高精度微磁通電流互感器的研究

1、高精度微磁通電流互感器的研究論文摘要：研發(fā)高精度微型電流互感器是目前電力儀器儀表行業(yè)共同關注的課題。本工程采用微磁通原理，無源補償誤差方式，雙鐵芯雙繞組結構制造高精度微型電流互感器；在誤差允許的范圍采用微磁通有利于簡化結構；本工程設計的CT系列微型電流互感器通過測試，測量精度到達0.02級。論文關鍵詞：電流互感器,高精度,微磁通,雙鐵芯,無源補償引言中國是僅次于美國的全球第二大能源消耗大國，中央政府正在號召實施多項工程來改良國家配電網(wǎng)絡。電網(wǎng)管理體系總體開展趨勢是智能化、微型化和網(wǎng)絡化。微型電流互感器是電力儀表的最前端取樣器件，直接影響智能電力儀器儀表的測量精度。對于此種電流互感器，一方面要求

2、其測量精度高，另一方面又要有良好的抗電磁干擾能力和長時間的穩(wěn)定性。高精度電流互感器系列產(chǎn)品屬于測量范圍寬，輸出電流小，不需要電子補償線路，且體積小巧，非常適用于高精度的標準電度表、功率計、電量變送器等電力儀器儀表。而國內在這方面研發(fā)起步比擬晚，目前許多電力儀表公司已經(jīng)投入大量的人力、物力去研究高精度微型電流互感器，目前國產(chǎn)微型電流互感器的精度在0.1級左右。本工程主要針對解決此問題而開展的工業(yè)攻關課題專題立項。電流互感器的誤差是由提供磁通的交變勵磁電流產(chǎn)生的，假設無勵磁電流的互感器就沒有誤差。根據(jù)文獻【2】，零磁通電流互感器就是鐵芯沒有磁通的互感器，在零磁通;狀態(tài)下無角差、比差，一次二次之間是

3、嚴格的匝比關系；然而它是理想化的，實際上難于實現(xiàn)；無勵磁電流，鐵芯中就沒有磁通，一、二次能量無法傳遞，電流互感器就不能正常工作。本工程采用微磁通原理、無源補償誤差方式、雙鐵芯雙繞組結構制造高精度微型電流互感器。本工程設計的CT系列微型電流互感器測量精度到達0.02級、在坐標軸上的分量如下圖，可以看出I=I+nISin，I=Ie+nIcos,I=I+I=(I+nISin)+(Ie+nIcos)=,理想狀態(tài)實際狀態(tài)：,實際誤差：=I=I是電流互感器的誤差，折算到次級的勵磁電流；次級繞組減少的電流，我們必須把它找到補回次級去，這是我們設計高精度微型電流互感器的設想。2微磁通無源補償原理分析根據(jù)文獻【

4、4】，依據(jù)鐵芯性能所測數(shù)據(jù)，目前中國最優(yōu)秀的超微晶鐵芯在匝數(shù)足夠的前提下可以滿足制作0.1級單鐵芯雙繞組結構精密電流互感器的需要。精度0.02級的微型電流互感器，采用單鐵芯結構是根本無法實現(xiàn)的。如圖2所示，本工程采用微磁通原理、無源補償誤差方式、雙鐵芯雙繞組結構設計高精度電流互感器。微磁通區(qū)別于零磁通，零磁通實際上難于實現(xiàn)；采用電子有源補償方式電路復雜、本錢也高。在誤差允許的范圍采用微磁通有利于簡化結構，主鐵芯C承當磁通的絕大局部，副鐵芯C采用高導磁率的鐵芯承當微弱磁通檢測任務；副繞組N以無源方式疊加主繞組N以補償主繞組產(chǎn)生的誤差從而到達高測量精度。圖2雙鐵芯雙繞組微磁通無源補償原理圖Fig2

5、Principlediagramofcurrenttransformerwithdouble-coreanddoublewindingmicrofluxpassivecompensation如下圖，另定義：n：N繞組匝數(shù)/初級繞組匝數(shù)；I：實際狀態(tài)下次級N繞組的電流由有I=.通常I很小，次級繞組n一般幾百或上千匝，可見補償量I是微弱的。3微磁通電流互感器的設計根據(jù)上述微磁通無源補償原理，我們設計了雙鐵芯雙繞組單匝穿式電流互感器CT19-5A/5mA，互感器內徑4mm，外徑19mm，鐵芯高度16mm，重量12g。為了測量mA級電流，希望次級匝數(shù)越少越好。經(jīng)實驗,導線規(guī)格為0.1mm，主繞組N取1

