浅析微型电流互感器常用铁芯材料的性能

摘要：电，已经成为我国基础能源最重要的组成部分，微型电流互感器作为型号源器件被广泛用于电力计量、保护的各种装置中，其性能的好坏直接对计量的准确性产生影响。

关键词：微型电流互感器；常用铁芯材料；性能

科技的快速发展带动我国各行业发展迅速的同时，有了新的发展空间。计量用微型电流互感器作为信号源器件，广泛应用于电力计量各种装置中，其性能的优劣直接影响计量的准确性，也直接影响电力仪器仪表的测量精度。而铁芯材料又是决定微型电流互感器精度的关键所在。 1微型电流互感器传变特性误差分析

微型电流互感器主要由铁芯、一次线圈和二次线圈组成，铁芯磁阻在电流互感器传变电流过程中激磁会消耗小部分电流，电流互感器的误差就是由铁芯所消耗的励磁电流引起的。用角差f和比差δ来衡量微型电流互感器的传变特性。可通过优质的材料和更好的工艺进行补偿来提高微型电流互感器性能，但是补偿工艺复杂，成本高；优质的铁芯材料简单方便，又能有效减少激磁电流，降低测量误差。因此，选择优质的材料不仅能够最大限度降低因激磁电流而产生的误差，提高微型电流互感器的传变特性，还能适当的节约成本。 2微型电流互感器常用铁芯材料的性能分析 2.1硅钢铁芯材料的性能

硅钢铁芯材料饱和磁密度Bs/T在2.1T左右，矩形比Br/BS较低，初始磁导率μi在1K左右，最大磁导率μm在40K左右，矫玩力HC为30A/m，铁芯损耗PFe为50HZ/1.7T-10mW/cm3，密度d为7.65g/cm3。硅钢铁芯材料价格低廉，适用于微型电流互感器，精度一般不超0.5级，精度再高就难于实现了。 2.2超微晶铁芯的性能

超微晶铁芯材料饱和磁密度Bs/T在1.23T左右，矩形比在Br/BS低中高，初始磁导率μi在3M左右，最大磁导率μm在4M左右，矫玩力HC为064A/m，铁芯损耗PFe为20kHZ0.5T-140mW/cm3、40kHZ0.3T-180 mW/cm3、100kHZ0.3T-900mW/cm3，密度d为7.25g/cm3。超微晶铁芯材料价格较硅钢贵些，适用于微型电流互感器，精度可达到0.2级。 2.3坡莫合铁芯材料性能分析

坡莫合铁芯材料饱和磁强度Bs/T为1.45T，初始磁导率μi为5M，矩形比Br/BS较低，矫顽力HC为1.2A/m，密度d为8.70g/cm3，最大磁导率μm为200M，激励损耗PFe为10kHZ0.5T-265mW/cm3。 3测量试验

测试遵循国家标准《测量用电流互感器检定规程》(JJG_313-2010)中基本误差检定的相关要求。试验目的：测量被测互感器的误差，分析电流互感器误差的影响因素。测试环境：试验场所温度27℃，相对湿度50%，周围无干扰电磁场。被测互感器规格：被测互感器为单匝穿心式单铁心结构，硅钢片铁芯，铁芯尺寸为10*15*10（mm）、线型Φ0.08mm、直流电阻200Ω，次级匝数2000，变比5A/2.5mA。标准互感器规格：选用沈阳中川的HESE型微型互感器校验仪，精度为0.005级，变比5A/2.5mA。测试方法：比较法。在被测互感器一次侧依次施加额定电流的（5%，20%，100%）标准正弦波信号，负载0Ω、20Ω、50Ω。 4一次绕组的设计

电流互感器一次绕组通过短时热电流时，有很强的热作用，所以有必要进行热稳定计算。然而热稳定性计算实际上是短时热电流密度的计算。在实际的产品设计中，我们通过改变一次导线的规格和尺寸来改变短时热电流密度以满足热稳定性要求。在设计中，电流互感器的主绝缘结构是采用环氧树脂灌封结构。此外，与电力用电流互感器设计不同，微型电流互感器一次结构设计主要是一次导线的选型设计，一般采用无氧铜棒、紫铜板或者纯铜编织电缆，或者符合UL758标准的UL线，等等，材质均为纯铜材质。 5二次绕组的设计

在满足准确级要求的情况下，与一次绕组的设计一样，二次绕组也必须满足一定的热稳定要求。在实际产品设计中，我们通过改变二次绕组的导线规格尺寸来改变短时热电流密度以满足热稳定性要求。设计时，额定连续热电流规定为5.3A/mm2，以满足额定短时过电流160A/mm2的要求。本程序适用于国标

GB/T6109聚胺酯薄/厚漆膜QA-1/2与聚酯薄/厚漆膜QZ-1/2铜漆包线绕组。程序在计算次级相关参数时，已经对线径D做了补偿，因为漆包线外径漆膜的微小尺寸差异，在千匝以上将对尺寸有明显的影响。同时也对磁芯尺寸做了不同的程序分支，因为磁芯分为带护盒和不带护盒两种。 6微型电流互感器常用铁芯材料试验数据分析

分别使用9.5x13x5（mm）坡莫合铁芯、9.5x13x5（mm）超微晶铁芯材料、10x15x10（mm）硅钢铁芯，将互感器校验装置输出电流穿过互感器一次孔形，形成闭环各3个并行测试，次级匝数设计为2000T，变比5A/2.5mA，测试环境温度25℃，相对湿度41%RH，使用TYC2168校验装置精度为0.005级，对三种材料各抽样3个进行测试，依次施加0.25A、1A、2.5A、5A、6A标准正玄波电流信号，负载均为20Ω，测量微型电流互感器的比差和角差，每种取一个样品的数据来进行分析。坡莫合金铁芯当一次电流>50%时，比差都超过了-0.04%，最高值达到了-0.045%，随着一次电流的增大，比差值从正值向负值方向偏移；微晶铁芯当一次电流比例小于50%时比差值都超过了0.04%，最高值达到了0.084%；硅钢铁芯比差均为负值，当一次电流<20%时，比差均超过-0.5%，最高值为-0.11%。参照电流互感器国家标GB1208-2006，硅钢铁芯精度准确度接近1级，超微晶铁芯精度准确度到达0.2级，坡莫合金铁芯主准确度达到0.1级。 7结语

通过以上对微型电流互感器传变特性误差分析，芯磁阻在电流互感器传变电流过程中激磁是励磁电流必然会产生误差，误差与铁芯结构和材料有具有非线性关系。通过实验对硅钢铁芯、超微晶铁芯坡莫合金铁芯在不同电流信号下比差和角差进行分析，结果显示坡莫合金铁芯和超微晶铁芯电流互感器传变特性明显有硅钢铁芯，而坡莫合金铁芯性能准确度最高，坡莫合金铁芯准确度可达到0.1级，超微晶铁芯准确度可达到0.2级，硅钢铁芯准确度接近1级。因此，在满足工程工程测量精度的同时，选择性能最优的铁芯材料，不仅能够最大限度降低因激磁电流而产生的误差，提高微型电流互感器的传变特性，还能适当的节约成本。 参考文献

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