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剩余電流互感器
電纜適用圓形孔系列
剩余電流互感器是主要用來檢測配電電路中、所有穿過剩余電流互感器穿心孔的、節點電流的矢量和、并按照設定的變比變換成所需信號的器件。剩余電流互感器是繼電保護設備或者漏電探測監控系統中信號感知的最關鍵部件之一。其性能的好壞、工作的穩定性將直接決定漏電保護系統或著剩余電流監控系統的靈敏度、準確度和工作可靠性。剩余電流互感器的性能對繼電保護設備或者漏電監控系統影響巨大，所以，在使用中需要明確剩余電流互感器的以下幾個特性。
特 性 和 要 求
（1）靈敏度
靈敏度即剩余電流互感器可以感知的最小電流的特性。由于剩余電流互感器主要是用來檢測回路電流的矢量和，而在被檢測回路絕緣良好、無漏電的情況下，電流的矢量和、即剩余電流幾乎為0，所以，在實際使用中，需要剩余電流互感器盡可能的檢測到mA級別甚至于uA級別的信號。
一般的，剩余電流互感器檢測到的電流信號越小，其靈敏度就越高。
靈敏度和互感器選用的軟磁材料有直接的關系。一般的，導磁材料的初始磁導率越高，其靈敏度也就越高，抗飽和能力也就越差，成本也越高；軟磁材料的初始磁導率越低，靈敏度越低，可是抗飽和能力越高，成本也越低。同時，互感器的穿心孔徑越大、磁路越長，在確保靈敏度時投入的成本也將越高。在應用中需根據技術要求合理選用，以節約成本。
（2）精度和線性度
所謂精度也即準確級或者精度等級，是指互感器在規定的使用條件下，一次電流為額定值時的最大電流誤差的百分值，根據規定，相應的準確級必須優于對應級別的容許誤差。線性度是指互感器的輸出電流變化量與輸入電流變化量之比是一個常數?；ジ衅骶€性度指標的好壞，對剩余電流探測器的性能有很大的影響，直接關系到剩余電流探測器的穩定性和可靠性。只有互感器具備良好的線性，才能反映出真實的線路漏電狀態。
互感器的精度和線性度與互感器的磁性材料、二次負載、穿心孔徑相關。一般的，尺寸和負載一定時，磁性材料的導磁率越高，精度也越高；磁性材料和負載一定時，穿心孔徑越小，精度越高；當材料和尺寸一定時，二次負載越大，精度和線性度越差。
用于剩余電流探測系統的剩余電流互感器，需要對30mA--1000mA的范圍內的剩余電流進行連續監測，且檢測精度需要優于3%?？墒强紤]到探測器系統總考核誤差不能超過國家標準所規定的10%，所以，剩余電流互感器的精度等級最好優于1級或者0.5級，且為了盡可能的降低成本，可以選用盡可能小的二次負載。
（3）平衡特性
理想情況下，被檢測回路的檢測節點后端只有額定工作電流而沒有漏電電流時，剩余電流互感器應不會有輸出值。然而，由于剩余電流互感器的鐵芯各點磁導率不均勻、磁路不平衡或者繞制工藝不良，一次導線與二次繞組的相對位置不對稱或者工作電流差異等，造成二次繞組中仍有感應電勢，有感應電流輸出，這就是平衡特性的概念。
此外當互感器近旁有大電流流動或者強磁體的存在等外接因素對互感器的影響，也將改變鐵芯各處的磁導率，致使剩余電流互感器特性變差，而導致被測節點后的電路無漏電仍舊會有電流輸出。
在一定負載的情況下，剩余電流互感器因為以上因素而產生的感應電勢越大，則互感器的平和特性越差。
在剩余電流探測系統中，國標要求系統的誤差不能大于5%，所以，極限情況下，由于電流互感器平衡特性因素導致的誤差不能超過5%。否則極難保證探測器及其系統在聲明的報警閾值內穩定、可靠的工作。
在一定負載的情況下，剩余電流互感器因為以上因素而產生的感應電勢越大，則互感器的平和特性越差。
在剩余電流探測系統中，國標要求系統的誤差不能大于5%，所以，極限情況下，由于電流互感器平衡特性因素導致的誤差不能超過5%。否則極難保證探測器及其系統在聲明的報警閾值內穩定、可靠的工作。
（4）過載特性
