46.零序电流互感器的设计

零序电流互感器实质上是一种零序电流-电压变换器，可用作交流电子式漏电脱扣器的信号检测环节。互感器二次接有固定低负载电阻，而二次侧所接设备（如电子脱扣器）的输入阻抗很高，所以二次侧的输出电压始终正比于一次侧的零序电流。

（1）计算公式

①二次绕组匝数计算。二次绕组匝数按下式计算：

式中　I1——一次电流（A），用于漏电保护器时，为脱扣器的漏电动作电流；

　I2——一次侧通入I1时的二次电流（A），一般应大于电子装置要求的输入电流；

W1——一次绕组匝数，采用穿心式结构时，W1=1匝。

②二次绕组导线的选择。虽然流过二次绕组的电流极小（微安级），但应考虑主回路若断二相或短路时会在二次绕组中产生较大电流，故选择二次绕组导线时，应采用以下公式计算电流：

式中　I1e——主回路额定电流，A。

二次绕组导线线径为

式中　d——二次绕组导线直径，mm；

　 j——电流密度（A/mm2），取3～5A/mm2。

③铁芯窗口面积的选择。铁芯窗口面积按下式计算：

式中　Qc1——一次导线（三根扭绞）所占窗口面积，mm2；

　　q——二次绕组导线截面积（mm2），；

　 KT——绕组填充系数，环形铁芯取0.2。

环形铁芯最小内径为

④二次绕组电阻和外接低负载电阻计算。二次绕组及外接负载电阻按下式计算：

式中　 R2——二次绕组电阻，Ω；

　　ρ——二次绕组导线电阻率，铜导线为0.017Ω·mm2/m；

　　l——二次绕组总长度，m；

　 Rz——外接低负载电阻阻值，Ω；

　　U——输出电压（V），当一次侧通以漏电动作电流时，可取U=20～25mV。

⑤铁芯截面积选择。铁芯截面积按下式计算：

式中　 S——铁芯截面积，cm2；

　Bm——工作点磁通密度（T），当二次侧电流小于1mA时，对坡莫合金取0.03～0.05T。　

（2）实例

试设计一次零序电流互感器。该互感器用于50A带电脱扣器的漏电开关上，漏电动作电流I1为30mA。穿过互感器的三根相线为6mm2的铜芯塑料线。

解　①二次绕组匝数的计算。一次绕组为三根穿心相线，W1=1匝。由于漏电脱扣器的漏电信号一般都经过运算放大器放大，放大后能输出大于1mA的电流，而运算放大器的放大倍数很高，因此二次绕组的电流可以很小，现设I2=0.06mA，则二次绕组匝数为

②二次绕组导线的选择。

由

取电流密度j=4A/mm2，则二次绕组导线的直径为

选用QZ漆包线ϕ0.18mm，截面积为q=0.02545mm2。

③铁芯窗口面积的选择。采用环形坡莫合金材料的铁芯，取KT=0.2，三根6mm2扭绞导线占窗口面积为Qc1=24mm2，则铁芯窗口面积为

环形铁芯最小内径为

考虑绕组原因，取Di=18mm。

④二次绕组电阻和外接低负载电阻计算。取铁芯环高度h=3.2mm，现暂取环的厚度b=2mm，铁芯环上包缠两层δ=0.12mm的电缆纸，则每匝线圈的平均长度为

二次绕组导线长度为

l=W2lp×10-3=500×12.08×10-3=6.04（m）

二次绕组电阻为

取输出电压U=25mV，则外接低负载电阻为

⑤铁芯截面积选择。

环的厚度为

b=S/h=5.76/3.2=1.8（mm），取2mm，与估计的值相符。

环的外径为