差動保護(hù)設(shè)備的制造方法
【專利說明】差動保護(hù)設(shè)備
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及一種主要可使對接地故障電流進(jìn)行檢測成為可能的差動保護(hù)設(shè)備。這 樣的設(shè)備特別適用于稱為殘余電流設(shè)備（RCD)的電線保護(hù)裝置，例如，用于家庭或者服務(wù) 業(yè)電設(shè)施的開關(guān)或者差動電路斷路器，以及例如，依次根據(jù)下游連接的負(fù)載或者連接在它 們保護(hù)的電路中的接收器的類型加以區(qū)分的保護(hù)電路樹。
[0002] 通過交流電網(wǎng)向這些電設(shè)施供電，而本發(fā)明所涉及的設(shè)備主要旨在通過檢測加以 保護(hù)的電路之一中任何可能的接地泄漏提供第三方保險；必須盡可能快地定位任何這樣的 泄露的來源，以把所述電路從電網(wǎng)切斷，從而終止風(fēng)險。例如，與未絕緣導(dǎo)線（conductor) 的直接第三方接觸以及因接地故障所導(dǎo)致的間接接觸而導(dǎo)致這樣的泄漏。這些電事件某些 時候會導(dǎo)致可能致命的事故。
[0003] 在以上所提到的情況下，在下述情況的大多數(shù)情況下，按相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的方式提供差 動保護(hù)：加以保護(hù)的電路的導(dǎo)線（conductor)穿入由鐵磁材料制作的磁芯，所述導(dǎo)線構(gòu)成 變壓器的初級線圈，其一或多個繞組構(gòu)成次級線圈。在這樣的配置中，磁芯為一個磁通量集 中器，而且在加以保護(hù)的線路的導(dǎo)線中的輸入和輸出電流中，在導(dǎo)致任何不平衡的泄漏的 情況下，磁芯中所建立的通量在次級線圈繞組中建立了一個電壓，用于直接或者通過專門 用于可以是任何繼電器類型的致動器的電子裝置進(jìn)行控制，所述致動器相應(yīng)地致動一個觸 發(fā)所討論的裝置與/或所述設(shè)施的其它保護(hù)裝置的機制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 這些差動保護(hù)電裝置可具有不同的特性。因此，能夠通過它們的靈敏度區(qū)分它們， 具體地講，靈敏度具體依賴于使用它們的電設(shè)施的類型。另外，這些裝置中的某些裝置可以 僅針對交變電流檢測泄漏，而其它、更完善的裝置也提供了適用于直流電流的方案。這是一 種針對根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)設(shè)備的情況，其非常適合于檢測由直流電流或者包含直流成分的 可變電流構(gòu)成的泄漏。直流信號的存在所引發(fā)的具體問題如下：在所述情況下，不存在由鐵 磁材料制作的磁芯中通量的變化，因此跨越次級線圈端子的電壓為〇。于是，所述檢測不可 基于磁芯中所預(yù)期的可量化磁通量變化的結(jié)果。
[0005] 然而，具體地講，初級線圈的相當(dāng)高的直流故障的存在導(dǎo)致構(gòu)成磁芯的磁材料的 飽和，于是，導(dǎo)致可用于所述檢測的特性：其為本發(fā)明的原理。在這一方面，根據(jù)本發(fā)明的設(shè) 備（具有靈敏度IDN，而且其允許檢測由相導(dǎo)線和（在某些情況下）電網(wǎng)的中性導(dǎo)線（因此 構(gòu)成由鐵磁材料制作的磁芯的初級線圈）至少之一供電的電設(shè)施中的泄漏）還包含一個第 一次級線圈繞組，所述第一次級線圈繞組圍繞所述磁芯纏繞，并且連接于一個發(fā)射具有恒 定振幅且無直流成分的交變電流的電流或者勵磁電壓生成器。所述磁芯還配有一個第二次 級線圈繞組，其連接于針對由出現(xiàn)在初級線圈導(dǎo)線中的泄漏電流和由穿過第一次級線圈繞 組的電流所感應(yīng)的信號的處理階段（Stage)、提供用于控制一個被提供旨在致動用于觸發(fā) 電保護(hù)裝置的機械鎖的繼電器類型的致動器的階段。
[0006] 在這一情況下，磁芯構(gòu)成了針對一方面來自初級線圈導(dǎo)線所輻射的、另一方面由 第一次級線圈繞組產(chǎn)生的磁場的磁通量的磁電路。不具有直流成分的交變電流以及磁芯的 工作域相對曲線B(H)穿過后者，因此以構(gòu)成磁芯的材料的相應(yīng)特性曲線上的點H=B= 0 為中心。
