电流互感器测量级误差计算方法分析
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摘要：通过对电流互感器误差计算方法的分析，提出了测量级误差计算方法，并应用于实际工作。
关键词：电流互感器；误差；铁心磁密
中图分类号：TM452文献标识码： A
1.前言
面对竞争日趋激烈的互感器行业，低成本高质量的产品将成为最有力的杀手锏。作为电流互感器的核心结构，二次绕组设计的准确性、优化性将直接影响到产品其它结构的设计，测量级误差计算作为二次绕组设计的一部分，其设计主旨也是在寻求这样一个平衡点，即在满足国家标准的同时，将铁心、导线等的用量降到最低。熟练地掌握测量级误差计算是刚从事互感器设计工作的设计人员必须具备的。
2.测量级误差计算
2.1 铁心设计
2.1.1 计算铁心截面。根据误差要求和准备采用的铁心材料的性能初选铁心截面，GB1208-2006中规定了测量用电流互感器的电流误差和相位差限值。
对于测量级的铁心我们现在多采用微晶合金，如有更高的准确级，或有仪表保安系数要求时，则应选用高导磁的材料，如超微晶合金或玻莫合金。对于微晶合金其尺寸最小应控制在截面积×高度=20cm2×15cm，对于0.2S级结合生产的经验，5%点的相位差应低于13’、20%点的电流误差控制在±0.14、而磁密应控制在2400-3200T。表3所列为互感器常用的软磁材料的典型参数对比。
表3电流互感器铁心常用软磁材料典型参数比较
当无其它参考数据时，可用下式作初步估算
式中K2Z― 考虑绕组内阻抗的系数，通常取K2Z=1.1~1.5
AC― 铁心截面，cm2
I2n―额定二次电流，A
Z2n―额定二次负荷，Ω
f ― 额定频率，HZ
N2n―额定二次匝数；
Bn― 初选的额定磁密，T
2.1.2初选铁心的几何尺寸
应先保证铁心的内径在绕完铜线、包完绝缘后略大于铝壳的内径，并根据初选的铁心截面确定铁心的外径，以及根据结构要求选择合适的高度。如图1
图1
二次绕组设计是要将铁心设计和误差计算结合进行，即确定铁心尺寸后进行误差计算，利用误差计算的结果再调整铁心尺寸，继续进行误差计算，直到满足最优化的设计。我们实际在进行二次绕组设计时，利用现有的铝壳，并根据产品的技术参数初选铁心尺寸，然后进行误差计算，最终达到最大效率的利用铝壳空间。
2.2 误差计算
2.2.1 计算铁心参数
电流互感器的铁心结构比较简单，最常用的有叠积式铁心、卷铁心、开口铁心，下面表格即铁心尺寸计算。
冷轧硅钢片的比重为7.65g/cm3，坡莫合金为8.6g/cm3，超微晶合金为7.25g/cm3
2.2.2 计算二次绕组电阻。
，Ω
式中铜导线电阻系数，（Ω・mm2）/m
75℃时，
55℃时，
― 二次绕组导线平均匝长，m
―额定二次匝数
二次导线截面积，mm2
铁心截面为矩形的电流，二次绕组平均匝长的计算式为
式中各量尺寸的含义见图3。单位为mm。
当层数较多且各层匝数不等时，要分层计算平均匝长和每层导线长度，将各层导线长相加得出二次导线总长，然后计算电阻。当二次引线较长时，还应将引线电阻计入。
2.2.3 二次漏抗的计算
研究表明，漏抗X2的值不仅与铁心材料和形状，一二次线圈的结构和相互布置有关，而且与电流倍数、二次回路负荷和邻近的载流导体的磁场有关，所以准确计算二次漏抗是困难的，通常采用经验公式或按经验数据取值。我们实际设计时多采用的是环形二次绕组，而对于环形二次绕组，如果二次线匝均匀分布在整个铁心的圆周上，且单匝一次绕组在铁心中心穿过，或多匝一次绕组也均匀分布在整个铁心的圆周上，可以认为二次漏抗X2等于零。实际的绕组不可能如此完全对称，X2不等于零，可近似取值。
2.2.4二次负荷阻抗的电阻分量和电抗分量计算
2.2.5二次回路总阻抗、总电抗和总阻抗以及相应的阻抗角
此部分的计算结合平时的工作经验，利用excle中的函数运算，简化了其手算的工程，只需输入对应的参数值即可得到对应的数据，为下一步的求解提供了极大地帮助。
利用此excle编辑后，节省了很多的时间，降低了计算出错的概率。
2.2.6确定误差计算点，不同准确级有不同的误差计算点。
2.2.7其它计算步骤
, V
，T
式中 f 额定频率
额定二次匝数
铁心有效截面积，cm2
计算出B值后查磁化曲线，得出磁场强度和铁心损耗角。
式中 H---对应于不同的计算磁密B 时的磁场强度 ，A/cm
---平均磁路长
---决定与铁心制造工艺水平的系数，一般取
式中
N1n 额定一次匝数
铁心损耗角
选择合适的误差补偿方法，根据计算的误差值，参照标准计算误差补偿值。
计算铁心控制数据。同样利用excle简化其计算过程。
计算举例
1.给定参数：
220kv电流互感器额定电流比：2×800/5准确级：0.2S二次负荷：50VA（cosφ=0.8） FS：10
2.铁心计算：
尺寸：φ230/φ400×20磁路长：83.25cm净截面：5.04cm2 重量：3.61kg
材料：微晶合金铁心绝缘：径向3，横向3 叠片系数：0.72
3.绕组及阻抗计算
一次匝数：1额定二次匝数：320
二次导线：φ2.12/φ2.24 2根并绕截面：35.74mm2导线长：58.6m导线重：1.87kg
绕组尺寸：φ203/φ326×46
绕组阻抗：Z2o=0.334r2=0.33 x2=0.05
二次阻抗：Z2n=2.30 X2n=1.25 R2n=1.93 32.90°
（VAn/4）：Z2min=0.81X2min=0.35 R2min=0.73 25.55°
4.线层数及各层匝数（绕线角度为360°）：层号：1 匝数320
5.误差计算
磁密/T比值差补偿值补偿后的比值差角差
| I1/I1N,%| I2| B|FIN|FK| FIN1|DTW |
----------------------------------------------------------------------------
| 5 | 0.25 |0.0161 | -0.162 | 0.06 | -0.099 | 6.70 |
|20 | 1.00 |0.0642 | -0.139 | 0.06 | -0.076| 2.86 |
| 100 | 5.00 |0.3210 | -0.069 | 0.06 | -0.006 | 0.62 |
| 120 | 6.00 |0.3852 | -0.064 | 0.06 | -0.001 | 0.63 |
| 120 | 6.00 |0.1358 | -0.036 | 0.06 |0.026| 0.59 |
----------------------------------------------------------------------------
补偿值：0.06%
2根导线并绕，分数匝补偿。补偿匝数：0.2匝
6.铁心控制数据
励磁匝数1111
励磁电流/A0.15 0.3 0.72 0.81
控制匝数10 10 10 10
感应电势/mv 18 72412 494
结论：以上就是测量级电流互感器误差计算的方法，作为刚刚接触互感器设计的人员来说，比较系统的概括了计算的全部过程，包括需要查找的一些图表，国家标准等也有描述，更重要的是加入很多实际在工作设计时所获得的一些实际经验值，使的计算更贴近于产品的设计。
参考文献：
[1]肖耀荣，高祖绵，互感器原理与设计基础。辽宁：科学技术出版社，2002
[2]变压器杂志编辑委员会会编，变压器导报，第一机械工业部变压器研究所，1968.5