過載特性考察的是剩余電流互感器在經過大的電流沖擊后的恢復能力。在剩余電流互感器受到大電流沖擊后，剩余電流互感器的各項性能參數變化越小，其過載特性越好，反之越差。當互感器的過載特性較差而致使其在受到大電流沖擊后無法恢復到沖擊前的狀態，則漏電保護系統有可能出現拒動作、剩余電流監控系統出現誤報警或者不報警現象。
（5）溫度特性
互感器的溫度穩定性是指互感器的在一次信號穩定的情況下、二次信號的輸出隨溫度的改變而發生變化的現象。剩余電流互感器溫度特性的優劣將影響漏電保護系統或者剩余電流探測系統的溫度穩定性。
（6）隔離耐壓
剩余電流互感器不但具有檢測節點電流矢量和的作用，同時還需要對被測回路進行良好的隔離絕緣，以保證互感器二次側所連接的信號處理單元及其后端的系統的運行安全。剩余電流互感器隔離耐壓指標較差將有可能引起保護設備或剩余電流探測系統遭強電電流沖擊而損毀，甚至于危及人身安全。
剩余電流互感器的選用 ：
（1）首先需要明確互感器的應用目的和安裝環境。一般的，剩余電流互感器主要有以下幾個方面的應用：用于對額定動作保護的環境，比如電熱水器、微型斷路器、較大功率的其他用電器，為了防止觸電危險的發生，一般的會有漏電動作保護設置，將用到高靈敏度、平衡特性優的剩余電流互感器；用于配電電路接地保護的環境，比如電氣保護裝置、電動機保護裝置等，需要實時監控配電電路的漏電狀態并在指定條件下實施保護功能，就需要用到精度和線性度較高、且抗飽和能力較強、平衡特性優的剩余電流互感器；用于絕緣監測、電氣火災監控的環境，比如剩余電流探測器系統中的剩余電流互感器，需要用到精度高，線性度好且平衡特性優的剩余電流互感器。
從以上分析來看，無論哪一種類的剩余電流互感器，其它電參數的要求可能有所不同，可是平衡特性是剩余電流互感器必須要求的，足見平衡特性對剩余電流互感器來說多么重要。
由于不同的功能需求，對剩余電流互感器的選材和設計及成本是有很大影響的，只有明確了應用的目的，才能更好的進一步選擇在使用方面進行優化設計的剩余電流互感器，且成本可以盡可能的降低。
當互感器的應用目的明確之后，還需要進一步明確安裝環境：用在電纜回路中的，只要空間允許，優先選用圓形穿心孔系列產品。在相同回路電流的情況下，這樣不但可以降低成本，更可以使整個系統處于最佳應用狀態；如果空間不允許或者用在匯流母排環境里時，圓形穿心孔無法滿足時，就需要考慮矩形穿心系列產品，雖然線性度和平衡特性均沒有圓形穿心系列好，成本也比較高，可是誤差也可以很好的控制在允許范圍內，且能滿足安裝需求，還是比較好的解決方案；當應用在既有電路改造工程中，在不允許停電的情況下施工，則只有用開啟式的剩余電流互感器，雖然成本高，只要誤差和平衡特性在允許范圍之內，也就成為唯一的解決方案。
（2）確定互感器的穿心孔徑。確定好互感器的種類后，就需要根據電纜或者母排的規格選擇互感器的規格了。
如果是選擇圓形穿心的互感器，就需要根據電纜的規格和根數粗略計算回路所需要的最小直徑。如果單芯電纜的直徑為D，則在三相三線電路中，所需的最小直徑大約為2.2D；在三相四線的電路中所需的最小直徑大約為2.5D；根據計算得到的這些結果，再進一步選擇剩余電流互感器的內徑。一般的在以上計算出的數據再乘以1.2所得到的結果即可以作為互感器的穿心孔徑，或者選用相接近的可是得稍微大一點孔徑的剩余電流互感器。
在母排環境內，就需要了解母排的安裝尺寸，這個可以根據斷路器的型號及其安裝尺寸就可以確定所用母排的規格和母排安裝尺寸。根據母排安裝尺寸選用稍微大一些的矩形剩余電流互感器產品即可。由于剩余電流互感器的穿心孔形狀直接影響剩余電流互感器的平衡特性，圓形穿心的互感器平衡特性最好、矩形穿心的次之、開口的產品平衡特性最差。同時考慮到產品的價格又差別很大，所以在選用產品的時候優先選用圓形穿心產品、矩形產品次之、當閉環產品不能滿足安裝需要時再考慮相應的可開啟式產品。