6、000T，副繞組N取1000T，雙鐵芯采用雙層疊加。在檢測微弱磁通情況下，為了實現(xiàn)空間雜散電場屏蔽和磁場屏蔽，外部可以使用磁導率與電導率都很高的1mm厚低碳鋼板制成的屏蔽外殼。4微磁通電流互感器的精度等級測試數(shù)據(jù)高精度電流互感器在檢測方面存在難題，高精度電流互感器的檢測裝備難于實現(xiàn)?？梢圆捎帽葦M法：用一個0.005級超高精度的標準電流互感器標準器應比被檢電流互感器高兩個準確等級；其實際誤差應不超過被檢電流互感器誤差限值的1/5與被檢電流互感器并列，施加相同的標準正弦波電流信號，然后比擬它們的輸出差值即為絕對誤差。額定初級電流為5A，初級電流范圍為2506000mA，次級負載1，實驗溫度為室溫2

7、6度，相對濕度46%，檢定場所周圍沒有與檢定工作無關的電磁場，山西互感器電測設備mA級互感器校驗儀。抽樣數(shù)：微磁通電流互感器CT19與CT04單鐵芯各5個，取一組比差和角差測試，數(shù)據(jù)詳見表1，比差、角差曲線如圖3、圖4所示。表1CT19與CT04電流互感器測試數(shù)據(jù)表Tab1TestdatasheetofCT19andCT04currenttransformer 一次電流( %) 5 20 50 100 120 CT19 比差(%) 0.029 0.007 0.000 -0.001 -0.001 角差() -1.3 -0.6 -0.3 0.0 0.1 CT04 比差(%) 0.480 0.380

8、 0.300 0.280 0.290 角差() 18.0 18.0 12.6 7.4 6.3 圖3電流互感器比差曲線Fig3Ratiodiaplacementcurvesofcurrenttransformers圖4電流互感器角差曲線Fig4Phasedisplacementcurvesofcurrenttransformers比照微磁通電流互感器CT19與單鐵芯電流互感器CT04測試數(shù)據(jù)與曲線圖，可以看出，采用微磁通無源補償后到達設計效果，測量精度大大提高，到達0.02級比差：0.02%；角差：0.6分，執(zhí)行國家標準GB1208-2006。5微磁通電流互感器的帶負載能力測試通過帶負載能力測試

9、，繪制在不同負載下CT04-5/5和CT19-5/5的誤差曲線，圖5、圖6所示。圖5電流互感器10負載下誤差曲線Fig5Errorcurveof10loadcurrenttransformer圖6電流互感器20負載下誤差曲線Fig6Errorcurveof20loadcurrenttransformer帶負載測試可見，CT19負載為10時，最大比差0.04%，最大角差為7.4；負載為20時，最大比差0.078%，最大角差為12.6，隨著負載的增大測量精度相對變差。帶負載能力測試比擬結論：負載20時，不同額定電流下CT19的角差明顯小于CT04，相對線性好，CT19的比差線性好于CT04。6結論

10、本工程采用微磁通無源補償原理，成功研發(fā)了高精度電流互感器，專為高精度儀表設計的前級取樣互感器，不需要電子補償，精度高，數(shù)據(jù)長期穩(wěn)定可靠，適用于關口電能表、電量變送器等儀器儀表。測試數(shù)據(jù)說明，高精度微磁通電流互感器具有很好的比差和角差特性，大幅度提高了互感器的精度。具有體積小、結構簡單、精度高、便于工程生產(chǎn)的優(yōu)點，為企業(yè)節(jié)省大量高級技工裝機后整體統(tǒng)調的工時本錢。參考文獻1 馮繼超,劉清,張丹紅, 高精度、小變比電流互感器的特殊設計.武漢理工大學學報(交通科學與工程版) 2004(8),554556.2 單平,羅勇芬,李彥明等, 零磁通型高精度微電流傳感器. 高電壓技術 2002(5),2829.3 國家標準GB1208-2006,電流互感器.4 郭來祥,張和飛. 根據(jù)鐵芯測量數(shù)據(jù)預判互感器精度指標的研究 . 北京微特測試技術研究所2021(6).5 楊玉剛.現(xiàn)代電子電力的磁技術 . 北京:科學出版社,2006.152195