45.直流电流互感器的设计

直流电流互感器实质上是一种直流电流-电压变换器，可用作直流电子式过电流脱扣器的信号检测环节。互感器二次侧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电流值。

直流电流互感器的接线方式有串联和并联两种，如图3-25所示。

图3-25（a）所示的串联线路要采用矫顽磁力较小的高磁导率材料作铁芯材料。图3-25（b）所示的并联线路要采用矩形系数较高的铁芯材料，不宜用高磁导率材料。

（1）计算公式

①二次绕组匝数计算。一般一次绕组W1=1匝，二次绕组匝数为

式中　I1，I2——互感器一次和二次电流（A），当用于断路器时，I1为断路器额定电流；I2值可从0.1A、0.5A、1A和5A四种规格中选取。

②外接负载电阻计算。外接负载电阻按下式计算：

R=U/I2　　

式中　R——外接低负载电阻阻值，Ω；

　U——输出电压（V），一般输入额定电流时，U取10～15V，额定电流值较大时，可取10V。

③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；

　 ——交流电源电压（V），一般；

　 U1——一次侧回路直流电压，V；

　　f——电源频率，工频为50Hz；

　Bm——磁通密度（T），冷轧硅钢片取1.25～1.3T。

④二次绕组导线的选择。二次绕组导线直径按下式计算：

式中　d——二次绕组导线直径，mm；

　 j——电流密度（A/mm2），铜导线取2～5A/mm2。

⑤铁芯窗口面积的选择。铁芯窗口面积按下式计算：

式中　 Qc——铁芯窗口面积，cm2；

　 Qc1——一次母线所占窗口面积，cm2；

　 Qc2——二次绕组及绝缘所占窗口面积，cm2；

　 KT——绕组填充系数，方形骨架线圈取0.3～0.35；卷绕铁芯线圈取0.2～0.25；

　　q——二次绕组导线截面积（mm2），。

（2）实例

试设计一只穿心式直流电流互感器。已知主回路额定电流I1为630A、一次侧回路直流电压U1为40V，主回路采用35mm×8mm铜母排。

解　①二次绕组匝数计算。取二次电流I2=0.5A，则二次绕组匝数为：

②外接负载电阻计算。取输出电压U=10V，则外接负载电阻为

　　　　　　　　　　　 R=U/I2=10/0.5=20（Ω）

可选用RX20-20Ω、10～16W的电阻。

③铁芯截面积选择。根据，取交流电源电压；采用宽度为12mm的D320-0.35冷轧硅钢带作铁芯材料，取Bm=1.3T，则铁芯截面积为

铁芯卷绕厚度为

b=S/a=300/12=25（mm）　　

硅钢带卷绕层数为

m=b/0.35=25/0.35=71.4（层）（取72层）　　

④二次绕组导线线径的选择。取电流密度j=2A/mm2，则二次绕组导线线径为

选择QZ漆包线ϕ0.60mm，截面积为q=0.2827mm2。

⑤铁芯窗口面积的选择。互感器铁芯采用圆形，取KT=0.2，则铁芯窗口截面积为

铁芯内径为

铁芯外径为

D0=Di+0.35m×2=59+0.35×72×2=109.4（mm）