專利名稱：一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剩余電流保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的剩余電流保護(hù)裝置的電路框圖參見圖I所示。該裝置由單一鐵芯材料的剩余電流互感器I、剩余電流信號(hào)放大檢波單元3、剩余電流信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元4、執(zhí)行單元5和脫扣線圈6組成，放大檢波單元3、識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元4、執(zhí)行單元5的直流工作電源由三相四線(A、B、C、N)供電主回路經(jīng)整流器7整流后提供。作為剩余電流感應(yīng)器件的剩余電流互感器(ZCT) 1，一般是由采用單一的坡莫合金帶(或超微晶合金帶)繞制的鐵芯1-1及繞在鐵芯1-1上的二次繞組1-2構(gòu)成，呈圓環(huán)形的外型結(jié)構(gòu)，參見圖2所示。被檢測即被保護(hù)的主電路干線必須要先穿過剩余電流互感器I才能到達(dá)負(fù)載側(cè)
2。當(dāng)負(fù)載側(cè)2出現(xiàn)人身觸電或漏電事故時(shí)，參見圖I所示，剩余電流互感器I的二次繞組1-2上將形成剩余電流I Λ并由下式表示
ΙΔ = IA -IE -IC -Ε\'
當(dāng)出現(xiàn)的剩余電流I Λ值達(dá)到或超過設(shè)定的基準(zhǔn)值時(shí)，剩余電流保護(hù)器將在設(shè)定時(shí)間內(nèi)跳閘，從而切斷電源，起到保護(hù)作用。由剩余電流互感器(ZCT) I的二次繞阻1-2采集到的剩余電流I Λ—般為X 100微安級(jí)，需經(jīng)放大并檢波后才能作出處理。若允許的額定剩余電流為I Λη值，則當(dāng)I Λ>
^ I Λ η時(shí)，經(jīng)I Λ信號(hào)識(shí)別單元3判別后通過識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元4輸出一個(gè)高電平信
號(hào)去觸發(fā)執(zhí)行單元5的可控硅導(dǎo)通從而使串聯(lián)在可控硅與陽極的脫扣線圈6回路中得電而切斷斷路器開關(guān)，使負(fù)載失電，從而避免了漏電事故的進(jìn)一步擴(kuò)展。但這并非意味著剩余電流I Λ值可以不受限制地任意增加，在一般情況下，當(dāng)剩余電流I Λ值處在毫安級(jí)(5mA 1000mA)范圍時(shí)在二次繞組1_2上采集到的剩余電流I Λ信號(hào)與主電流一樣，是50Hz的正弦波，且其幅值也與剩余電流的大小成正比，因而能實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確地反映用電現(xiàn)場的故障情況。但當(dāng)剩余電流I Λ值達(dá)到或超過安倍級(jí)(> 1Α)以上時(shí)，實(shí)際上在剩余電流檢測回路中采集到的剩余電流I Λ信號(hào)將出現(xiàn)嚴(yán)重的畸變，且剩余電流越大，I Λ信號(hào)幅值反而降低，這將導(dǎo)致剩余電流信號(hào)識(shí)別回路無法正常工作或出現(xiàn)誤判的情況。究其原因，這是因?yàn)榇藭r(shí)剩余電流互感器I已經(jīng)達(dá)到或超過了鐵芯1-1的“磁飽和”狀態(tài)。經(jīng)分析可知采用坡莫合金帶或超微晶合金帶繞制成的剩余電流互感器I的鐵芯
1-1，對(duì)于檢測mA級(jí)剩余電流時(shí)可以有較高的靈敏度，但由于其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度不高，通常為O. 5^0. 6特斯拉，導(dǎo)致在出現(xiàn)大的剩余電流時(shí)，從ZCT的二次繞組上采集到的I Λ信號(hào)畸變，幅值下降，這種情況將導(dǎo)致剩余電流保護(hù)器不能動(dòng)作或不能“跳閘”，從而出現(xiàn)了誤判的情況。人體觸電與用電設(shè)備的電氣洩漏所形成的剩余電流I Λ值一般為HiA級(jí)(5mA 1000mA)，雖然用電設(shè)備較嚴(yán)重的接地故障電流有時(shí)會(huì)大到數(shù)安倍或以上級(jí)，例如，單相接地故障，但是由于上述鐵芯“磁飽和”的原因，其二次繞組1-2感應(yīng)到的剩余電流I Λ值的數(shù)值有時(shí)遠(yuǎn)未達(dá)到剩余電流斷路器的額定運(yùn)行電流值，因而斷路器也不會(huì)動(dòng)作(執(zhí)行跳閘)，起不到保護(hù)作用。