（3）剩余電流互感器的二次信號的確定。由于剩余電流互感器的一次剩余電流比較小，為了保證互感器優良的線性度，互感器的二次輸出信號一般比較小，電流信號輸出大都在0.25mA-50mA范圍內；電壓信號輸出范圍大都在100mV-2000mV之間。一般的剩余電流互感器的輸出信號大都需要進行A/D轉換再進行數據處理，為了提高A/D轉換的精度，希望互感器二次輸出的信號越大越好?？墒切盘栐酱螅ジ衅鞯木€性度就會越差。在輸出信號比較大時，為了提高線性度，往往需要把互感器的變比設定的比較大些，這樣就會增加成本，同時也會加長生產周期。所以只要轉換精度和線性度能達到系統要求，輸出信號小些為宜。在輸出為電流信號時，還需要考慮到變比的參數；這個可以考慮以上分析并考慮到采樣電阻值來確定。當輸出為電流信號時，系統內的采樣電阻直接影響采樣精度，所以，其精度最好優于0.5%。
開啟式剩余電流互感器的二次輸出信號不宜高于1000mV，由于互感器的磁路被斷開，其導磁性能大大減小，所以當輸出信號比較大時，線性急劇變差。這樣會造成系統對整定點監測精度有效，而偏離整定點的監測數據誤差增大，造成系統的整體性能降低。
當單點安裝時，也可以考慮集成模塊的一體式剩余電流互感器產品，也就是信號處理電路和二次繞組一體式產品，可以直接輸出所需的數字信號，由于信號處理模塊和電流互感器同在一個產品內部，盡可能的降低了信號線串擾，還節約了成本。
（4）剩余電流互感器的二次輸出方式。剩余電流互感器常用的輸出方式有屏蔽引線輸出、端子輸出。引線最常用的是RVVP雙絕緣屏蔽護套線；也可端子輸出，接線方式比較靈活。用端子輸出時，信號線需要用雙絞線以提高抗干擾能力。如果信號線太長還需要考慮RVSP雙絞雙絕緣護套線或者在剩余電流互感器內部加信號放大電路。
（5）剩余電流互感器的定型。經過以上幾個步驟，就可以把剩余電流互感器的規格型號、具體參數、輸出方式等確定下來。再考慮到其他細節方面的一些問題之后就可以根據《產品選型手冊》選型了。
平衡特性測試原理及電路
當剩余電流互感器的變比為2000:1；理想情況下，互感器二次側接2K ohm負載且初級輸入電流為1000mA時，并接在負載兩端的電壓表示數應為1000mV，那么，可以用1mV等效為1mA。當用測試工裝檢測時，電壓表所示的mV數值可以等效為剩余電流互感器的不平衡輸出電流值。
平衡特性測試方法：
圓形開窗互感器平衡特性測試方法：
（1）測試工裝緊貼互感器穿心孔內壁且最大間距垂直穿過互感器。
（2）使測試工裝通過規定等級的測試電流。
（3）旋轉互感器一周，萬用表示數需不大于規定值。
（4）使互感器穿心孔和測試工裝夾角45度。
（5）再次旋轉互感器一周，萬用表示數需不大于
規定值
（6）按照以上方式兩次轉互感器各一周，且旋轉速度不大于6°/秒，示數均不大于規定的數值為合格。
矩形開窗互感器平衡特性測試方法：
（1）測試工裝垂直位于互感器穿心孔內最大間距位置。
（2）使測試工裝通過規定等級的測試電流。
（3）使工裝兩臂同時向中間并攏，萬用表示數需不大于規定值。
（4）使工裝兩臂并攏，且移至互感器穿心孔內壁處。
（5）使測試工裝緊貼穿心孔內壁滑動一周，萬用表
示數需不大于規定值
（6）按照以上兩種方式測試互感器，且示數均不大于規定的數值為合格。
誤差測試原理及電路：
剩余電流互感器根據應用方式，可以用“源-表法”檢測其精度和線性度等指標。
在具體實施方法上：電流源用來提供標準的電流，根據剩余電流互感器的額定參數輸入規定的電流，互感器的二次并接額定負載電阻，并且在負載電阻的兩端并接高精度電壓表，用來監測互感器二次負載電阻兩端的電壓。并需要注意所有的測試設備需要良好接地，否則會增大測量誤差。
