论文摘要：研发高精度微型电流互感器是目前电力仪器仪表行业共同关注的课题。本项目采用微磁通原理，无源补偿误差方式，双铁芯双绕组结构制造高精度微型电流互感器；在误差允许的范围采用微磁通有利于简化结构；本项目设计的CT系列微型电流互感器通过测试，测量精度达到0.02级。
论文关键词：电流互感器,高精度,微磁通,双铁芯,无源补偿
引言
中国是仅次于美国的全球第二大能源消耗大国，中央政府正在号召实施多项工程来改进国家配电网络。电网管理体系总体发展趋势是智能化、微型化和网络化。微型电流互感器是电力仪表的最前端取样器件，直接影响智能电力仪器仪表的测量精度。对于此种电流互感器，一方面要求其测量精度高，另一方面又要有良好的抗电磁干扰能力和长时间的稳定性。高精度电流互感器系列产品属于测量范围宽，输出电流小，不需要电子补偿线路，且体积小巧，非常适用于高精度的标准电度表、功率计、电量变送器等电力仪器仪表。而国内在这方面研发起步比较晚，目前许多电力仪表公司已经投入大量的人力、物力去研究高精度微型电流互感器，目前国产微型电流互感器的精度在0.1级左右。本项目主要针对解决此问题而开展的工业攻关课题专题立项。
电流互感器的误差是由提供磁通的交变励磁电流产生的，若无励磁电流的互感器就没有误差。根据文献[2]，零磁通电流互感器就是铁芯没有磁通的互感器，在“零磁通”状态下无角差、比差，一次二次之间是严格的匝比关系；然而它是理想化的，实际上难于实现；无励磁电流，铁芯中就没有磁通，一、二次能量无法传递，电流互感器就不能正常工作。
本项目采用微磁通原理、无源补偿误差方式、双铁芯双绕组结构制造高精度微型电流互感器。本项目设计的CT系列微型电流互感器测量精度达到0.02级（比差：≤±0.02%；角差：≤±0.6分，执行国家标准GB1208-2006）。
1电流互感器误差产生的理论分析
单铁芯电流互感器中各主要电磁物理量间的相量关系如图1所示。为画图方便适当夸大了励磁电流I和次级电流I的幅值。
其中：
n：次级绕组匝数/初级绕组匝数；
I：初级绕组电流（A）；
I：初级绕组电流在横坐标上的分量（A）；
I：初级绕组电流在纵轴上的分量（A）；
I：实际状态下的次级绕组电流（A）；
nI：折算到初级绕组的实际状态下次级绕组电流（A）；
 ：理想状态下的次级绕组电流（A）；
φ：电流互感器的工作磁通（Wb）；
I：励磁电流（A）；
I：励磁电流在横坐标上的分量（A）；
I：励磁电流在纵轴上的分量（A）；
 ：折算到次级的励磁电流（A）；
α：工作磁通φ与励磁电流I之间的夹角（rad）；
θ：次级感应电势与次级电流之间的夹角（rad）；
E：次级绕组感应电动势（V）。
图1单铁芯电流互感器相量图
Fig1PhasorDiagramofcurrenttransformerwithsinglecore
如图有 。（1）
 、 在坐标轴上的分量如图所示，可以看出
I=I+nISinθ，I=Ie+nIcosθ,（2）
I=I+I（3）
=(I+nISinθ)+(Ie+nIcosθ)
=（Icosα+nISinθ)+（ISinα+nIcosθ)
=nI+2nIISin(α+θ)+I
≈nI+2nIISin(α+θ)(其中I＜＜nI),
近似有：I=nI+ISin(α+θ),（4）
 ,（5）
理想状态（无励磁电流，I=0）： ,（6）
实际状态： ,（7）
实际误差：=△I= — = （8）
△I是电流互感器的误差，折算到次级的励磁电流；次级绕组减少的电流，我们必须把它找到补回次级去，这是我们设计高精度微型电流互感器的构想。
2微磁通无源补偿原理分析
根据文献[4]，依据铁芯性能所测数据，目前中国最优秀的超微晶铁芯在匝数足够的前提下可以满足制作0.1级单铁芯双绕组结构精密电流互感器的需要。精度0.02级的微型电流互感器，采用单铁芯结构是根本无法实现的。
如图2所示，本项目采用微磁通原理、无源补偿误差方式、双铁芯双绕组结构设计高精度电流互感器。微磁通区别于零磁通，零磁通实际上难于实现；采用电子有源补偿方式电路复杂、成本也高。在误差允许的范围采用微磁通有利于简化结构，主铁芯C承担磁通的绝大部分，副铁芯C采用高导磁率的铁芯承担微弱磁通检测任务；副绕组N以无源方式叠加主绕组N以补偿主绕组产生的误差从而达到高测量精度。
图2双铁芯双绕组微磁通无源补偿原理图
Fig2Principlediagramofcurrenttransformerwithdouble-coreanddoublewindingmicrofluxpassivecompensation
如图所示，另定义：
n：N绕组匝数/初级绕组匝数；
I：实际状态下次级N绕组的电流（A）；
：折算到N绕组的励磁电流；
I：副绕组N的电流（A）；
I：负载R的电流（A）；
由图2可以看出：I=I+I.（9）
由（8）式，当满足I= ,（10）
有I== .（11）
通常I很小，次级绕组n一般几百或上千匝，可见补偿量I是微弱的。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