因而這個(gè)問題如不解決也將帶來諸如“火災(zāi)”這樣的災(zāi)難性的后果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，它不僅能夠準(zhǔn)確地檢測出mA級(jí)(5mA IOOOmA)的剩余電流,而且也能檢測出安培級(jí)O IA)的剩余電流,其動(dòng)態(tài)范圍(剩余電流最大值與剩余電流最小值之比)可達(dá)IO6以上，采用這種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，不僅能夠?qū)Πl(fā)生人體觸電或設(shè)備電氣洩漏事故的人或設(shè)備起到保護(hù)作用，還能對(duì)用電設(shè)備因接地故障產(chǎn)生的較大剩余電流而造成事故的用電設(shè)備起到保護(hù)作用。·本發(fā)明所提出的技術(shù)解決方案是這樣的一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，包括有三相四線(LI、L2、L3、N)供電主回路穿過的剩余電流互感器、由該供電主回路供電的整流器7以及剩余電流斷路器的脫扣線圈6，保護(hù)裝置由整流器7供給直流工作電源，所述剩余電流互感器為復(fù)合型剩余電流互感器11，該復(fù)合型剩余電流互感器11由坡莫合金帶和硅鋼片帶分別繞制成第一鐵芯11-1和第二鐵芯11-2以及繞制在第一鐵芯11-1和第二鐵芯11-2外面的第一繞組11-3和第二繞組11-4組成，還設(shè)有第一剩余電流小信號(hào)放大檢波單元13、第二剩余電流大信號(hào)放大檢波單元16、第一剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元14、第二剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元17、第I 二極管15、第2 二極管18和執(zhí)行單元5，所述執(zhí)行單元5采用可控硅，所述第I繞組11-3輸出端按順序分別與第一剩余電流小信號(hào)放大檢波單元13、第一剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元14、第I 二極管15陽極串聯(lián)連接，所述第2繞組11-4輸出端按順序分別與第2剩余電流大信號(hào)放大檢波單元16、第2剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元17、第2 二極管18陽極串聯(lián)連接，所述第I 二極管15陰極和第2 二極管18陰極并聯(lián)后與可控硅5觸發(fā)連接，所述脫扣線圈6串聯(lián)在可控硅5陽極回路中。所述復(fù)合型剩余電流互感器11的第I鐵芯ll-ι位于圓環(huán)形鐵芯的里層，第2鐵芯11-2位于圓環(huán)形鐵芯的外層，第I繞組11-3和第2繞組11-4獨(dú)立繞制在第2鐵芯11_2外面上。第I鐵芯11-1也可以選用超微晶合金帶繞制而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著效果
由于坡莫合金或超微晶合金適用于檢測HiA級(jí)的小剩余電流但不適用于檢測安培級(jí)以上的大剩余電流，這是因?yàn)槠滹柡痛鸥袘?yīng)強(qiáng)度不高(O. 5^0. 6特斯拉)所致，而硅鋼片雖然其起始導(dǎo)磁率較低不適用于檢測mA級(jí)(5mA"l000mA)的剩余電流,但由于其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較高(達(dá)I. 8特斯拉)而適用于檢測安培級(jí)以上的大剩余電流。若將這兩種鐵芯材料組合而成一種復(fù)合型鐵芯的剩余電流互感器，則可起到優(yōu)勢互補(bǔ)的作用，從而能實(shí)現(xiàn)大、小剩余電流都能檢測，其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)IO6以上。因而，本發(fā)明的剩余電流保護(hù)裝置既能檢測到供電主回路出現(xiàn)小剩余電流(5miTIOOOmA )，也能檢測到供電主回路出現(xiàn)的大剩余電流(IAlOOA)，并驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘。這樣不僅能對(duì)發(fā)生人體觸電或設(shè)備電氣泄漏事故的人或設(shè)備起到保護(hù)作用，還能對(duì)用電設(shè)備因接地故障產(chǎn)生的較大剩余電流而造成事故的用電設(shè)備起到保護(hù)作用。
