duì)于數(shù)量級(jí)在3000mA亦即3A的大額定故障電流和交流電流在1.5和3.0之間的釋放門(mén)限，當(dāng)互感器的次級(jí)繞組的歐姆值很低且初級(jí)磁勢(shì)的安培繞組匝數(shù)不是很大而是一個(gè)小的交流調(diào)制時(shí)，特別需要遵守對(duì)于可逆磁導(dǎo)率的第三條件。
圖3再次給出在磁場(chǎng)強(qiáng)度H為250mA/cm時(shí)對(duì)可逆磁導(dǎo)率的第三條件和在磁場(chǎng)強(qiáng)度為4mA/cm時(shí)對(duì)μ4的第二條件。第四條件由對(duì)B≥0.6T的中間的曲線值表示。曲線的梯度按照關(guān)系 與μrev.μ0成正比。這里μ0是磁場(chǎng)常數(shù)或磁感應(yīng)常數(shù)。
圖3記錄的是50Hz下的交流調(diào)制的B-H特征曲線。當(dāng)使用以極薄的帶卷成的鈉晶粒磁芯材料時(shí)可以通過(guò)測(cè)量技術(shù)容易地實(shí)現(xiàn)同類(lèi)特征曲線并特別好地給出統(tǒng)計(jì)比例，這是很有利的。50Hz時(shí)的渦流損失可以忽略。圖3的特性曲線于是與一個(gè)緩慢升高的B-H特性曲線一致。帶有由極薄的帶卷成的鈉晶粒材料的累加電流互感器市場(chǎng)有售。此間說(shuō)明的條件與該種材料結(jié)合特別有利并最容易實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種差分電流保護(hù)開(kāi)關(guān)-DI開(kāi)關(guān)，其以累加電流互感器和在該電流互感器的次級(jí)繞組的次級(jí)電路中接入的釋放機(jī)構(gòu)來(lái)工作，其中在初級(jí)電路中設(shè)置有通過(guò)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)保護(hù)的導(dǎo)體，其特征在于，該累加電流互感器具有帶下述數(shù)值的一個(gè)磁芯材料-在用 ＝500mA/cm勵(lì)磁后的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br相對(duì)于 ＝500mA/cm時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax有下面的關(guān)系BrBmax≤0.5;]]>-相對(duì)磁導(dǎo)率μr在4mA/cm時(shí)的小交流調(diào)制下為μ4，μ4≥30000；-在H＝250mA/cm時(shí)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)制和重疊小交流磁場(chǎng)調(diào)制下的可逆磁導(dǎo)率，亦即相對(duì)磁導(dǎo)率μrev≥3000；-交流磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B在頻率為50Hz和振幅為50mA/cm時(shí)為B≥0.6T。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DI開(kāi)關(guān)，其特征在于，在大約+25℃時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B+25和在-25℃時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B-25、以及在+85℃時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B+85在磁場(chǎng)強(qiáng)度 處于范圍4mA/cm≤ ≤400mA/cm時(shí)，存在下述關(guān)系0.85≤B-25B+25≤1.15]]>0.85≤B+85B+25≤1.15]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DI開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述累加電流互感器具有一個(gè)由薄帶卷成的鈉晶粒材料的磁芯。
全文摘要
一種差分電流保護(hù)開(kāi)關(guān)DI開(kāi)關(guān)，它使用累加電流互感器和在該累加電流互感器的次級(jí)繞組的一個(gè)次級(jí)電路中接入的釋放機(jī)構(gòu)工作，由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)保護(hù)的導(dǎo)體接入初級(jí)電路中。建議該累加電流互感器帶具有下述數(shù)值的磁芯材料—在用
文檔編號(hào)H01F27/25GK1151223SQ95193648
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月19日
發(fā)明者伯恩哈德·鮑爾, 曼弗雷德·克利邁耶 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司