[0007] 在其中初級線圈導(dǎo)線所傳導(dǎo)的電流之和為0的情況下，意味著不存在泄漏，由它 們各磁通量之和所導(dǎo)致的磁芯中的磁通量也為0。因此，磁芯中所生成的磁通量僅為因不具 有直流成分的交變電流穿過的第一次級線圈繞組所導(dǎo)致的磁通量。于是，跨越第二次級線 圈繞組的端子的電壓僅因第一次級線圈繞組所產(chǎn)生的可變磁通量所導(dǎo)致。
[0008] 在接地故障的情況下，初級線圈導(dǎo)線所傳導(dǎo)的電流的時間之和不再為0。由磁芯中 的這些初級線圈導(dǎo)線所輻射的磁場所導(dǎo)致的磁通量也不再為0。
[0009] 在磁芯中流動的磁通量當(dāng)前為兩個磁通量（S卩，因初級線圈導(dǎo)線中電流的時間不 平衡所導(dǎo)致的磁通量以及由第一次級線圈繞組連續(xù)產(chǎn)生的磁通量）之和。
[0010] 同樣，以上所提到的兩個通量導(dǎo)致磁芯的第二次級線圈繞組中所感應(yīng)的電壓。本 發(fā)明的基本構(gòu)思是：當(dāng)在初級線圈導(dǎo)線處檢測到泄漏時，建立第二次級線圈繞組中信號顯 著變化的條件，以在良好條件下生成對差動電裝置的觸發(fā)。
[0011] 為此，本發(fā)明的特征在于：
[0012] -構(gòu)成磁芯的材料具有針對相應(yīng)于等于兩倍IDN的最大泄漏電流的磁激勵H的最 大磁導(dǎo)率yr。
[0013] _在根據(jù)H提供磁導(dǎo)率的曲線的下降部分中，所述曲線的斜率至少等于_15m/ mA〇
[0014] 這些特性反映了磁芯的磁材料的一種具體選擇，從而保證了在接地故障存在的情 況下，在磁芯的第二次級線圈繞組中獲得其主整流值明顯低于在不具有這樣的故障的情況 下所獲得的主整流值的電壓。另外，上述特性還意味著這一電壓（具體地講，由位于繞組下 游的電子階段所整流的）隨初級線圈導(dǎo)線的不平衡的故障電流的強度明顯降低。
[0015] 具體地，為了選擇材料，特性B(H)以及隨之的i!r(H)為：在最低可能磁場值H 時，實際達(dá)到最大磁導(dǎo)率。因此，在特性B(H)的飽和區(qū)域（zone)中，以及隨之在其中相 對磁導(dǎo)率不僅變得較弱（由于其相應(yīng)于構(gòu)成磁芯的材料的磁飽和），而且還顯著降低的 特性Ur(H)的域中，一個不平衡的電流，甚至低于兩倍電流IDN，足以偏移磁芯的工作域 (workingfield)〇
[0016] 另外，還可以不必通過來自第一次級線圈繞組的勵磁信號使磁材料飽和，從而具 有明顯降低設(shè)備消耗的優(yōu)點。事實上，僅當(dāng)把泄漏通量添加于持續(xù)交變電流（將作為勵磁 電流加以描述）所建立的通量時，才需要將其自身定位于飽和區(qū)域中。
[0017] 以上所提到的有關(guān)Ur(H)的斜率的第二條件表明：在達(dá)到最大磁導(dǎo)率之后磁導(dǎo) 率隨H快速降低。然而，H構(gòu)成了故障電流的圖像。由于磁導(dǎo)率的快速降低以及隨之致使 跨越第二次級線圈繞組的端子的電壓的快速降低，這一特性保證了所述區(qū)域（zone)中的 工作域(workingfield)的偏移導(dǎo)致跨越第二次級線圈繞組的端子的主整流的電壓的顯著 降低。
[0018] 事實上，在第二次級線圈繞組產(chǎn)生既依賴于因第一次級線圈繞組所導(dǎo)致的勵磁電 流也依賴于直流故障電流的信號的情況下，磁導(dǎo)率不再為常數(shù)，因為磁芯的操作變得向曲 線B(H)的飽和區(qū)域（region)偏移，其中，作為所述曲線斜率的磁導(dǎo)率沿降低的方向變化。
[0019] 其它參數(shù)（例如磁芯的大?。┛梢赃M(jìn)一步優(yōu)化所述電壓的降低。已經(jīng)把其內(nèi)外直 徑調(diào)整為可以最小化生成器發(fā)射至第一次級線圈繞組的電流的值。
[0020] 于是，根據(jù)本發(fā)明，磁芯的維度遵守下列關(guān)系：
【主權(quán)項】
