电流互感器手册

由天下分享时间：2024/6/29 21:47:24 加入收藏我要投稿点赞

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二、半匝或分数匝补偿

无论是变压器还是互感器，在正常运行时，其一次绕组和二次绕组都是通过所接的线路形成封闭回路，所以绕组匝数的计算方法，都是以通过铁心窗口为准，有几匝通过铁心窗口就算几匝。例如图8中的A通过铁心窗口有两次，就是两匝；而B绕组虽然在铁心窗口外绕了一圈，但它通过铁心窗口只有一次，故只有一匝。

图8 绕组匝数的算法

由此可见，绕组必须一匝一匝的绕制，不能绕半匝或三分之一匝。在匝数补偿中，一般只能补偿一匝、二匝或三匝。但是如果一匝补偿的数值太大，使经过补偿后比值差太偏正了，如例题27，可以采用半匝或分数匝补偿。

半匝或分数匝补偿有两种结构。 1、双铁心或铁心穿孔分数匝补偿

如果把互感器的铁心分成大小完全相同的两个铁心，并且在绕制二次绕组

中，有一匝只绕在一个铁心上，见图9。那么只绕在一个铁心上的这一匝，对整个铁心（即双铁心）来说，就相当于只绕了半匝，这就得到了半匝补偿。少绕绕组那部分铁心就叫做辅助铁心。

如果所分成的两个铁心不是完全相同，辅助铁心的截面为整个铁心截面的三分之一，那么二次绕组就相当于少绕了三分之一匝，而得到三分

图9 双铁心分数匝补偿之一匝的补偿，据此可以列出分数匝补偿的计算公式：

△f=（1/ W2）*（Sb/S）*100% （55）

式中Sb为辅助铁心的截面；S为整个铁心截面。

由式（55）可见，双铁心分数匝补偿对比值差补偿的数值与辅助铁心的截面

成正比，而与二次绕组匝数和整个铁心的截面成反比。

把互感器的一个铁分成两个铁心来制作，有时是不方便的，也可以采用在铁心上穿孔的办法，来得到半匝或分数匝补偿，如图10所示。同样的，这时少绕组那部分铁心（仍叫辅助铁心）截面为整个铁心截面的1/n,就是1/n匝补偿。但是这时两铁心的平均磁路长度不同，所以在铁心穿孔分数匝补偿计算公式中，还应加上整个铁心与辅助铁心的平均磁路长度之比，即：

△f=（1/ W2）*（Sb/S）* l/lb*100% （56）式中l和lb分别为整个铁心和辅助铁心的平均磁路长度。

由式（56）可见，铁心穿孔分数匝补偿对比值差的数值与辅助铁心截面积和整个铁心的平均磁路长度成正比，而与二次绕组匝数、整个铁心截面和辅助铁心

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平均磁路长度成反比。

实际上在双铁心分数匝补偿中，如果双铁心的平均磁路长度不同，也要按式（56）进行计算。在铁心穿孔分数匝补偿中，如铁心窗口很大，辅助铁心与整个铁心的平均磁路长度相差不多，那么也可以近似按式（55）进行计算。

2、两根导线并绕的分数匝补偿

如果二次绕组采用两根完全相同的导线并联绕制，且有一根导线少绕了一匝，这就相当于整个二次绕组少绕了半匝，而得到了半匝补偿。

如果所使用两根并绕的导线的线径或材料不同，即两根导线的内阻不同，且少绕一匝的那根导线内阻为Rb，另一根导线的内阻为Ru，那么就得到了Ru/（Rb+Ru）匝补偿。这时对比值差补偿的匝数为：

△f=（1/ W2）* Ru/（Rb+Ru）*100% （57）导线电阻与截面成反比，与直径的平方成正比，因此式（57）也可以用导线截面Au和Ab或导线直径Du和Db表示：

△f=（1/ W2）* Ab/（Ab+Au）*100=（1/ W2）* Db2/（Db2+Du2）*100% （58）

式中 Ab、Db——少绕一匝那根导线的截面和直径。

由式（57）和（58）可见，两根导线并绕的分数匝补偿对比值差补偿的数值与绕W2匝那根导线的

而与二次绕内阻或少绕一匝那根导线的截面成正比；

组匝数以及两根导线内阻或截面之和成反比。

实际上还可以在少绕一匝那根导线上串联一根电阻丝，来改变分数匝补偿，如图11所示。设电阻丝的电阻为r，则这时对比值差补偿数值为：

* Ru/（Rb+Ru+r）*100% （59） △f=（1/ W2）

因为电阻丝可以在互感器绕制好后进行试验时接入并且可以随意调节电阻丝的阻值，所以这样就能很方便的得到所需要的分数匝补偿。这种补偿方法主要用于小于三分之一匝补偿的精密电流互感器中。

