鉗式電流互感器工作原理及基本結(jié)構(gòu)

電磁式電流互感器已能達(dá)到很高的精度，但鉗形電流互感器由于要開(kāi)口，導(dǎo)磁系數(shù)將不可避免地大大降低，如果不采取補(bǔ)償措施，其測(cè)量準(zhǔn)確度很難提高，且位置相關(guān)性也很大。

針對(duì)上述問(wèn)題，本設(shè)計(jì)方案中主要采取了以下三種措施，其一，選用高導(dǎo)磁率的鐵磁材料鐵鎳合金，起始相對(duì)導(dǎo)磁率為40000 ，最高可達(dá)100000；其二，采用自平衡電子補(bǔ)償式電路對(duì)互感器進(jìn)行補(bǔ)償；其三，采取特殊的屏蔽措施，減小泄漏干擾以保證鐵心中剩余磁通檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

采用的運(yùn)算放大器要求失調(diào)電壓、失調(diào)電流及溫度漂移盡可能小，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)大，頻帶寬。本樣品中運(yùn)放失調(diào)電壓為0.15mV ，失調(diào)電流為1μA ，交流零電壓< 100μV 。也就是說(shuō)這時(shí)的互感器將設(shè)有誤差，這就是通常所說(shuō)的零磁通原理。

靠自身實(shí)現(xiàn)零磁通是不可能的，必須靠外界條件的補(bǔ)償才能達(dá)到。本設(shè)計(jì)中采用自平衡電子補(bǔ)償?shù)脑?。運(yùn)放輸出電壓與二次繞組串聯(lián)產(chǎn)生電流所產(chǎn)生的磁通對(duì)鐵心去磁，使鐵心達(dá)到平衡。

在理想狀態(tài)時(shí)，運(yùn)放的放大倍數(shù)為鐵心接近于零磁通狀態(tài)。由于這類(lèi)互感器的二次電流幾乎全部由外電源通過(guò)運(yùn)放供給，不從二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)取電流，因而自平衡電子補(bǔ)償式電流互感器可達(dá)到很高的精度。事實(shí)上完全的零磁通狀態(tài)是達(dá)不到的，鐵心中必須有一點(diǎn)微弱的剩余磁通才能使放大器輸出二次電流。放大器的放大倍數(shù)越大，補(bǔ)償效果越好，但太大了會(huì)引起振蕩，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，這兩者是相互制約的。

運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)一般很大，因此輸入端可視為虛地點(diǎn)，互感器二次工作在短路狀態(tài)，可視為空載，因而放大器對(duì)鉗形互感器的影響極小。經(jīng)多次實(shí)測(cè)也證明這樣構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換器仍可達(dá)到0.1級(jí)的準(zhǔn)確度 。

額定變比:5A/5mA

額定伏安數(shù):0100125VA

工作頻率:50Hz(45Hz～65Hz)

比差和角差:均優(yōu)于0.1級(jí)

測(cè)量范圍: (120 %～1 %) IN

絕緣電阻(一次導(dǎo)線(xiàn)對(duì)二次線(xiàn)圈及外殼):≥1000MΩ

工作電源: 15V (電池供電時(shí): ±9V ，容量> 150mAh)

電源功耗:180mW

自熱時(shí)間:5分鐘

工作環(huán)境溫度: - 10℃～40℃

尺寸:190mm×50mm×40mm

鉗形電流互感器小電流特性較好，當(dāng)被測(cè)電流在(120 %～10 %) IN范圍內(nèi)變化時(shí)，比差和非線(xiàn)性均<±0.02 % ，角差非線(xiàn)性≤0.6′。工作電源設(shè)計(jì)成交直流兩用，既可用交流供電也可用可充電電池供電。如在其輸出端接上一有源負(fù)載就能實(shí)現(xiàn)精密交流電流/電壓轉(zhuǎn)換，輸出電壓可在0～5V范圍內(nèi)任意調(diào)整。鉗形電流互感器載流導(dǎo)線(xiàn)位置相關(guān)性變差小，抗干擾能力較強(qiáng)，如將它接到高準(zhǔn)確度的功率電能表、電流表、相位表，就能進(jìn)行更準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，既安全又可提高工作效率。

人們?cè)絹?lái)越關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)電流、相位、功率、電能的高準(zhǔn)確度測(cè)量。為了達(dá)到這一目的，往往需要通過(guò)反復(fù)拆、接線(xiàn)將高精度測(cè)量?jī)x表的電流互感器串入電路，這既不安全又費(fèi)時(shí)。用現(xiàn)有的鉗形電流電流互感器由于其準(zhǔn)確度等級(jí)低，極大地限制了測(cè)量準(zhǔn)確度的提高。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是研制出高精度的鉗形電流互感器，這里簡(jiǎn)稱(chēng)為(電流夾鉗) 。

依據(jù)《JJ G313 - 94測(cè)量用電流互感器國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程》、《GB1208 - 1997 電流互感器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、《ZBN21007 - 88鉗形電流形國(guó)家專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，制定了如下測(cè)試考核項(xiàng)目即: 考核驗(yàn)證比差、角差的線(xiàn)性，升降變差，被測(cè)載流導(dǎo)線(xiàn)的位置相關(guān)性，鉗口開(kāi)、合變差，短期穩(wěn)定性，頻率特性，電磁干擾試驗(yàn)，溫度特性試驗(yàn)，以及與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率電能表結(jié)合的整體性能測(cè)試，與有源負(fù)載構(gòu)成精密鉗形電流/電壓轉(zhuǎn)換器的性能測(cè)試等項(xiàng)目。在我所互感器試驗(yàn)室用由BL 3401型電流比例標(biāo)準(zhǔn)(精度為0.0005級(jí))和HEG5型互感器校驗(yàn)儀組成的互感器校驗(yàn)裝置對(duì)ECCT-1型鉗形電流互感器進(jìn)行反復(fù)多次的全性能考核，測(cè)試結(jié)果表明所研制的兩個(gè)樣品，其線(xiàn)性和變差均優(yōu)于0.1級(jí)電流互感器的技術(shù)指標(biāo)，其中NO∶1號(hào)夾鉗的非線(xiàn)性可達(dá)0.015 %。

經(jīng)過(guò)兩年的艱苦努力，在提高小電流鉗形電流互感器的精度方面作了一些初步的嘗試，取得了一些進(jìn)步，但由于經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間所限深感在本次研制中還存在一些不足，無(wú)論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝等方面都還加以改進(jìn)。我們將不斷地努力探索、改進(jìn)，在今后的試驗(yàn)研究中一定能夠制造出性能更好、精度更高的各類(lèi)鉗形電流互感器，爭(zhēng)取批量生產(chǎn)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍 。