羅坤明，湯曉宇，李春來，蘭 雄

(1.河源職業(yè)技術學院，廣東河源 517000；2.廣東雅達電子股份有限公司，廣東河源 517000)

0 引言

電流互感器(TA)是電力儀表的采樣裝置，位于最前端，其性能對電力儀表的測量精度有直接影響。計量用TA要求具有高測量精度和良好的抗電磁干擾能力。當TA的一次繞組中存在直流分量時，直流磁通和交流磁通疊加，與直流偏磁方向一致的半周鐵心飽和程度大幅增加，與直流偏磁方向一致的鐵心飽和程度減弱，因此勵磁電流呈現(xiàn)正負半周不對稱的形狀并產生大量諧波[1-2]，傳變特性變差，導致測量和電能計量的偏差。

為了解決這個問題，國內外相繼開展了抗直流分量互感器的研究，抗直流分量電流互感器在一次電流含有直流分量的情況下，仍然具有較好的工作狀態(tài)。本文提出選用超微晶鐵心、硅鋼片鐵心雙鐵心材料設計電流互感器，在達到測量精度的前提下，顯著提高了抗直流分量的能力，經測試能達到0.5級測量精度。

1 直流分量導致TA傳變特性變化的誤差分析

通常用比差fRE與角差β1來衡量TA的傳變特性，直流偏磁條件下TA的傳變特性與直流偏磁的定量數(shù)值關系如下[3]：

(1)

(2)

(3)

由式(1)～式(3)可知，當直流偏磁變化時，直流磁通密度分量Bdc與X值相應變化，隨著直流偏磁增加，比差fRE和角差β1均增大，比差、角差與直流偏磁是非線性關系。

2 抗直流分量微型電流互感器的設計

2.1 鐵心材料比較

表1比較了超微晶、硅鋼片的磁性能參數(shù)[4]。 由表1可以看出，超微晶的磁導率高，飽和磁密度一般，所以在一次電流含有直流分量下很容易飽和。硅鋼片的磁導率低，但在一次電流含有一定的直流分量條件下，仍然具有良好的工作曲線，而不進入飽和區(qū)，即具有一定的抗直流分量能力，超微晶和硅鋼片磁性能方面具有互補性。

表1 超微晶和硅鋼片材料參數(shù)比較表

材料密度d/(g·cm-3)飽和磁密度Bs/T疊片厚度/mm矩形比Br/Bs超微晶7.201.250.03高、中、低硅鋼片7.652.000.23中、低

2.2 電流互感器設計

文中制作了單繞組雙鐵心結構微型電流互感器5 A/2.5 mA。分別選用超微晶和硅鋼片組成雙鐵心，鐵心尺寸均為13 mm×17.5 mm×5 mm，導線規(guī)格Φ0.08 mm，直流電阻為210 Ω。

3 抗直流分量微型電流互感器試驗與數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗方案

采用精度為0.005級的HESE互感器校驗裝置，為了定量分析超微晶硅鋼片雙鐵心TA的傳變特性，制作了2種雙鐵心材料(超微晶+硅鋼片鐵心、超微晶+超微晶鐵心)的TA進行測試。

將互感器校驗裝置輸出電流線穿過互感器一次孔形成閉環(huán)，將電流互感器輸出端分別接到互感器校驗裝置的同名端[5]。

為了便于定量研究雙鐵心材料TA的傳變特性，按一次電流的比例測試5個測試點，測量TA的比差和角差，采集2種雙鐵心材料TA在直流偏磁作用下的比差、角差數(shù)據(jù)。

3.2 試驗數(shù)據(jù)及分析

選取5%IAC、20%IAC、50%IAC、100%IAC、120%IAC5個測試點的數(shù)據(jù)來分析，其中K=直流偏磁電流/一次電流(有效值)，見表2、表3。根據(jù)表2、表3繪制比差和角差曲線,如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

根據(jù)表2、表3及圖1、圖2可得出以下2點。

(1)K≤0.01時，5個測試點的直流偏磁電流對比差影響均較??；K≥0.02時，除第1個測試點外，其他4個測試點直流偏磁電流對比差影響大。

(2)比差隨K值的增大向負方向變化，超微晶+硅鋼片鐵心對比超微晶+超微晶鐵心，前者在K值、一次電流相同時比差顯著小于后者，抗直流分量效果顯著。

表2 超微晶+硅鋼片鐵心TA的比差和角差表

表3 超微晶+超微晶鐵心TA的比差和角差表

圖1 超微晶+硅鋼片鐵心TA傳變特性的比差曲線

圖2 超微晶+超微晶鐵心TA傳變特性的比差曲線

圖3 超微晶+硅鋼片鐵心TA傳變特性的角差曲線

圖4 超微晶+超微晶鐵心TA傳變特性的角差曲線

根據(jù)圖3、圖4可得出以下2點。

(1)角差隨K值的增大而迅速增大。

(2)超微晶+硅鋼片鐵心對比超微晶+超微晶鐵心，前者在K值、一次電流相同時角差顯著小于后者。

4 抗直流分量微型電流互感器帶負載能力測試

通過帶負載測試(負載分別為0 Ω、20 Ω),超微晶+硅鋼片鐵心電流互感器比差和角差測試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 超微晶+硅鋼片鐵心TA在不同負載條件下的比差和角差表

由表4分析可得：

(1)負載為0 Ω、20 Ω時，最大比差分別為0.173%、0.165%，最大角差是分別38.3′、40.8′，未超出0.5級電流互感器比差、角差誤差限值。

(2)在一次電流相同情況下，比差隨負載的增大向負值偏移；角差為正值，角差隨負載的增大向正值偏移。

5 結論

選用超微晶、硅鋼片兩種材料作鐵心，采用單匝穿心式雙鐵心結構設計微型電流互感器，比超微晶+超微晶鐵心抗直流分量效果好，比硅鋼片+硅鋼片鐵心(帶負載能力測試精度為2.0級)精度高，超微晶+硅鋼片雙鐵心微型電流互感器可應用于抗直流分量要求較高的電力儀器儀表。