圖I是現(xiàn)有一種剩余電流保護(hù)裝置的電原理框圖。圖2是圖I所示剩余電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置的電原理框圖。圖4是圖3所示復(fù)合型剩余電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式通過下面實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。 參見圖3、圖4所示，一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置由復(fù)合型剩余電流互感器11、第I剩余電流小信號(hào)放大檢波單元13、第2剩余電流大信號(hào)放大檢波單元16、第I剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元14、第2剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元17、第I二極管15、第2 二極管18、執(zhí)行單元5、整流器7和斷路器的脫扣線圈6組成。復(fù)合型剩余電流互感器11由坡莫合金帶繞制成第I鐵芯11-1，位于圓環(huán)形復(fù)合鐵芯的最里面，由硅鋼片繞制成第2鐵芯11-2，位于第I鐵芯11-1外面，硅鋼片選用冷軋硅鋼薄帶并要求其晶粒取向與硅鋼帶的長度方向相同，以達(dá)到盡可能高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，復(fù)合型剩余電流互感器11在第2鐵芯11-2外面繞制有相互獨(dú)立的第I繞組11-3和第2繞組11_4。第I繞組
11-3輸出端依次與第I剩余電流小信號(hào)放大檢波單元13、第I剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元14和第I 二極管15陽極串聯(lián)連接;第2繞組11-4輸出端依次與第2剩余電流大信號(hào)放大檢波單元16、第2剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元17和第2 二極管18陽極串聯(lián)連接；第I 二極管15陰極與第2 二極管18陰極并聯(lián)后與執(zhí)行單位5的可控硅觸發(fā)極連接，剩余電流斷路器的脫扣線圈6串聯(lián)在可控硅5的陽極回路中；三相四線式供電主回路經(jīng)整流器7整流后向第I剩余電流小信號(hào)放大檢波單元13、第I剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元14、第2剩余電流大信號(hào)放大檢波單元16、第2剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元17和執(zhí)行單元5提供直流工作電源。復(fù)合型剩余電流互感器11的第I繞組11-3用于mA級(jí)(5mTl000mA)剩余電流I Λ小信號(hào)的采集與處理，其第2然組11-4用于安培及以上級(jí)(flOOA)剩余電流I Λ大信號(hào)的采集與處理。采用這樣的復(fù)合型剩余電流互感器及雙回路的信號(hào)檢測控制回路才能實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流安全保護(hù)，充分、有效地保護(hù)了負(fù)載側(cè)2的用電設(shè)備。在智能剩余電流斷路器的設(shè)計(jì)中，對(duì)于mA級(jí)的剩余電流I Λ小信號(hào)與安培級(jí)的剩余電流I Λ大信號(hào)的處理是略有區(qū)別的。對(duì)于mA級(jí)的剩余電流I Λ小信號(hào)，要求檢測精度較高，動(dòng)作時(shí)間可調(diào)，檢測的結(jié)果還要求顯示、記憶與傳輸?shù)纫幌盗芯?xì)操作；對(duì)于安培級(jí)的剩余電流I Λ大信號(hào)，主要不是要求檢測精度，而是要求發(fā)生大剩余電流時(shí)能夠迅速地作出斷路器跳閘動(dòng)作的反應(yīng)。