在測量得到互感器二次負載兩端的電壓后，根據負載電阻的實際阻值，計算出互感器的二次輸出電流，繼而計算出誤差。由于一般的剩余電流互感器的二次輸出電流非常小，示數極易受到環境雜波干擾而讀數不準確，不建議采用電流表直接測量互感器的二次電流。
當需要檢測某一點的靈敏度時，建議采用示波器監測互感器在使用條件下的二次輸出波形是否失真，鐵芯是否飽和。當互感器波形失真較嚴重時，不能保證互感器的重復精度。
在整個檢測過程中，和其他的互感器一樣，不允許互感器二次開路。一般的由于剩余電流互感器的鐵芯為高導磁鐵芯，且鐵芯截面不大，互感器二次開路更容易飽和而造成鐵芯剩磁，互感器的誤差將增大。
過載測試原理及電路
過載測試和誤差測試的電路相同。
首先需要在過載測試前進行一次過載前誤差測試，并記錄測試數據計算誤差；然后根據過載參數，輸入規定的過載電流進行過載測試；過載測試完成后，再進行過載測試后的誤差測試，并根據測試結果計算誤差。
過載后的誤差需要在允許范圍內，否則產品不合格。
剩余電流互感器在配電系統中的安裝
剩余電流互感器在安裝前，首先需要查清低壓系統接地形式。我過低壓系統接地形式有TT、TN、IT系統。由于iT系統自形成一個封閉的系統，在特殊情況下采用，且安全性能高，一般不采用剩余電流保護裝置作為人身電擊、電氣火災保護。TN系統中，又可分為TN-C、TN-C-S、TN-S系統。剩余電流互感器在TT、TN-C-S、TN-S系統中的接線要求是不同的。
在TN-S、TN-C-S、TN-C、TT系統中，回路的相線和中性線必須同時穿過剩余電流互感器的穿心孔。而PE線一定不能穿過剩余電流互感器的穿心孔，每個回路的任何中性線均不得混合使用。在TN-C系統中由于PE線和中性線為同一條線，不能采用剩余電流保護裝置，不建議使用剩余電流互感器，可以把TN-C系統改為TN-C-S系統，然后再安裝剩余電流互感器。具體可參考以下附圖。
剩余電流互感器在TN-S系統中的安裝
剩余電流互感器在TT系統中的安裝
剩余電流互感器在TN-C系統中的安裝
剩余電流互感器在TN-C-S系統中的安裝
也并非所有的剩余電流互感器都需要將相線穿入剩余電流互感器內，TN-S系統中總的剩余電流檢測方式就可以不用把相線穿過剩余電流互感器，而它只穿一根電纜通過剩余電流互感器就可以了。這個方式具有特殊的優勢：可以選用小型的剩余電流互感器提高測量精度，后期互感器如果出現故障，維護也方便；且由于剩余電流一般比較小，對剩余電流互感器的影響比較??；互感器選用小型號的產品，降低了使用成本。具體接線示意圖如下：
安裝剩余電流互感器的位置，需要盡可能的遠離其他回路的相線，以避免其他回路的大電流產生的強磁場對剩余電流互感器的工作狀態產生影響。在條件許可的情況下，也盡可能使被檢測的回路的相線位于剩余電流互感器穿心孔的中間位置，以盡可能的消除被檢測回路的相電流對剩余電流互感器的影響。
當安裝大孔徑的剩余電流互感器時，由于被檢測回路的相電流一般的比較大，盡可能的使A/B/C/N回路電纜挨在一起且位于互感器的穿心孔中間位置。這樣會盡可能的改善回路電流對互感器的影響。
當在母排周圍安裝剩余電流互感器時，調整剩余電流互感器的位置，使四條母排位于剩余電流互感器穿心孔的中間位置，母排距離互感器內側的間距盡可能的一致。不建議母排緊挨互感器的內側位置安裝，這樣由于A/B/C相的母排距離互感器線圈較近而對繞組線圈產生較為不利的影響。
由于剩余電流互感器是檢測的電流矢量和，所以，在使用中，一般的不需要區分同名端。而只需要把互感器的次級繞組良好的和設備相連接即可。
一般的，剩余電流互感器在開關或者斷路器的上端或者下端均可，對檢測結果不會有任何影響。但是為了以后的檢測方便，建議安裝在開關或者斷路器的下端，在斷電檢修時不必將上級的開關斷電，只需要將本級的開關斷電即可。
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