研究背景

電氣化發展日新月異，在設備不斷更新的同時，許多老化的線路或不達標的電網系統依然未得到優化。這不僅會使線路發生過載，還會帶來漏電等電氣隱患危及人身安全。由于線路改造成本過大，故將預防電氣隱患的設備應用于線路十分必要。隨著電網的升級改造，將剩余電流漏電保護器應用在家用電網或低壓電路上可以更大程度地保證設備的安全運行，也可為人身安全提供必要保障。

論文所解決的問題及意義

剩余電流漏電保護器最主要的檢測元件是剩余電流互感器（RCT）。本文從RCT的工作原理展開分析，對RCT的傳變特性進行多項實驗性研究；然后對器件理論參數值進行優化，通過改變材料和工藝得出實驗數據與圖表，并對傳變特性及其誤差進行分析，總結出性能更強的RCT優化方案并設計出一款準確度等級達到0.5級的剩余電流互感器。

圖1 RCT工作原理

論文方法及創新點

由于隔離電路不利于分析電路中各項參數，本文采取等效電路的方法，等效電路如圖2所示，通過將等效電路中的參數與一次繞組和二次繞組參數進行對比來分析等效電路的參數關系。通過對相量的分析，RCT的參數相量圖如圖3所示。

圖2 等效電路

圖3 RCT參數相量圖

一般來說，提高鐵心材料的磁性能，是提升RCT性能的主要途徑，特別是對于準確級越高的RCT。影響磁導率的因素還有鐵心的截面積，隨著鐵心截面積的增大，鐵心的磁導率將有所下降，誤差也會隨之改變。

RCT常用于大功率場合檢測漏電流，由于額定電流較大，使開啟電流過高，產生過大的漏磁通。因此，針對這種類型的RCT可以通過增加屏蔽的方法對互感器的鐵心進行屏蔽，以減少漏磁通的影響，增強RCT的平衡性。

根據上述分析，測試條件設定在周圍無磁場干擾，室溫為28℃，濕度為70%的環境條件下。實驗接線如圖4所示，測試設備為HESE互感器校驗裝置，其準確度等級高達0.005級。

圖4 實驗接線

平衡性測試原理如圖5所示，測試設備需增加三相交直流指示儀表校驗裝置、組合式電氣火災監控探測器和電流互感器。將一根導線連接交流電后，按照圖示穿過RCT，其二次側需連接一個20Ω的電阻。根據平衡特性測試可知，當RCT加裝屏蔽層之后，可以確保磁心中磁場的均勻分布，漏電流能夠明顯減少，誤差從10%左右優化到2%左右。

圖5 平衡性測試原理

結論

本文通過工作原理分析和實驗分析，結合公式計算研究了不同參數對RCT傳變特性的影響，并通過改變鐵心材料、繞組匝數、繞組分布等參數觀察靈敏度和平衡性的傳變特性，驗證了理論分析的正確性與可行性。基于實驗結果可以得到以下結論：

1）影響RCT傳變特性的兩個主要因素為相位差和比值差。通過改變繞組分布方式和開口方式，相位差和比值差的變化是最明顯的，誤差主要體現在繞組分布不均勻和開環切口處漏磁過大。

2）加裝屏蔽層對RCT的靈敏度沒有明顯影響，兩組實驗的靈敏度表現都在0.5級的準確度，但添加屏蔽層對RCT的平衡性提升顯著。

3）當實驗采取最優的均勻分布繞組方式，并使用閉口的結構和添加屏蔽層的方式優化RCT時，該RCT最高準確度等級可達0.2～0.5級。通過分析，當采取磁導率更高的坡莫合金材料時，可以使RCT準確度等級達到0.1級。

本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文第一作者為曾曄，1995年生，碩士，主要從事與電氣工程及其自動化專業相關的教學工作。

引用本文

曾曄, 李春來, 蘭雄. 剩余電流互感器傳變特性研究與優化設計[J]. 電氣技術, 2022, 23(4): 55-62. ZENG Ye, LI Chunlai, LAN Xiong. Analysis and optimization design of transmission characteristics of residual current transformer. Electrical Engineering, 2022, 23(4): 55-62.