剩余电流互感器应用中应注意的一些问题

剩余电流互感器应用中应注意的一些问题

1概述

1.1剩余电流互感器工作原理:

剩余电流互感器是一个检测元件，它的主要功能是把一次回路检测到的触电、漏电等接地故障电流I1 变换成二次回路的输出电压E2，E2施加到剩余电流脱扣器的脱扣线圈上，推动脱扣器动作，或通过信号放大装置将信号放大以后施加到脱扣线圈上，使脱扣器动作。

1.2剩余电流互感器是剩余电流保护装置的一个重要元件，其工作性能的优劣将直接影响剩余电流保护装置的性能和工作可靠性。剩余保护保护装置的电流互感器一般采用穿心式的环形互感器，即主电路的导线（一次回路导线N1）从互感器中间穿过，二次回路导线（N2）缠绕在环形铁心上，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。

图1为SA剩余电流断路器的剩余电流互感器典型结构；

图2为SA四极剩余电流互感器一次回路导线的布置；

图3为默勒公司L7互感器；

图4为富士公司SG63B互感器。

1 屏蔽

2 罩壳

3 屏蔽

4 罩壳

5 铁心

6 屏蔽

7 绝缘片 8 环氧树脂 9 二次回路(N2)引出线 10 试验回路引出线

图1 剩余电流互感器的典型结构

1 一次回路导体

2 剩余电流互感器

图2 互感器一次回路导体的布置

图3 默勒公司L7互感器图4 富士公司SG63B互感器

2．剩余电流互感器的几何形状及结构形式

2．1几何形状：

图5为圆形互感器；

图6为椭圆形互感器。

图5圆形互感器图6椭圆形互感器

2．2结构形式

图5卷绕结构形式

图7叠片结构形式

图7叠片结构形式

3．剩余电流互感器的材料

3．1剩余电流互感器的材料一般选用高导磁率、低矫顽力的软磁材料：

①高导磁率：当原边流过微小的电流时，就能在次级产生较大的输出电压。

②低矫顽力：由于剩余电流断路器可能会遇到单相对地短路的情况，此时的剩余电流值高于I△n的几千倍，甚至几万倍。经大电流冲击后，互感器铁芯已经达到饱和，但由于剩磁的影响，在单相对地短路电流消失后，互感器铁芯的工作点并不返回原点。如果，互感器铁芯材料的剩磁强度Br与矫顽力Hc 都很大，那么当输入一个微弱的电流不足以克服Hc，消除Br的影响时，如此时再检测到一般的剩余电流信号，则二次回路输出电压会减小，灵敏度下降，甚至于拒动。

3．2互感器铁芯常用材料

①铁镍软磁合金(坡莫合金)材料

铁镍软磁合金(坡莫合金)材料是一种在较弱磁场下有较高的磁导率的铁镍合金，常用的牌号有1J85、1J79等。

②非晶材料

根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体，物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金（又称

为金属玻璃）。

非晶态材料是将熔融的金属直接喷在高速旋转的飞轮上，用每秒近100万℃的超急冷方法，使熔化的液态合金立即凝固成薄带。由于超急冷却凝固，合金来不及结晶而形成非晶态合金。

非晶态合金具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视。在漏电保护器、电感滤波器、电力配电变压器和开关电源等方面均已得到应用

非晶态材料有：铁基非晶合金、铁镍基非晶合金、钴基非晶合金。

有关非晶软磁合金材料的几个问题

a. 温度稳定性(指非晶态合金的磁性能随使用温度的变化)

由于非晶态合金在高温下会发生晶化，由此它的使用温度受到晶化温度的限制。通常情况下，非晶态合金必须满足如下要求：温度范围：-55℃—+130℃，

b. 时效稳定性（指在一定温度下，非晶态合金的磁性能随时间的变化）由于非晶态合金处于亚稳态，在一定条件下有晶化的趋势。我国自八十年代起将非晶态合金应用于开关电源、中频变压器及漏电保护开关等多种场合，至今没有因为铁心性能恶化导致漏电保护开关失效的报道

c. 磁冲击稳定性（非晶纳米晶铁心经过强磁场的冲击后保持原有磁性能的能力）：

非晶铁心在使用过程中，有时会受到来自电源内部或外部的强磁场冲击。在强磁场冲击后，铁心保持原有性能是非常关键的。

d.机械稳定性（指非晶态合金经过机械冲击振动后磁性能的变化）：

非晶态合金在使用前，一般都要经过热处理。而经过热处理后，材料比较

脆。但无论什

么材料，作为铁心使用时，大多数要放在保护盒中使用。对于非晶态合金，在铁心装入保护盒时通常还要加入某些衬垫物，如硅脂、海绵等。

e.由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构，使得非晶合金具有一些独特的性质。所以，在非晶合金在使用时，必须保证它们处于非晶态。一般的非晶合金存在着发生晶化的可能性，一旦在晶化温度以上退火，材料内部的原子排列就变成了有序的，也就是说成为晶体，而且晶粒组织很粗大，这时非晶合金原有的磁性能就会丧失。因此，一般的非晶合金都要在非晶状态下使用。

③超微晶(纳米晶)材料

含有Cu和Nb的铁基非晶合金在晶化温度以上退火时，会形成非常细小的晶粒组织，晶粒尺寸仅有10－20纳米。这时材料磁性能不仅不恶化，反而非常优良。这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为超微晶合金（也称为纳米晶合金）。

超微晶(纳米晶)材料的综合性能相比非晶材料要好，但同样在温度稳定性、时效稳定性、磁冲击稳定性、机械稳定性等方面要进一步研究和积累运行经验。

④对于剩余动作电流较大的剩余电流保护装置，例如：剩余电流继电器、接地故障保护断路器等，也可以采用硅钢片、铁氧体等其他高导磁材料制造互感器铁芯。

⑤性能与价格比较：

a.价格：非晶和超微晶是1J85软磁合金价格的40～60%左右。

b.1J85软磁合金制造互感器一般用0.1mm厚材料，性能稳定韧性好，价格