零序电流互感器主要技术性能分析

第19卷第6期

2016年6月POWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS Vol.19 No.6 June.2016

零序电流互感器主要技术性能分析

张立军，黄蓉蓉，孙再胜

(德力西电气有限公司，浙江温州325604)

摘要：在低压配电系统中，漏电断路器是重要的保护用电气设备，文中介绍了漏电用零序电流互 感器的主要技术性能及其与哪些因素有关，通过对零序电流互感器的理论分析和大量试验来说明 零序电流互感器在设计和应用时，如何合理地选择相关参数，使零序电流互感器达到设计者的要 求。

关键词：漏电断路器；零序互感器；灵敏度;线性度；平衡特性；过载特性；温度特性

Analysis on Main Technical Function of

Zero Sequence Current Mutual Inductor

Zang Lijun,Huang Rongrong,Sun Zaisheng

中图分类号:TM45文献标识码:A文章编号0219-2713(2016)06-024-005

1引言

漏电断路器作为直接或间接保护人身安全的

低压电器产品，在低压电器中占有举足轻重的位

置，而零序电流互感器(以下简称零序互感器）对漏

电断路器的性能好坏来说又占有至关重要的地位，

所以零序电流互感器设计的好坏直接影响漏电断

路器质量的好坏，本文对互感器的组成及原理、零 序电流互感器的各个技术性能的好坏与哪些因素 有关。

2零序互感器的原理

零序互感器的结构原理如图1所示。

收稿日期=2016-01-15

图1零序互感器的矢量零序互感器的原理

零序感器的矢量图如图2所示。

由图2可得下式

I r N=V(/〇■Nt+I2-N2-sin(d))2+(I2-N2-cos(d))2(1) 式中，/,为零序互感器一次电流；

I2为零序互感器二次电流；

N,为零序互感器一次线圈匝数；

本期专题院纛屬器与互感器

N 2为零序互感器二次线圈匝数；/。为零序互感器的励磁电流；

兹为零序互感器的二次感应电势和感应电流的 相角。

据公式

窑二瓦窑^^

(2)

Z 〇*/V 2

式中，E2为二次感应电动势；

为励磁阻抗.据公式

/2=E 2Z+RR

(3)

式中，Z l 为二次侧绕组总阻抗，Z l =V R L 2+(棕L )2 ；

R l 为二次侧绕组电阻；L 二次侧绕组感抗;L =l l

棕为角频率；S 为铁心截面积；R r 为二次负载阻抗；L l 为铁心的磁路长度。则式(1)转化得

姨^，綱表謂⑷

首先我们来分析一下互感器的几个技术性能。3

零序互感器的灵敏度

零序互感器的灵敏度就是在一定的剩余电流 情况下，不同的互感器感应的电势E 2的能力，E 2越

大，说明灵敏度越高。

据式:Z 〇=2仔•/•#

(5)

R 〇式中/为频率；

R 。为互感器磁阻R 〇=滋卜。

滋S

式中，，滋为铁心的磁导率。

把式(5)整理成为

Z 〇=2仔/.Ni 2//备

（6)

LL

把式(4)转化成式(7)。

当输入电流/d —定时,E 2与一次绕组匝数、二

次绕组匝数、铁心磁导率、铁心磁路长度、铁心截面 积、感应电流的相位角以及负载电阻和线圈绕组有 怎样的关系。

由式(7)通过仿真得图3、图4的曲线图。

400

800

1.2xl 〇3

1.6xl03

2xl 〇3

N

图3式(7)仿真结果实线为ur :90000;虚线为ur :60000匝

图4式(7)仿真结果实线为N 1:3匝；虚线为N 1:1匝

E 2

(7)

(______U 窑________)2+2.L 丨_____________________sin (兹)_____________________+________________N 22________________姨 2 仔

窑

U f 窑s 2.仔./.u ,u 窑窑「姨(N22.ur .u 0. s . 2 .仔.f )2+r 7" +R r ][姨(N22.u 0.ur .,s . 2 .仔.f )2+R l 2 +R r ]2

第19卷第6期

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从图3中我们可以看出，在输入电流Id—定的 情况下，增加二次线圈匝数可以提高互感器的灵敏 度；、图4为在输入电流Id—定情况下，增加一次线 圈匝数可以提高互感器的灵敏度。

下面我们来分析一下，铁心的内径A，外径D2以及h的变化对互感器的灵敏度的影响，常用铁芯 的外形如图5所示。

L=仔過+^(9)从把式(8)、式(9)代入式(7)中我们可以看到 输出E2与高度h的关系，如图6所示。

图6 &与高度h的关系曲线

从图6中我们可以看到，在开始时佐随h的 变化，增大非常明显，但随着h的增大，佐增大越来 越不明显，所以我们选择铁心高度h时，要根据实 际情况选择一个合理的h值。

从图7中可以看出当外径认值不变时，佐随着A的增大而减少。从图8中可以看出当内径D,值不变时，开始时，佐随着认的变化增大明显，但 增大到一定值后，E2随着认的增大越来越不明显，因此我们在选择铁心内径和外径时在考虑空间和

图7 &与高度D,的关系曲线

图8私与高度认的关系曲线

一次导体能穿过的情况下，尽量减少D,，增大D2,这 样能够提高互感器的灵敏度。

通过以上分析，提高互感器灵敏度可以通过增 加一次匝数、二次匝数，提高磁导率/滋、增加零序互 感器截面积等。

4零序互感器线性度特性

零序互感器线性度就是说二次绕组的感应电 势和输入的漏电流的变化量之比是一个常数，也就 是佐吟/ /吟之比是一个常数。线性度的好坏直接关系 到零序电流互感器的稳定性和可靠性。从式(7)中可 以看出互感器线性度的好坏与导磁率/滋，一次匝数、二次匝数、铁心的内径、外径以及铁心的热处理等 有关，当互感器尺寸确定了，那么磁路长度、截面积 也就定了，通常情况下，一次匝数考虑到空间问题 一般选一匝，这时互感器线性度的影响因素就是二