微型電流互感器常用鐵芯材料的性能分析與應用

摘 要：微型電流互感器作為信號源器件，廣泛應用于電力計量各種裝置中，其性能的優劣直接影響計量的準確性。微型電流互感器目前常用的三種鐵芯材料有硅鋼、超微晶、坡莫合金，鐵芯材料的性能直接影響微型電流互感器的傳變特性，通過分析可知坡莫合金鐵芯材料的微型電流互感器優于超微晶及硅鋼材料。

關鍵詞：微型電流互感器；鐵芯材料；比差；角差

引言

計量用微型電流互感器作為信號源器件，廣泛應用于電力計量各種裝置中，其性能的優劣直接影響計量的準確性，也直接影響電力儀器儀表的測量精度[1]。而鐵芯材料又是決定微型電流互感器精度的關鍵所在。微型電流互感器目前常用的三種鐵芯材料有硅鋼鐵芯、超微晶鐵芯、坡莫合金鐵芯，材料特性及應用在此做一個詳細的分析，供工程技術人員參考。

1 微型電流互感器傳變特性的誤差分析

微型電流互感器的傳變特性用角差f與比差δ來衡量的，依據文獻[2]有其中：I1分別為一次線圈電流、？漬為鐵芯損耗角、α為二次負載的阻抗角、N1為一次線圈的匝數、I0為鐵芯中的激磁電流。

由上式中可以看出，微型電流互感器的誤差主要是由提供磁通的勵磁電流產生，而勵磁電流主要決定因數是鐵芯材料的性能。

2 微型電流互感器常用鐵芯材料的性能分析

2.1 硅鋼鐵芯材料的性能

硅鋼鐵芯材料飽和磁密度Bs/T在2.1T左右[3]，矩形比Br/BS較低，初始磁導率μi在1K左右，最大磁導率μm在40K左右，矯玩力HC為30A/m，鐵芯損耗PFe為50HZ/1.7T-10 mW/cm3，密度d為7.65 g/cm3。硅鋼鐵芯材料價格低廉，適用于微型電流互感器，精度一般不超0.5級[4]，精度再高就難于實現了。

2.2 超微晶鐵芯的性能

超微晶鐵芯材料飽和磁密度Bs/T在1.23T左右，矩形比在Br/BS低中高，初始磁導率μi在3M左右，最大磁導率μm在4M左右，矯玩力HC為064A/m，鐵芯損耗PFe為20kHZ0.5T-140mW/cm3、40kHZ0.3T-180mW/cm3、100kHZ0.3T-900mW/cm3，密度d為7.25g/ cm3。超微晶鐵芯材料價格較硅鋼貴些，適用于微型電流互感器，精度可達到0.2級。

2.3 坡莫合金鐵芯材料的性能

坡莫合金鐵芯材料飽和磁密度Bs/T在1.6T左右，矩形比Br/BS在低中高，初始磁導率μi在3M左右，最大磁導率μm在4M左右，矯玩力HC為064A/m，鐵芯損耗PFe為10kHZ0.5T-270mW/cm3，密度d為8.25g/cm3。坡莫合金鐵芯材料價格較超微晶更貴些，適用于微型電流互感器，精度可達到0.1級。

3 微型電流互感器常用鐵芯材料的實驗數據分析

3.1 微型電流互感器的設計制作及測試

在廣東省智能電力測控儀表工程技術研發中心廣東雅達電子股份有限公司設計制作了3種鐵芯材料（硅鋼鐵芯尺寸10*15*10（mm）、超微晶鐵芯尺寸為9.5*13*5（mm）、坡莫合金鐵芯尺寸9.5*13*5（mm））單匝穿芯式單鐵芯結構微型電流互感器各3個并進行測試，變比5A/2.5mA，次級匝數設計為2000T。設備廠家/型號/名稱：沈陽中川/HESE/互感器校驗裝置一套，精度為0.005級，試驗線路圖見圖1，測試環境25℃，41%RH。三種材料各抽樣3個進行測試，在電流互感器一次側依次施加（0.25A、1A、2.5A、5A、6A）標準正弦波電流信號[5]，負載均為20Ω，測量微型電流互感器的比差和角差，各取1個樣品的數據來分析。

3.2 試驗數據

三種鐵芯微型電流互感器比差和角差的試驗數據詳見表1。

3.3 試驗數據分析

參照電流互感器國家標準GB1208-2006，從表1數據可以分析得出硅鋼鐵芯精度準確級達到1級、超微晶鐵芯精度準確級接近達到0.2級，坡莫合金鐵芯精度準確級達到0.1級。

4 結束語

微型電流互感器目前常用的三種鐵芯材料硅鋼鐵芯、超微晶鐵芯、坡莫合金鐵芯中，通過分析可以看出坡莫合金鐵芯電流互感器的性能指標是最優的。根據能滿足工程需要的前提下，結合生產成本，綜合考慮選用鐵芯材料。

參考文獻

[1]李春來，湯曉宇，羅坤明.計量用電流互感器在3種鐵心條件下傳變特性的試驗與分析[J].儀表技術與傳感器，2015（4）：104-106.

[2]張振洪，趙有俊.高精度零磁通電流傳感器的研究[J].傳感器與微系統，2009（10）：52-54.

[3]楊玉剛.現代電子電力的磁技術[M].北京：科學出版社，2006：115-136.

[4]中國電器工業協會，全國互感器標準化技術委員會.GB1208-2006.電流互感器[S].北京：中國標準出版社，2006.

[5]李春來，湯曉宇，羅坤明.0.1級超微晶微型電流互感器的研究[J].儀表技術與傳感器，2015（7）：52-53+60.