用于断路器的DC感测和保护系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于断路器的ＤＣ感测和保护系统，包括霍耳效应传感器、共同使用的开环磁通量集中铁芯和控制和保护装置，该控制和保护装置包括处理装置和多个选择性保护装置。该系统还包括容量选择装置和脱扣装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于断路器的DC感测和保护的与传感器结合的系统。具体来讲，本专利技术涉及一种与传感器结合的紧凑型系统，用于断路器的多功能DC感测和过流保护，包括过载保护、短路电流保护和瞬时保护。
技术介绍
断路器一般用来保护负载设备，如发动机、变换器以及类似设备，以避免异常电流的损害，所述异常电流产生于诸如输/配电线路和专用变电设施这样的电路。从广义上来分类，断路器可分为在AC电源下运行的AC断路器和在DC电源下运行的DC断路器。AC断路器和DC断路器的变化均需要电流感测设备以保证其正常工作。美国专利4,672,501公开了使用电流传感器，如电流互感器，以提供具有电路电流采样指示的断路装置。不过这样的电流互感器在断路器中要求有实质上的空间，而这种实质上的空间使其体积因容量而增大。通常用作AC断路器的这种电流互感器除了体积大且复杂之外，由于AC和DC电源的运行周期的不同，不能够被用作DC断路器。因此，在DC断路器情况下的电流感测中，DC分流器的使用是人们所熟知的。这样的DC分流器在额定电流超过时用于持续地感测电流水平并启动断路器。特别地，通过分流器的电压降落被用于感测的目的。不过，在应对大的运行电流(在400A到4000A的范围)和大的故障电流(在30000A到100000A的范围)时，要求分流器的体积和重量非常大。这同样也会产生断路器的体积和重量的问题。很重要的一点是，除了分流器的重量和体积之外，由于具有自热特性，所以它的能量消耗也非常大。这也会使得有必要在DC分流器与保护装置之间使用隔离装置。出于上述原因，已发现使用DC分流器来对断路器特别是大容量断路器进行DC电流保护是不合适的。将霍耳效应感测用于电流感测也是已知的。美国专利5,615,075公开了霍耳效应传感器在用于断路器的AC/DC传感器中的可能应用。在该专利中使用了一种闭环磁通量集中磁芯。导体穿过C形磁芯间隙并置于两个磁极之间，而且使用分离的线圈。这样的霍耳效应装置所要求的空间远远小于电流互感器/分流器所要求的空间，因此对制造重量小、尺寸理想的断路器很有好处。美国专利6,106,185进一步公开了一种具有关联配电电路的断路器，这种断路器具有适当的外形以提供集中于电子断路装置内霍耳效应电流传感器中的磁通量，以使传感器更好地感测电流。虽然上述专利确实公开了一般在断路器中的霍耳传感器的可能应用，有助于在实质上减小断路器的体积和重量，但业已发现由于AC电源运行周期与DC运行周期之间的差异，采用这样的霍耳效应传感器的直流传感并不能够到达理想的效果，因为其在感测直流水平时表现欠佳而且并不准确。除了上述的在DC电流中使用霍耳传感器的限制以及AC和DC电源特性的不同之外，还有AC保护系统在DC电源中直接使用或应用的问题和限制。特别地，在AC电源中，电流在一个周期中两次通过零点，但在DC电源中，电流在任何时间点都不会到达零点，因此，在DC电流断路期间的燃弧时间比AC电流断路器要长许多。因此，有必要为断路器提供一种DC感测和保护系统，在这种系统中，将分流器用作传感器而导致系统体积的增大的问题以及涉及到简单的霍耳效应的电流感测方面的局限性会减少。专利技术目的因此，本专利技术的基本目的在于提供一种断路器的DC感测和保护系统，这种系统会避免霍耳传感器在DC电流中的限制，并为断路器甚至是高阶(high order)电流容量的断路器提供有效的DC感测和保护。本专利技术的另一个目的在于为断路器提供DC感测和保护系统，这种系统能效比高、成本效率高、能够有效方便地选择使用霍耳效应传感器，并且与分流器相比，重量轻而且体积小。本专利技术的再一个目的在于为断路器提供DC感测和保护系统，这种系统不仅会提供高阶DC电流的感测，而且能够提供断路器特别是涉及到高阶电源的气动断路器的直流保护。本专利技术的再一个目的在于提供一种结合断路器的多功能保护的有效DC感测系统，包括过载保护、短路电流保护和瞬时保护。本专利技术的再一个目的在于提供一种系统，这种系统能够应对任何方向的电流，因此断路器就不会产生负载线偏压。本专利技术的再一个目的在于使DC感测元件能够用于断路器的不同结构尺寸。专利技术概述因此，根据本专利技术的基本方面，提供一种用于断路器的DC感测和保护系统，包括(i)用于断路器保护的适于DC电流选择性总体感测的霍耳效应传感器；(ii)共同使用的磁芯，所述磁芯包括具有一个间隙的开环磁通量集中铁芯，所述间隙有一中心孔以适于与电流终端进行操作性连接，并被设计成能够使霍耳传感器有选择性地安装在磁芯的内部；(iii)控制和保护装置，所述控制和保护装置包括处理装置和多个选择性保护装置，所述选择性保护装置包括-启动装置；-过载保护装置；-短路电流保护装置；-瞬时电流保护装置；-负载线偏压(load-line bias)消除装置；-容量选择装置。