降低電流互感器誤差的措施分析

賀小艷

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，廣東 河源 517000）

電流互感器是計量系統(tǒng)的電流變換元件，負(fù)責(zé)將高壓交流電路中的大電流變換為小電流，以保護工作人員的人身安全，以及提供標(biāo)準(zhǔn)化信號，是系統(tǒng)的重要組成部分[1]。其準(zhǔn)確度直接影響計量裝置的測量精度。因此，研究電流互感器的誤差及探索減小其誤差的一些措施具有重要意義[2]。

1 電流互感器誤差分析

電流互感器由鐵芯和繞組組成。利用電磁感應(yīng)原理，一次繞組通過磁通Φ匝鏈二次繞組[3]，在二次繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，實現(xiàn)電流的傳變。而鐵心具有磁電阻，鐵心磁化損耗的這部分二次電流就是勵磁電流，也是電流互感器產(chǎn)生誤差的原因。電流互感器工作必須保持磁場，就必需有勵磁電流存在，因而也必然存在誤差[4]。各電流間存在式（1）、（2）所示的向量關(guān)系：

式中：?1為一次電流向量，?2為二次電流向量，?'2為二次電流的換算值向量，?0為勵磁電流向量，KI為互感器的電流變比。

為方便對電流互感器的誤差進行分析，作出電流互感器的“T”型等值電路圖，如圖1所示。其中，?1為一次轉(zhuǎn)換到二次的電壓，Z1為一次轉(zhuǎn)換到二次的阻抗，Z2為二次繞組的阻抗，Z0為激磁阻抗，Z為負(fù)載阻抗。

由圖1可求出：

圖1 “T”型等值電路圖Fig.1 "T" Type equivalent circuit diagram

綜合式（1）～式（3），得出電流互感器誤差的相量圖，如圖2所示。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)：

2 電流互感器誤差的影響因素

根據(jù)磁路歐姆定律，得出：

式（6）中，μ為鐵芯的導(dǎo)磁率，S為鐵芯的橫截面積，L為鐵芯磁路的平均長度。

而I2和I1存在如下關(guān)系：

綜合式（4）～式（7），列方程可得：

圖2 電流互感器的誤差相量圖Fig.2 Error phase diagram of current transformer

從上兩式可知，電流互感器誤差的影響因素有負(fù)載阻抗、二次繞組阻抗、鐵芯平均磁路長度等參數(shù)，以下具體分析其對誤差的影響情況。

2.1 負(fù)載阻抗影響

負(fù)載阻抗與比差、角差成正比。因此，連接的負(fù)載應(yīng)該根據(jù)工廠手冊中規(guī)定的額定二次負(fù)載阻抗值進行選擇。

2.2 材料和制造工藝相關(guān)參數(shù)的影響

1）結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響

結(jié)構(gòu)參數(shù)L/N22S與誤差成正比，結(jié)構(gòu)參數(shù)值越大，誤差越大。結(jié)構(gòu)參數(shù)中鐵芯的截面積S、平均磁路長度L和二次繞組N2的數(shù)量與電流互感器的幾何尺寸有關(guān)，并且這些參數(shù)相互影響。增加S，會減少磁通密度，減小勵磁電流，從而減小誤差，但也減少了N2，且導(dǎo)致L的增加；而增加N2，會增大阻抗Z2、鐵芯窗口及L。只有將L/N22S值減小到最小，才能將誤差控制到誤差限值范圍內(nèi)。

2）鐵芯磁導(dǎo)率的影響

鐵芯磁導(dǎo)率μ與誤差成反比，鐵芯的磁導(dǎo)率越高，誤差越小。芯材要選用高磁導(dǎo)率材料，如超微晶體，坡莫合金等新材料[5]。在保持磁通密度不變的同時，選擇合適的安匝數(shù)還可以改善電流互感器誤差。

2.3 電流頻率的影響

正常情況下，電力系統(tǒng)的頻率變化很小，頻率對誤差的影響可忽略不計。Z2、Z、α和θ會隨著頻率f的改變而改變，所以當(dāng)電流互感器運行在非額定頻率的系統(tǒng)中時，就要考慮頻率對誤差的影響。

3 降低電流互感器誤差的措施分析

3.1 優(yōu)化電流互感器的設(shè)計，以降低由于內(nèi)部參數(shù)的影響而導(dǎo)致的誤差

1）合理選擇鐵芯材料。鐵芯材料要求導(dǎo)磁率高、價格適中的材料，可以選用超微晶、坡莫合金等具有高磁導(dǎo)率、低疊片厚度的新型材料。

2）優(yōu)化設(shè)計尺寸。優(yōu)化調(diào)整鐵芯截面積S、平均磁路長度L和二次繞組匝數(shù)N23個參數(shù)值，以達到結(jié)構(gòu)參數(shù)S減小到最小值。結(jié)構(gòu)參數(shù)對飽和倍數(shù)有影響，因而也要考慮。

3.2 優(yōu)化運行條件，調(diào)整運行參數(shù)，減小因現(xiàn)場參數(shù)影響帶來的誤差

當(dāng)電流互感器已出廠時，其內(nèi)部參數(shù)是固定的。則電流互感器的誤差主要受二次負(fù)載、電流頻率等現(xiàn)場參數(shù)的影響。

1）限制二次負(fù)載

通常情況下，二次負(fù)載控制在（25%～100%）Z，額定電流控制在（30%～60%）I，能使誤差減到最小，達到最佳工作狀態(tài)。

另一種常見方法是使用較粗的連接線或串聯(lián)連接同規(guī)格電流互感器的次級繞組以減小次級負(fù)載阻抗值以減小誤差。

2）合理選擇電流互感器的容量

酌情選用更大容量的電流互感器。綜合考慮次級負(fù)載、外接導(dǎo)線電阻、電表阻抗的影響來選擇容量。

3）誤差補償

結(jié)合運行環(huán)境，電流互感器可補償誤差，常用的有二次繞組分?jǐn)?shù)補償、二次側(cè)電容分路補償?shù)萚6]。

4 結(jié)論

電流互感器的誤差有比差和角差，根源是勵磁電流的存在。減小電流互感器的誤差常從優(yōu)化設(shè)計內(nèi)部參數(shù)及調(diào)整現(xiàn)場運行參數(shù)兩方面開始。