摘要本文从漏电保护器的一个重要部件——零序TA入手，较为全面地分析互感器的性能指标和对漏电保护器的影响，着重阐述了影响互感器性能指标的因素，以及如何将零序互感器性能指标与漏电保护器的性能统一起来。
关键词性能指标影响因素分析
零序TA(以下简称互感器)是一个测量漏电电流的部件。它在漏电保护器中与其他部分的连接见图1，图1清晰地表明互感器在整个漏电保护器中的位置及重要作用。要保证整个漏电保护器的质量，就应当重视互感器的性能指标，并恰当地分析互感器的各性能指标好坏对漏电保护器的影响。
互感器通常是在一个具有闭合磁路的铁芯上绕一定匝数的线圈作为副方绕组(即二次绕组)和原方绕组(即一次导线)组成。图2是互感器的结构示意图。其中I1表示一次导线上流过的电流，U2表示二次绕组上感应的电势。
1 灵敏度
灵敏度是指互感器二次绕组感应电势对漏电电流的反应能力，可以表述为在一定的漏电情况下，不同的互感器所感应的电势U2越高，说明其灵敏度越高。现在先从互感器空载的情况下(二次绕组上未带负载)来分析互感器的灵敏度与哪些因素有关。为便于分析，我们可以将图2转换成图3的等效电路形式。原方I1是一次导线上流过的电流、N1是原方的匝数，U1是N1匝情况下的感应电势；U2是二次绕组上感应电势、N2为二次绕组的匝数。根据电工学可得：
U1=4.44fN1BS=4.44fN21μI1S 1
如果忽略损耗，则可以得到
U2=U1(N2/N1)=4.44fN1N2μI1S 2
式中f为频率；μ为铁芯的导磁率；S为铁芯的截面积。假设一次导线中流过的电流是一定的前提下，从②式中可以得出以下结论：
(1) 灵敏度与原、副方的匝数有关。一次导线、二次绕组的匝数越多，灵敏度越高。但多数情况下，一次导线就是被保护线路，增加其匝数不现实，实际使用时都是只能穿过一匝，即N1=1匝；增加二次绕组的匝数可以提高互感器的灵敏度，如果定义匝比N=N2/N1=N2；则②式可以写为
U2=4.44fNμI1S 1
即提高二次绕组的匝数从而提高匝比N，可以提高灵敏度。要注意的是匝比N的提高虽然可以提高灵敏度，但必须与下面谈到的性能指标联系起来，不能一味地任意提高N，下文会对此作出说明。
(2) 当匝比和铁芯面积确定后，灵敏度与铁芯的导磁率成正比。这意味着采用高导磁率的材料做铁芯是提高灵敏度的重要手段。同时，我们在推导计算式时忽略了损耗，所以灵敏度还与铁芯磁路的长短、采用环形铁芯提高利用率而减少漏磁等多种因素有关。
不可否认，灵敏度是一个重要的指标，参见图1，对放大电路来说，其放大倍数是一定值，只有互感器具有对漏电一定的反应能力，才能去进行放大及后续电路的处理。通常一个较好的方案是综合考虑并确定后续电路的参数，保证这些电路的正常运行，然后合理地以电路参数为依据，规划出互感器的灵敏度指标，然后根据前面的分析，合理选择铁芯材料，根据其固有特性，恰当确定匝比，才能把互感器与后续电路联系起来。
前面是在互感器二次绕组空载的情况下分析其灵敏度这一性能指标，实际应用中互感器需与放大电路配接，因此应该考虑互感器带上负载的情况。比较成熟的方法是在互感器的二次绕组上并接一个调整电阻，然后再与放大电路连接。这样做的好处在于：1用二次绕组上并接的调整电阻对U2进行调整，由于该电阻并接于二次绕组，所以对互感器的最终输出值起到衰减作用，选用大小合适的电阻，使灵敏度更符合要求，趋于合理。2减少了放大电路输入电阻对互感器的影响。由于有了并接的调整电阻，使得放大电路的输入电阻接入后作为互感器的负载时几乎可以忽略放大电路对互感器的影响，因为放大电路的输入电阻远大于调整电阻。3选用调整电阻对于不同μ值的铁芯、不同匝比的条件下能将互感器的输出值可统一到一个确定的范围内，利于后续电路。
2 线性度
所谓线性度是指互感器的输出电压变化量与输入电流变化量之比是一常数，换句话就是I1变化多少，U2也变化多少。互感器线性度指标的好坏，对漏电保护器的性能有很大影响，直接关系到漏电保护器的稳定性和可行性。只有互感器具备良好的线性，则能反应出真实的线路状态，而这正是从事漏电保护工作想达到的目的。影响线性度的因素很多，可以从以下几点加以说明：
(1) 铁芯导磁率μ，其计算公式为：
μ=B/H=B/(N×1)
铁芯的导磁率是一个不定值。查阅有关资料，其曲线不是线性变化的，见图4。从它的变化曲线上可以看出μ值在整个变化区域内是非线性的，a—b段μ值上升，至b点时μ值最大，然后又下跌到c点。针对这一现象，应该通过大量的反复实验来寻找到这样一个区域：μ值不应过低，否则灵敏度受到影响，同时μ值变化相对呈线性。
(2) 铁芯的伏安特性，其曲线见图5。基本方法是不断地改变输入电流，用毫伏表测出N1为1匝时铁芯的输出电压值。然后画出其输出电压与输入电流之间的曲线，不妨将图5曲线分为三段，可以看出：a段表明铁芯起始的输出值很低，电流不断增加而输出电压变化不明显，只有在电流增加到一定数值后，铁芯才有输出电压值；b段显示出随着电流的增加，铁芯输出电压比较明显，也随之增加，这一段可以认为它是线性变化；c段表明当铁芯输出电流到最大值后，随着电流的增加而铁芯的输出电压不再继续增加，反而趋于平稳，甚至呈下降趋势，说明铁芯已达饱和状态。因而b段是可以采用的一段区域，它对互感器的线性度指标起重要作用。
(3) 匝比N=N2/N1。在分析灵敏度指标时已经谈到匝比是一个不容忽视的因素，不但如此，匝比对线性度的影响很大。通常N1=1匝，故而匝比N=N2/N1就可以简化为N=N2，即与二次绕组的匝数有关。选择合理的二次绕组匝数，才能实现对互感器线性度的控制。根据笔者的实践与试验，对匝比的合理选择实际上是归结为设法避开前面所讨论的两个因素：铁芯μ值和铁芯伏安特性中的非线性部分，而找到一个较为理想的工作区。正因为如此，匝比的选择应与铁芯μ值、铁芯伏安特性、铁芯截面大小及磁路和长度联系起来。
(4) 调整电阻的作用。
在前面已经分析调整电阻对灵敏度及与放大电路连接时的一些情况，事实上，调整电阻的作用还在于它最终能协调前面所谈到的三点因素，使得互感器的线性输出成为可能。具体地说，通过大量试验找出铁芯μ值和铁芯伏安特性中的合适区域，也就是一个合适的工作点，用匝比N来实现灵敏度，最后由调整电阻为协调，这一方面控制灵敏度，使灵敏度满足设计要求；另一方面则通过调整电阻的反复调整，而使互感器的输出呈线性变化。对灵敏度和线性度两项指标而言，它们之间是不矛盾的，完全是统一的。
