剩余电流断路器设计要点-周积刚PPT文件格式下载.pptx
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靠性和稳定性。
一、概述剩余电流剩余电流互感器互感器剩剩余余电电流流脱扣器脱扣器电子线电子线路板路板二、剩余电流互感器设计要点11、剩余电流互感器的剩余电流互感器的设计要求设计要求p剩余电流互感器的功能剩余电流互感器的功能检测检测主电路的剩余电流(触电、漏电等接地故主电路的剩余电流(触电、漏电等接地故障电流),并将一次回路的剩余电流变换成二次回障电流),并将一次回路的剩余电流变换成二次回路的输出电压路的输出电压,该电压该电压直接或通过信号放大装置,直接或通过信号放大装置,使使剩余电流剩余电流脱扣器动作。
互感器工作性能的优劣将脱扣器动作。
互感器工作性能的优劣将直接影响剩余电流保护电器的性能和工作可靠性直接影响剩余电流保护电器的性能和工作可靠性p剩余电流互感器的技术要求剩余电流互感器的技术要求高灵敏度:
检测电流最小至高灵敏度:
检测电流最小至0.006A0.006A;
高可靠性:
不产生误动作;
高稳定性:
温度、时效稳定高稳定性:
温度、时效稳定二、剩余电流互感器设计要点22、剩余电流互感器的矢量图剩余电流互感器的矢量图剩余电流互感器电流和电压关系的矢量图剩余电流互感器电流和电压关系的矢量图N1I2I1N2E2N2I2NN22II22NN11II11NN11II00图中:
图中:
NN11为一次回路导线为一次回路导线匝数匝数;
NN22为二次回路匝数;
为二次回路匝数;
II11为一次为一次回路电流;
回路电流;
II22为二次回路电流;
为二次回路电流;
II00为铁心激磁电流;
为铁心激磁电流;
EE22为二次为二次回路感应电压;
回路感应电压;
为二次回路电流滞后角为二次回路电流滞后角E2二、剩余电流互感器设计要点p根据矢量图,一次回路电流、二次回路电流及铁根据矢量图,一次回路电流、二次回路电流及铁心激磁电流间的关系如下列公式所示:
心激磁电流间的关系如下列公式所示:
NN11II11+NN22II22NN11II00(11)NN11II11(22)II11(33)p由式(由式(33)可见,在)可见,在NN11、NN22等参数确定的条件下,等参数确定的条件下,相对于一次回路确定的电流值相对于一次回路确定的电流值II11,要提高二次回路,要提高二次回路的感应电压的感应电压EE22(提高灵敏度),应尽可能提高互感(提高灵敏度),应尽可能提高互感器的激磁阻抗器的激磁阻抗ZZ00二、剩余电流互感器设计要点互感器的激磁阻抗互感器的激磁阻抗ZZ00(44)式中式中为铁心的导磁率,为铁心的导磁率,ll为铁心磁路的平均长度,为铁心磁路的平均长度,SS为铁心截面积,为铁心截面积,为电源角频率为电源角频率p因此,要增大因此,要增大ZZ00,应提高铁心的导磁率、截面积和,应提高铁心的导磁率、截面积和一次回路的匝数,减少铁心的磁路长度一次回路的匝数,减少铁心的磁路长度ll二、剩余电流互感器设计要点33、剩余电流互感器、剩余电流互感器结构结构剩余电流互感器一般采用穿心式的环形互感器,一剩余电流互感器一般采用穿心式的环形互感器,一次回路导线次回路导线NN11从互感器中间穿过,二次回路导线从互感器中间穿过,二次回路导线NN22缠缠绕在环形铁心上,通过互感器的铁心实现一次回路和绕在环形铁心上,通过互感器的铁心实现一次回路和二次回路之间的电磁耦合。
二次回路之间的电磁耦合。
1.屏蔽圈屏蔽圈2.屏蔽片屏蔽片3.绝缘外绝缘外壳壳4.罩壳罩壳5.屏蔽圈屏蔽圈6.线圈线圈7.罩壳罩壳8.铁心铁心9.罩壳罩壳10.绝缘片绝缘片11.环氧树脂环氧树脂12.二次回路和试验二次回路和试验回路引出线回路引出线二、剩余电流互感器设计要点44、互感器铁心材料和结构设计要求、互感器铁心材料和结构设计要求1)1)对铁心材料的要求:
对铁心材料的要求:
p互感器检测电流一般从几个毫安至几百毫安,而一互感器检测电流一般从几个毫安至几百毫安,而一次回路导线受到结构限制往往只有一匝或几匝,激磁次回路导线受到结构限制往往只有一匝或几匝,激磁安匝较小。
安匝较小。
对对IInn为为0.006A0.006A的的RCDRCD,最小工作磁场约为,最小工作磁场约为0.080A/m0.080A/m,要求铁心具有较高导磁率和初始导磁率,要求铁心具有较高导磁率和初始导磁率p正常工作时主电路会受到大起动电流或短路电流冲正常工作时主电路会受到大起动电流或短路电流冲击,互感器处于极端饱和状态。
此时不能因剩磁影响击,互感器处于极端饱和状态。
此时不能因剩磁影响动作特性,要求铁心具有低矫顽力动作特性,要求铁心具有低矫顽力二、剩余电流互感器设计要点p铁镍软磁合金材料,例如铁镍软磁合金材料,例如1J761J76、1J791J79、1J801J80、1J851J85等,等,具有较高起始导磁率和最大导磁率,极低的矫顽力,较低具有较高起始导磁率和最大导磁率,极低的矫顽力,较低的饱和磁感应密度,以及良好的温度稳定性。
的饱和磁感应密度,以及良好的温度稳定性。