工作時(shí)，當(dāng)剩余電流I Λ信號(hào)較小，為mA級(jí)時(shí)，則剩余電流I Λ小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元14可以作出是否需要使剩余電流斷路器跳閘的準(zhǔn)確反應(yīng)；當(dāng)剩余電流I Λ信號(hào)達(dá)到安培級(jí)以上時(shí)，若第I剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制及驅(qū)動(dòng)單元14不能作出準(zhǔn)確判別時(shí)，則第2剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制及驅(qū)動(dòng)單元17即可取代第I剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制及驅(qū) 動(dòng)單元14而作出使剩余電流斷路器跳閘的準(zhǔn)確反應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，包括有三相四線供電主回路穿過的剩余電流互感器、由該供電主回路供電的整流器(7)以及剩余電流斷路器的脫扣線圈(6)，保護(hù)裝置由整流器(7)供給直流工作電源，其特征在于所述剩余電流互感器為復(fù)合型剩余電流互感器(11)，該復(fù)合型剩余電流互感器(11)由坡莫合金帶和硅鋼片帶分別繞制成第一鐵芯(11-1)和第二鐵芯(11-2)以及繞制在第一鐵芯(11-1)和第二鐵芯(11-2)外面的第一繞組(11-3 )和第二繞組(11-4 )組成,還設(shè)有第一剩余電流小信號(hào)放大檢波單元(13 )、第二剩余電流大信號(hào)放大檢波單元(16)、第一剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元(14)、第二剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元(17)、第I 二極管(15)、第2 二極管(18)和執(zhí)行單元(5)，所述執(zhí)行單元(5)采用可控硅，所述第I繞組(11-3)輸出端按順序分別與第一剩余電流小信號(hào)放大檢波單元(13)、第一剩余電流小信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元(14)、第I 二極管(15)陽極串聯(lián)連接，所述第2繞組(11-4)輸出端按順序分別與第2剩余電流大信號(hào)放大檢波單元(16)、第2剩余電流大信號(hào)識(shí)別控制與驅(qū)動(dòng)單元(17)、第2 二極管(18)陽極串聯(lián)連接，所述第I 二極管(15)陰極和第2 二極管(18)陰極并聯(lián)后與可控硅(5)觸發(fā)連接，所述脫扣線圈(6)串聯(lián)在可控硅(5)陽極回路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，其特征在于所述復(fù)合型剩余電流互感器(11)的第I鐵芯(11-1)位于圓環(huán)形鐵芯的里層，第2鐵芯(11-2)位于圓環(huán)形鐵芯的外層，第I繞組(11-3 )和第2繞組(11-4)獨(dú)立繞制在第2鐵芯(11-2 )外面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，其特征在于第I鐵芯(11-1)選用超微晶合金帶繞制而成。
全文摘要
一種寬動(dòng)態(tài)范圍的剩余電流保護(hù)裝置，由復(fù)合型剩余電流互感器、一路剩余電流小信號(hào)檢測控制驅(qū)動(dòng)回路、另一路剩余電流大信號(hào)檢測控制驅(qū)動(dòng)回路、執(zhí)行單元和脫扣線圈組成，復(fù)合型剩余電流互感器由復(fù)合鐵芯和兩組相互獨(dú)立的二次繞組組成，兩組二次繞組分別與兩路剩余電流信號(hào)檢測控制驅(qū)動(dòng)回路的輸入端連接，所述復(fù)合鐵芯由坡莫合金帶和硅鋼片帶分段繞制而成。本剩余電流保護(hù)裝置不僅能準(zhǔn)確檢測出mA級(jí)剩余電流，而且也能檢測出安培級(jí)的剩余電流，其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)106，能對(duì)發(fā)生人體觸電或設(shè)備電氣泄漏事故的人或設(shè)備起到保護(hù)作用，也能對(duì)用電設(shè)備因接地故障產(chǎn)生的較大剩余電流而造成事故的用電設(shè)備起到保護(hù)作用。
文檔編號(hào)H02H3/32GK102946085SQ20121051115
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者冼興泉, 王蘭軍 申請(qǐng)人:廣東佛電電器有限公司