附图的简要说明附图说明图1是根据本专利技术的断路器的后视图，示出了霍耳效应传感器的设置。图2是沿图1中的C-C线的侧面剖视图。图3是叠片铁芯的一个实施例的俯视平面图，所述叠片铁芯具有本专利技术的系统中所选择性地提供的间隙。图4是本专利技术的系统中所使用的横向霍耳效应传感器的一个实施例的示意图。图5示出了包括传感器和保护装置的系统框图。图6示出了本专利技术的系统的三级保护装置的时间对电流保护曲线。专利技术的详细描述首先参看图1，该图示出了根据本专利技术的所述断路器的后视图，该断路器用(1)表示。如图所示，本专利技术中的系统包括开环磁通量集中磁芯(2)，该磁芯有一个间隙(3)和中心孔(在图3中清楚地示出)，以便于其根据断路器如气动断路器的电流终端(4)的支持/安装。霍耳效应传感器(5)安装在间隙(3)中并优选配有具有安装基座的保护盖，以便于选择性安装。所述霍耳传感器(5)的输出端与所述基于微控制器的保护和控制装置操作性连接，以便于响应导体中的电流，对断路器进行感测和保护。图4中示出的线性霍耳传感器通过一个与导体中的电流成比例的感测信号，来响应所述磁通量。现在参看图5，该图以框图形式示出了介于外部电源与本专利技术的系统中的霍耳效应传感器之间的基于微控制器的保护和控制装置的运行界面。正如图5所清楚地示出的那样，所述分析和保护装置基本上涉及(a)传感器卡，该卡包括用于脱扣操作的电源装置，用于霍耳传感器的电源装置，和信号调节装置，(b)主电源卡，该卡包括脱扣电路和感测以及处理电路，和(c)处理器卡，该卡包括微控制器卡/装置，所述微控制器卡/装置具有或不具有附加的指示/设置装置。图6示出了所获得的本专利技术的系统的三级保护装置的时间对电流保护曲线，用于基于本专利技术系统的三级保护(过载保护、短路电流保护和瞬时电流保护)装置的微控制器的设置。本专利技术中的系统具有霍耳效应传感器，该传感器产生被加入到处理装置的信号。霍耳传感器在感测DC断路器中的电流的有利使用再加上保护和控制装置，会对400安培到4000安培的大范围的运行电流中的断路器提供有效的直流感测和保护。所述传感器的输出端与基于微控制器的控制和保护装置操作性连接。所述控制和保护装置有选择性地包括以下装置a)过载保护装置；b)短路电流保护装置；c)和瞬时电流保护装置。在本专利技术的上述系统中，各种各样已知的用于电流感测的、形状和尺寸不同的任何可获得的霍耳传感器均可使用，霍耳传感器优选是横向类型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于断路器的ＤＣ感测和保护系统，包括：　　　　（ｉ）用于断路器保护的适于ＤＣ电流选择性总体感测的霍耳效应传感器（５）；　　　　（ｉｉ）共同使用的磁芯，所述磁芯包括具有一个间隙（３）的开环磁通量集中铁芯（２），所述间隙有一中心孔以适于与电流终端（４）进行操作性连接，并被设计成能够使霍耳传感器有选择性地安装在所述间隙中；　　　　（ｉｉｉ）控制和保护装置，所述控制和保护装置包括处理装置和多个选择性保护装置，所述选择性保护装置包括：　　　　－启动装置；　　　　－过载保护装置；　　　　－短路电流保护装置；　　　　－瞬时电流保护装置；　　　　－负载线偏压（ｌｏａｄ－ｌｉｎｅ　　ｂｉａｓ）消除装置；　　　　－容量选择装置。

【技术特征摘要】
1.一种用于断路器的DC感测和保护系统，包括(i)用于断路器保护的适于DC电流选择性总体感测的霍耳效应传感器(5)；(ii)共同使用的磁芯，所述磁芯包括具有一个间隙(3)的开环磁通量集中铁芯(2)，所述间隙有一中心孔以适于与电流终端(4)进行操作性连接，并被设计成能够使霍耳传感器有选择性地安装在所述间隙中；(iii)控制和保护装置，所述控制和保护装置包括处理装置和多个选择性保护装置，所述选择性保护装置包括—启动装置；—过载保护装置；—短路电流保护装置；—瞬时电流保护装置；—负载线偏压(load-line bias)消除装置；—容量选择装置。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制和保护装置具有基于微控制器的卡，所述基于微控制器的卡用于为所述启动装置产生输出脉冲。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述启动装置包括去磁离合器和磁杆，所述去磁离合器和磁杆用于提供过载保护、短路电流保护和瞬时电流保护。4.如权利要求1到3中任何一项所述的系统，其特征在于，所述控制和保护装置包括a.传感器卡，包括(i)用于脱扣操作的电源装置；(ii)用于霍耳传感器的电源装置；(iii)和信号调节装置；b.主电源卡；c.和处理器装置。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述处理器装置包括处理器卡，所述处理器卡中合并有微控制器卡和可选择的指示装置或设置装置。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可...

【专利技术属性】
技术研发人员：笛派克莫瑞，哈沙拉卡玛尼，
申请(专利权)人：拉森特博洛有限公司，
类型：发明
国别省市：IN[印度]