[科普中国]-剩余电流互感器

剩余电流互感器是漏电保护器的检测元件，它的主要功能是检测通过互感器铁心的主电路的剩余电流(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路的输出电压。剩余电流互感器是漏电保护器中最关键的部件之一。1

工作原理漏电保护器的结构原理如图1所示。

电网导线穿过RCT的磁芯，RCT检测被保护线路电流的相量和。正常情况下，各相电流平衡，通过RCT 的一次侧电流I相量和等于零，由基尔霍夫电流定律可知

这样，各相线工作电流在电流互感器环形铁心中所产生的磁通量Φ之和也为零，即

当有人触电或出现其他接地漏电故障时，由于漏电流的存在，使得通过电流互感器一次侧的各相负荷电流(包括中性线电流)的相量和不再为零，即此时

从而

RCT 的工作原理如图2所示。

RCT 的二次侧线圈在交变磁通ΦΔ的作用下，有感应电势E2产生，从而在二次回路中便产生了一个正比于漏电电流的感应电流IΔ。漏电流越大，则二次绕组感应电势E2也就越大，两者关系即互感器的工作特性如图3 所示。其中曲线1 为互感器二次绕组断路情况下的空载特性，可以看出，起始时二次侧感应电势E2 很小，只有一次侧漏电电流I1 增加到一定值后，E2 才有明显的输出；此后，随着I1 的增加，E2不断变大，近似线性地变化；当I1 大到一定值后，E2变化趋于缓慢，甚至呈下降趋势，线性度变差，这是由于磁芯进入了饱和区造成的．因此，应选择合适的二次侧负载阻抗，保证磁芯工作在线性段，避免磁芯发生磁饱和．曲线2 为带脱扣器工作状态下的负载特性，由于二次侧负载电流的去磁作用，磁芯变得不易饱和，并且在相同的漏电电流条件下，E2相对变小。1

平衡特性磁芯中导体偏移度和螺旋磁芯的首尾端角度是影响电流互感器平衡特性的两个主要因素。通过解析计算结合数值仿真的方法分析了其对互感器平衡特性的影响，并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明：互感器磁芯的首尾端角度在0°且穿过互感器的导线均匀分布于磁芯中心并为磁芯加装磁屏蔽罩的条件下，磁芯具有良好的平衡特性，装置不会发生误动作。

互感器铁芯材料选用剩余电流互感器一次回路的励磁电流很小，处于弱磁场条件下工作，对额定剩余动作电流为0.006A的剩余电流保护电器，最小的工作磁场强度只有0.080A/m左右。在工作时，主电路经常会受到几百安至上千安大起动电流或几万安的短路电流冲击，剩余电流互感器处于极端的饱和状态。在这种情况下。互感器不能因冲击电流产生的剩磁影响动作特性。因此剩余电流互感器的铁心材料一般采用具有高起始磁导率、高的最大磁导率和低矫顽力铁镍软磁合金材料。铁镍软磁合金材料具有极高的起始磁导率和最大磁导率、极低的矫顽力、较低的饱和磁通密度，以及良好的温度稳定性。2

剩余电流互感器铁心制造方式有卷绕成环形和环形冲片两种，卷绕铁心的材料一般选用厚度为0.10～0.20mm的冷轧带材，冲片铁心的材料一般选用厚度为0.3～1.00的冷轧带材。

除了铁镍软磁合金外，也有采用非晶态或超微晶态的软磁合金材料制造剩余电流互感器铁心。非晶态和超微晶态软磁合金具有制造工艺和热处理工艺简单、成本较低，最大磁导率和饱和磁通密度高等优点，但起始磁导率较低，不适合于对起始磁导率和灵敏度要求较高的剩余电流保护电器使用，例如，电磁式剩余电流保护电器。此外，非晶态和超微晶态材料存在质地较脆、易碎裂等缺陷，在设计时应考虑适当的保护措施。2

结构设计要点1)剩余电流互感器的铁心一般采用环形结构，可采用卷绕铁心或冲片铁心。铁心的尺寸根据剩余电流保护电器的结构、一次回路导体尺寸和灵敏度要求而定。

根据结构。一次回路一般均设计为一匝，对额定电流较小的电磁式剩余电流保护电器也可以设计为几匝。

电子式剩余电流保护电器，对互感器的输出功率要求不高。铁心截面尺寸可设计得小一点。对额定电流较小的剩余电流保护电器，互感器直径较小，如采用高磁导率的铁镍软磁合金,截面积可设计为10-20mm2之间；额定电流较大时，互感器直径较大，平均磁路也长，铁心截面积应适当增大，可设计为30-50mm2之间。对电磁式剩余电流保护电器，要求互感器有较高的灵敏度和较高的输出功率，因此要增大铁心的截面积，例如额定电流为40-63A的剩余电流保护电器，如采用高磁导率的铁镍软磁合金，铁心的截面积约在100-200mm2之间。对A型剩余电流保护电器，要提高脉动电流时的输出，除了采取其它相应措施外(例如，改变磁滞回线形状，增加脉动直流时输出)，也可增大互感器铁心截面积的尺寸。具体铁心尺寸应根据剩余电流保护电器的整体结构、一次回路的导体尺寸及检测灵敏度的要求综合考虑。2

2)高磁导率的铁镍软磁合金材料的铁心在卷绕或加工完成后，要经过高温热处理后才能达到磁性能要求。经过高温热处理的铁心对机械应力很敏感，在受到机械应力或冲击后，磁性能会急骤下降，使动作特性发生变化，因此在互感器设计时应对铁心采取足够的防护措施，防止正常使用过程中受机械应力的影响。非晶态合金或超微晶态合金铁心的磁性能对机械应力的敏感度要低于铁镍软磁合金，但经过时效处理后易碎裂，也应有足够的防护措施。因此，互感器铁心一般应放置在高强度工程塑料制成的外壳中，并采取适当的防振措施，如增加防振垫片或充填防振硅脂等。在剩余电流保护电器结构设计时，也要防止一次回路导体或其它部件对互感器施加过大应力。2

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学