研究背景

電氣化發(fā)展日新月異，在設(shè)備不斷更新的同時，許多老化的線路或不達(dá)標(biāo)的電網(wǎng)系統(tǒng)依然未得到優(yōu)化。這不僅會使線路發(fā)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(yù)防電氣隱患的設(shè)備應(yīng)用于線路十分必要。隨著電網(wǎng)的升級改造，將剩余電流漏電保護(hù)器應(yīng)用在家用電網(wǎng)或低壓電路上可以更大程度地保證設(shè)備的安全運(yùn)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(hù)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(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性研究；然后對器件理論參數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化，通過改變材料和工藝得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖表，并對傳變特性及其誤差進(jìn)行分析，總結(jié)出性能更強(qiáng)的RCT優(yōu)化方案并設(shè)計(jì)出一款準(zhǔn)確度等級達(dá)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(chuàng)新點(diǎn)

由于隔離電路不利于分析電路中各項(xiàng)參數(shù)，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(shù)與一次繞組和二次繞組參數(shù)進(jìn)行對比來分析等效電路的參數(shù)關(guān)系。通過對相量的分析，RCT的參數(shù)相量圖如圖3所示。

圖2 等效電路

圖3 RCT參數(shù)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(zhǔn)確級越高的RCT。影響磁導(dǎo)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(dǎo)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(chǎn)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(jìn)行屏蔽，以減少漏磁通的影響，增強(qiáng)RCT的平衡性。

根據(jù)上述分析，測試條件設(shè)定在周圍無磁場干擾，室溫為28℃，濕度為70%的環(huán)境條件下。實(shí)驗(yàn)接線如圖4所示，測試設(shè)備為HESE互感器校驗(yàn)裝置，其準(zhǔn)確度等級高達(dá)0.005級。

圖4 實(shí)驗(yàn)接線

平衡性測試原理如圖5所示，測試設(shè)備需增加三相交直流指示儀表校驗(yàn)裝置、組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器和電流互感器。將一根導(dǎo)線連接交流電后，按照圖示穿過RCT，其二次側(cè)需連接一個20Ω的電阻。根據(jù)平衡特性測試可知，當(dāng)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(yōu)化到2%左右。

圖5 平衡性測試原理

結(jié)論

本文通過工作原理分析和實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合公式計(jì)算研究了不同參數(shù)對RCT傳變特性的影響，并通過改變鐵心材料、繞組匝數(shù)、繞組分布等參數(shù)觀察靈敏度和平衡性的傳變特性，驗(yàn)證了理論分析的正確性與可行性。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)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(xiàn)在繞組分布不均勻和開環(huán)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(shí)驗(yàn)的靈敏度表現(xiàn)都在0.5級的準(zhǔn)確度，但添加屏蔽層對RCT的平衡性提升顯著。

3）當(dāng)實(shí)驗(yàn)采取最優(yōu)的均勻分布繞組方式，并使用閉口的結(jié)構(gòu)和添加屏蔽層的方式優(yōu)化RCT時，該RCT最高準(zhǔn)確度等級可達(dá)0.2～0.5級。通過分析，當(dāng)采取磁導(dǎo)率更高的坡莫合金材料時，可以使RCT準(zhǔn)確度等級達(dá)到0.1級。

本文編自2022年第4期《電氣技術(shù)》，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(yè)相關(guān)的教學(xué)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(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 電氣技術(shù), 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.