例如,例如,1J851J85,其,其mm可大于可大于0.628H/m0.628H/m,00也可达也可达0.0625H/m0.0625H/m以上,以上,适合于在弱磁场条件下工作,可适合于在弱磁场条件下工作,可制造剩余电流互感器的铁制造剩余电流互感器的铁心心p非晶和超微晶合金材具有较高磁导率,加工及热处理非晶和超微晶合金材具有较高磁导率,加工及热处理工艺要求较低,成本也相应较低,近几年发展较快,稳定工艺要求较低,成本也相应较低,近几年发展较快,稳定性也逐渐提高,其应用逐渐增多性也逐渐提高,其应用逐渐增多p对于剩余动作电流较大的其它剩余电流对于剩余动作电流较大的其它剩余电流断路器断路器,例如,例如剩余剩余动作动作电流电流为几十安以上时为几十安以上时,也可以采用硅钢片等其它,也可以采用硅钢片等其它导磁材料制造互感器铁心导磁材料制造互感器铁心二、剩余电流互感器设计要点牌号牌号种类种类厚度厚度mmmm0.08A/m0.08A/m下下磁导率磁导率mH/mmH/m最大磁导最大磁导率率mH/mmH/mHHccA/mA/mBBssTT1J761J76冷轧带材冷轧带材0.10-0.190.10-0.1925251751752.82.80.750.751J771J77冷轧带材冷轧带材0.10-0.190.10-0.1950502252251.21.20.600.601J791J79冷轧带材冷轧带材(III)(III)0.10-0.190.10-0.1938382502501.21.20.730.731J801J80冷轧带材冷轧带材(III)(III)0.10-0.340.10-0.3456562502501.01.00.630.631J851J85冷轧带材冷轧带材(II)(II)0.10-0.190.10-0.1962.562.52252251.21.20.700.701J851J85冷轧带材冷轧带材(II)(II)0.20-0.340.20-0.3475752502501.01.00.700.701J851J85冷轧带材冷轧带材(II)(II)0.350.3568.868.83253250.70.70.700.701J861J86冷轧带材冷轧带材0.10-0.190.10-0.1962.562.52252251.21.20.600.601J861J86冷轧带材冷轧带材0.20-0.340.20-0.3475752752750.70.70.600.601J861J86冷轧带材冷轧带材0.35-1.000.35-1.0062.562.52502501.21.20.600.60高起始导磁率铁镍软磁合金的磁特性示例如下表高起始导磁率铁镍软磁合金的磁特性示例如下表二、剩余电流互感器设计要点2)2)结构设计要求结构设计要求p铁心一般为圆环形,用带材卷绕或板材冲环形薄铁心一般为圆环形,用带材卷绕或板材冲环形薄片重叠而成,卷绕铁心磁对称性好,材料利用率高,片重叠而成,卷绕铁心磁对称性好,材料利用率高,但制造工艺要求较高;
冲片式制造方便,磁对称性较但制造工艺要求较高;
冲片式制造方便,磁对称性较差,材料利用率低。
卷绕材料厚度为差,材料利用率低。
卷绕材料厚度为0.10-0.20mm0.10-0.20mm冷冷轧带材轧带材,冲片材料一般选用冲片材料一般选用0.3-1.000.3-1.00的冷轧带材的冷轧带材pNN11、NN22、LL和和SS等结构参数确定:
等结构参数确定:
主回路匝数主回路匝数NN11受结构限制,一般采用穿心式,受结构限制,一般采用穿心式,NN11为为11,电磁式剩余电流断路器的,电磁式剩余电流断路器的NN11也不会大于也不会大于5-65-6匝匝减少磁路长度,即铁心内径,根据主回路导减少磁路长度,即铁心内径,根据主回路导体截面积确定,要确保所有的主回路导体,包括绝缘体截面积确定,要确保所有的主回路导体,包括绝缘等均能通过互感器内孔等均能通过互感器内孔二、剩余电流互感器设计要点铁心截面积铁心截面积SS,除了与检测灵敏度有关外,也,除了与检测灵敏度有关外,也与互感器输出功率有关。
对电子式,与互感器输出功率有关。
对电子式,输出功率要求不输出功率要求不高,铁心截面尺寸高,铁心截面尺寸要求不高,额定电流较小时,铁心要求不高,额定电流较小时,铁心直径小,可直径小,可设计为设计为几个几个mmmm22至至十几十几mmmm22;
额定电流较大;
额定电流较大时,互感器直径较大,平均磁路也长,铁心截面积应时,互感器直径较大,平均磁路也长,铁心截面积应适当增大,可设计为适当增大,可设计为30mm30mm22至至50mm50mm22之间。
对电磁式之间。
对电磁式剩余电流保护电器,要求较高的输出功率,剩余电流保护电器,要求较高的输出功率,应应增大铁增大铁心的截面积,约在心的截面积,约在几十几十mmmm22至至一百多一百多mmmm22。
根据铁心截面根据铁心截面SS,可确定铁心外径和铁心厚度,可确定铁心外径和铁心厚度,但整个铁心尺寸应与剩余电流断路器整个结构综合考但整个铁心尺寸应与剩余电流断路器整个结构综合考虑虑二、剩余电流互感器设计要点3)3)屏蔽结构设计屏蔽结构设计p由于漏磁通的存在,即使没有接地故障,一次回由于漏磁通的存在,即使没有接地故障,一
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