1. 一種具有靈敏度I ^的差動保護(hù)設(shè)備，其允許檢測由相導(dǎo)線（2)和在某些情況下的 電網(wǎng)的中性導(dǎo)線的至少之一供電的電設(shè)施中的泄漏，所述導(dǎo)線（2)構(gòu)成由鐵磁材料制作的 磁芯（1)的初級線圈，磁芯（1)配有第一次級線圈繞組（LI)和第二次級線圈繞組（L2)， 第一次級線圈繞組（LI)連接于發(fā)出具有恒定振幅、無直流成分的電流或者勵磁電壓生成 器（G)，第二次級線圈繞組（L2)連接于針對出現(xiàn)在初級線圈導(dǎo)線（2)中的泄漏電流和穿過 第一次級線圈繞組（LI)的電流所感應(yīng)的信號的處理階段，以控制其提供旨在致動機械鎖 (11)的電磁致動器或者繼電器（10)，其特征在于： 構(gòu)成磁芯（1)的材料具有針對相應(yīng)于等于兩倍Idn的最大泄漏電流的磁激勵H的最大 磁導(dǎo)率μ ^ 在根據(jù)H提供磁導(dǎo)率μ ^的曲線的下降部分中，所述曲線的斜率至少等于-15m/mA。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，磁芯（1)的維度遵從下述關(guān)系： (Dert+Dint)XH(yrfflJ ^ (4XNI X Idn)/Π 其中，Drart是磁芯⑴的外直徑，Dint是內(nèi)直徑，Nl是初級線圈的圈數(shù)，Η(μΓ_)是針 對最大磁導(dǎo)率的磁激勵的值，以及1^是差動設(shè)備的靈敏度。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，生成器（G)所發(fā)出的電流具 有高于電網(wǎng)頻率的頻率。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，第一 AC/DC轉(zhuǎn)換器（Cl)向生成器 (G)供電。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，把第二次級線圈繞組（L2)連 接于信號的至少一個放大器階段（A1，A2)和/或一個時間延遲階段（C2)，在所述階段的輸 出處，參考電壓（U5)和輸出電壓（U4)之間存在一個比較階段（C)，和將第二次級線圈繞組 (L2)連接于功率控制階段（P)，以控制繼電器（10)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，時間延遲階段（C2)是電壓倍增器 AC/DC轉(zhuǎn)換器階段或者具有跨越其端子的電容的整流器階段。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求5和6之一的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，參考電壓（U5)來自第 一 AC/DC 轉(zhuǎn)換器（Cl)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，時間延遲階段（R)連接在第一 AC/ DC轉(zhuǎn)換器（Cl)和比較階段（C)之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5?8之一的差動保護(hù)設(shè)備，其特征在于，比較器階段由閾值電壓檢測 階段（D)所跟隨的減法器階段（S)構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有IDN靈敏度的差動保護(hù)設(shè)備，其允許對由至少一個相導(dǎo)線(2)和在某些情況下的電網(wǎng)中性導(dǎo)線供電的電設(shè)施中的泄漏檢測，所述導(dǎo)線(2)形成由鐵磁材料組成的磁芯(1)的初級線圈，磁芯(1)配有第一次級線圈繞組(L1)和第二次級線圈繞組(L2)，第一次級線圈繞組(L1)連接于發(fā)出恒定振幅電流、無連續(xù)成分的電壓或者電流生成器(G)，第二次級線圈繞組(L2)連接于用于傳輸?shù)匠跫壘€圈導(dǎo)線(2)的泄漏電流和穿過第一次級線圈繞組(L1)的電流所感應(yīng)的信號的處理階段，以控制其提供旨在致動機械鎖(11)的電磁致動器或者繼電器(10)。所述設(shè)備的特征在于：形成磁芯(1)的材料具有針對相應(yīng)于等于兩倍IDN的最大泄漏電流的磁激勵H的最大磁導(dǎo)率μΓ；在根據(jù)H提供磁導(dǎo)率μΓ的曲線的下降部分中，所述曲線的斜率至少等于-15m/mA。
【IPC分類】H02H3-33, G01R31-02
【公開號】CN104521088
【申請?zhí)枴緾N201380035809
【發(fā)明人】H.切圖安
【申請人】黑格電子股份有限公司
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2013年6月28日
【公告號】EP2870670A1, WO2014006308A1