剩餘電流互感器

剩餘電流互感器是漏電保護器的檢測元件，它的主要功能是檢測通過互感器鐵心的主電路的剩餘電流(觸電、漏電等接地故障電流)，並將一次迴路的剩餘電流變換成二次迴路的輸出電壓。剩餘電流互感器是漏電保護器中最關鍵的部件之一。

基本介紹

• 中文名：剩餘電流互感器
• 外文名：residual current transformer
• 簡稱：RCT
• 性質：一種漏電保護元件

工作原理

漏電保護器的結構原理如圖1所示。

圖1

電網導線穿過RCT的磁芯，RCT檢測被保護線路電流的相量和。正常情況下，各相電流平衡，通過RCT 的一次側電流I相量和等於零，由基爾霍夫電流定律可知

這樣，各相線工作電流在電流互感器環形鐵心中所產生的磁通量Φ之和也為零，即

當有人觸電或出現其他接地漏電故障時，由於漏電流的存在，使得通過電流互感器一次側的各相負荷電流(包括中性線電流)的相量和不再為零，即此時

從而

RCT 的工作原理如圖2所示。

圖2

RCT 的二次側線圈在交變磁通Φ_Δ的作用下，有感應電勢E₂產生，從而在二次迴路中便產生了一個正比於漏電電流的感應電流I_Δ。漏電流越大，則二次繞組感應電勢E₂也就越大，兩者關係即互感器的工作特性如圖3 所示。其中曲線1 為互感器二次繞組斷路情況下的空載特性，可以看出，起始時二次側感應電勢E₂ 很小，只有一次側漏電電流I₁ 增加到一定值後，E₂ 才有明顯的輸出；此後，隨著I₁ 的增加，E₂不斷變大，近似線性地變化；當I₁ 大到一定值後，E₂變化趨於緩慢，甚至呈下降趨勢，線性度變差，這是由於磁芯進入了飽和區造成的．因此，應選擇合適的二次側負載阻抗，保證磁芯工作線上性段，避免磁芯發生磁飽和．曲線2 為帶脫扣器工作狀態下的負載特性，由於二次側負載電流的去磁作用，磁芯變得不易飽和，並且在相同的漏電電流條件下，E₂相對變小。

圖3

平衡特性

磁芯中導體偏移度和螺旋磁芯的首尾端角度是影響電流互感器平衡特性的兩個主要因素。通過解析計算結合數值仿真的方法分析了其對互感器平衡特性的影響，並通過實驗驗證了理論分析的正確性。結果表明：互感器磁芯的首尾端角度在0°且穿過互感器的導線均勻分布於磁芯中心並為磁芯加裝磁禁止罩的條件下，磁芯具有良好的平衡特性，裝置不會發生誤動作。

互感器鐵芯材料選用

剩餘電流互感器一次迴路的勵磁電流很小，處於弱磁場條件下工作，對額定剩餘動作電流為0.006A的剩餘電流保護電器，最小的工作磁場強度只有0.080A/m左右。在工作時，主電路經常會受到幾百安至上千安大起動電流或幾萬安的短路電流衝擊，剩餘電流互感器處於極端的飽和狀態。在這種情況下。互感器不能因衝擊電流產生的剩磁影響動作特性。因此剩餘電流互感器的鐵心材料一般採用具有高起始磁導率、高的最大磁導率和低矯頑力鐵鎳軟磁合金材料。鐵鎳軟磁合金材料具有極高的起始磁導率和最大磁導率、極低的矯頑力、較低的飽和磁通密度，以及良好的溫度穩定性。

剩餘電流互感器鐵心製造方式有卷繞成環形和環形沖片兩種，卷繞鐵心的材料一般選用厚度為0.10～0.20mm的冷軋帶材，沖片鐵心的材料一般選用厚度為0.3～1.00的冷軋帶材。

除了鐵鎳軟磁合金外，也有採用非晶態或超微晶態的軟磁合金材料製造剩餘電流互感器鐵心。非晶態和超微晶態軟磁合金具有製造工藝和熱處理工藝簡單、成本較低，最大磁導率和飽和磁通密度高等優點，但起始磁導率較低，不適合於對起始磁導率和靈敏度要求較高的剩餘電流保護電器使用，例如，電磁式剩餘電流保護電器。此外，非晶態和超微晶態材料存在質地較脆、易碎裂等缺陷，在設計時應考慮適當的保護措施。

結構設計要點

1)剩餘電流互感器的鐵心一般採用環形結構，可採用卷繞鐵心或沖片鐵心。鐵心的尺寸根據剩餘電流保護電器的結構、一次迴路導體尺寸和靈敏度要求而定。

根據結構。一次迴路一般均設計為一匝，對額定電流較小的電磁式剩餘電流保護電器也可以設計為幾匝。

電子式剩餘電流保護電器，對互感器的輸出功率要求不高。鐵心截面尺寸可設計得小一點。對額定電流較小的剩餘電流保護電器，互感器直徑較小，如採用高磁導率的鐵鎳軟磁合金,截面積可設計為10-20mm²之間；額定電流較大時，互感器直徑較大，平均磁路也長，鐵心截面積應適當增大，可設計為30-50mm²之間。對電磁式剩餘電流保護電器，要求互感器有較高的靈敏度和較高的輸出功率，因此要增大鐵心的截面積，例如額定電流為40-63A的剩餘電流保護電器，如採用高磁導率的鐵鎳軟磁合金，鐵心的截面積約在100-200mm2之間。對A型剩餘電流保護電器，要提高脈動電流時的輸出，除了採取其它相應措施外(例如，改變磁滯回線形狀，增加脈動直流時輸出)，也可增大互感器鐵心截面積的尺寸。具體鐵心尺寸應根據剩餘電流保護電器的整體結構、一次迴路的導體尺寸及檢測靈敏度的要求綜合考慮。

2)高磁導率的鐵鎳軟磁合金材料的鐵心在卷繞或加工完成後，要經過高溫熱處理後才能達到磁性能要求。經過高溫熱處理的鐵心對機械應力很敏感，在受到機械應力或衝擊後，磁性能會急驟下降，使動作特性發生變化，因此在互感器設計時應對鐵心採取足夠的防護措施，防止正常使用過程中受機械應力的影響。非晶態合金或超微晶態合金鐵心的磁性能對機械應力的敏感度要低於鐵鎳軟磁合金，但經過時效處理後易碎裂，也應有足夠的防護措施。因此，互感器鐵心一般應放置在高強度工程塑膠製成的外殼中，並採取適當的防振措施，如增加防振墊片或充填防振矽脂等。在剩餘電流保護電器結構設計時，也要防止一次迴路導體或其它部件對互感器施加過大應力。