降低电流互感器误差的措施分析

贺小艳

（河源职业技术学院 电子与信息工程学院，广东 河源 517000）

电流互感器是计量系统的电流变换元件，负责将高压交流电路中的大电流变换为小电流，以保护工作人员的人身安全，以及提供标准化信号，是系统的重要组成部分[1]。其准确度直接影响计量装置的测量精度。因此，研究电流互感器的误差及探索减小其误差的一些措施具有重要意义[2]。

1 电流互感器误差分析

电流互感器由铁芯和绕组组成。利用电磁感应原理，一次绕组通过磁通Φ匝链二次绕组[3]，在二次绕组上产生感应电动势和感应电流，实现电流的传变。而铁心具有磁电阻，铁心磁化损耗的这部分二次电流就是励磁电流，也是电流互感器产生误差的原因。电流互感器工作必须保持磁场，就必需有励磁电流存在，因而也必然存在误差[4]。各电流间存在式（1）、（2）所示的向量关系：

式中：İ1为一次电流向量，İ2为二次电流向量，İ'2为二次电流的换算值向量，İ0为励磁电流向量，KI为互感器的电流变比。

为方便对电流互感器的误差进行分析，作出电流互感器的“T”型等值电路图，如图1所示。其中，Ė1为一次转换到二次的电压，Z1为一次转换到二次的阻抗，Z2为二次绕组的阻抗，Z0为激磁阻抗，Z为负载阻抗。

由图1可求出：

图1 “T”型等值电路图Fig.1 "T" Type equivalent circuit diagram

综合式（1）～式（3），得出电流互感器误差的相量图，如图2所示。

根据国家标准：

2 电流互感器误差的影响因素

根据磁路欧姆定律，得出：

式（6）中，μ为铁芯的导磁率，S为铁芯的横截面积，L为铁芯磁路的平均长度。

而I2和I1存在如下关系：

综合式（4）～式（7），列方程可得：

图2 电流互感器的误差相量图Fig.2 Error phase diagram of current transformer

从上两式可知，电流互感器误差的影响因素有负载阻抗、二次绕组阻抗、铁芯平均磁路长度等参数，以下具体分析其对误差的影响情况。

2.1 负载阻抗影响

负载阻抗与比差、角差成正比。因此，连接的负载应该根据工厂手册中规定的额定二次负载阻抗值进行选择。

2.2 材料和制造工艺相关参数的影响

1）结构参数的影响

结构参数L/N22S与误差成正比，结构参数值越大，误差越大。结构参数中铁芯的截面积S、平均磁路长度L和二次绕组N2的数量与电流互感器的几何尺寸有关，并且这些参数相互影响。增加S，会减少磁通密度，减小励磁电流，从而减小误差，但也减少了N2，且导致L的增加；而增加N2，会增大阻抗Z2、铁芯窗口及L。只有将L/N22S值减小到最小，才能将误差控制到误差限值范围内。

2）铁芯磁导率的影响

铁芯磁导率μ与误差成反比，铁芯的磁导率越高，误差越小。芯材要选用高磁导率材料，如超微晶体，坡莫合金等新材料[5]。在保持磁通密度不变的同时，选择合适的安匝数还可以改善电流互感器误差。

2.3 电流频率的影响

正常情况下，电力系统的频率变化很小，频率对误差的影响可忽略不计。Z2、Z、α和θ会随着频率f的改变而改变，所以当电流互感器运行在非额定频率的系统中时，就要考虑频率对误差的影响。

3 降低电流互感器误差的措施分析

3.1 优化电流互感器的设计，以降低由于内部参数的影响而导致的误差

1）合理选择铁芯材料。铁芯材料要求导磁率高、价格适中的材料，可以选用超微晶、坡莫合金等具有高磁导率、低叠片厚度的新型材料。

2）优化设计尺寸。优化调整铁芯截面积S、平均磁路长度L和二次绕组匝数N23个参数值，以达到结构参数S减小到最小值。结构参数对饱和倍数有影响，因而也要考虑。

3.2 优化运行条件，调整运行参数，减小因现场参数影响带来的误差

当电流互感器已出厂时，其内部参数是固定的。则电流互感器的误差主要受二次负载、电流频率等现场参数的影响。

1）限制二次负载

通常情况下，二次负载控制在（25%～100%）Z，额定电流控制在（30%～60%）I，能使误差减到最小，达到最佳工作状态。

另一种常见方法是使用较粗的连接线或串联连接同规格电流互感器的次级绕组以减小次级负载阻抗值以减小误差。

2）合理选择电流互感器的容量

酌情选用更大容量的电流互感器。综合考虑次级负载、外接导线电阻、电表阻抗的影响来选择容量。

3）误差补偿

结合运行环境，电流互感器可补偿误差，常用的有二次绕组分数补偿、二次侧电容分路补偿等[6]。

4 结论

电流互感器的误差有比差和角差，根源是励磁电流的存在。减小电流互感器的误差常从优化设计内部参数及调整现场运行参数两方面开始。