无论哪一种分数匝补偿，都是匝数补偿的一部分，所以分数匝的补偿也与匝数补偿一样：对相位差基本上都不起补偿作用，对比值差的补偿作用均与二次负荷和电流大小无关。

[例28] 一台10/5、600安匝电流互感器，如果采用半匝补偿，对比值差补偿多少？

W2=600/ I2=600/5=120

△f=1/2*（1/ W2）*100=1/2*1/120*100=0.416%

对比值差补偿为+0.416%

[例29] 一台500安匝双铁心电流互感器，两个铁心的材料和尺寸完全相同，且二次绕组最后一匝只绕在一个铁心上，求对比值差的补偿数值。

W2=500/ I2=500/5=100

△f=1/2*（1/ W2）*100=1/2*1/100*100=0.5%

对比值差补偿为+0.5%

[例30] 一台400安匝电流互感器，二次绕组用三根Ф1.04导线并联绕制，其中有一根少绕一匝，问对比值差补偿多少？

W2=400/ I2=400/5=80

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△f=1/3*（1/ W2）*100=1/3*1/80*100=0.416%

三根并绕一根少绕一匝即为三分之一匝补偿，对比值差补偿为+0.416% [例31] 在例27中，如有两根导线少绕一匝，对比值差补偿多少？ △f=2/3*（1/ W2）*100=2/3*1/80*100=0.832%

三根并绕两根少绕一匝即为三分之二匝补偿，对比值差补偿为0.832% [例32] 表9和表10所属400/5电流互感器是否可以采用半匝补偿？经过半匝补偿后互感器的准确级有否提高？

表9和表10所属400/5电流互感器，二次绕组是采用两根Ф1.04铜导线绕制，可以采用半匝补偿，即将其中的一根导线少绕一匝。

半匝补偿对比值差补偿的匝数为：

△f=1/2*（1/ W2）*100=1/2*1/80*100=0.625%

根据表9和表10所列的比值差数值，再按式（47）求得经过半匝补偿后互感器的比差值，计算结果列于表12中。

表12 半匝补偿后的比值差二次负荷 %In f (%) △f(%) f′(%)

5 -1.57 -0.945

0.4? 10 -1.24 +0.625 -.615

120 -0.69 -0.065 5 -0.74 -0.115

0.15? 10 -0.72 +0.625 -0.095

120 -0.42 +0.205

由表12计算结果可见，该互感器经过半匝补偿后满足0.5级。

由此可见，原来只能满足1级的电流互感器，经过采用匝数或分数匝补偿，就可能提高到0.5级。这种匝数或分数匝补偿的结构是十分简单的。因此，测量用电流互感器绝大多数都采用了这种匝数或分数匝补偿，来提高互感器的准确度或缩小互感器的尺寸。

由表12计算结果还可以看出，在采用匝数或分数匝补偿的电流互感器中，误差最大的是额定负荷5%或10%In和下限负荷120%In这两点，所以在匝数或分数匝补偿的电流互感器中，只要计算额定负荷5%或10%In和下限负荷120%In这两点的误差，其他各点例如额定负荷120%I和下限负荷5%或10%In都可以不必计算。

三、双铁心反励磁补偿

在上述双铁心半匝补偿中，如果在一个铁心上少绕的二次绕组匝数（也叫补偿匝数）不是1匝，而是5~10匝，那么这时对互感器误差的补偿匝数是否就相当于5~10个半匝补偿，即2.5~5匝补偿呢？

回答是否定的。这是因为补偿匝数增加后，辅助铁心的磁密增大，磁导率和损耗角一般也增大，所以对比值差的补偿增大，对相位差也起到了补偿作用。这就是说，双铁心5~10个半匝补偿能够补偿相位差，且对比值差补偿的数值大于2.5~5匝补偿。

双铁心5~10个半匝补偿对比值差补偿太多，还得加上增匝补偿，即与上述匝数补偿（减匝补偿）相反，将二次绕组匝数增加了2~4匝。于是两个铁心绕的二次绕组匝数，一个少于W2，为W2-（3~6）匝；另一个多于W2，为W2+（2~4）

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匝。这样，两个铁心上的一次安匝和二次安匝都不平衡，就产生方向相反的附加励磁磁动势，分别加在两个铁心上，使两个铁心的磁密方向接近相反，数值普遍增大，这种补偿方法一般叫做双铁心反励磁补偿，或者简称为反励磁补偿。

关于反励磁补偿的原理，一般都认为这是因为两个铁心的磁密都增大了，铁心的磁导率增大了，所以互感器的误差也就减小了。这种看法对不对呢？

从能量损耗来看，两个铁心的磁密都增大了，尽管两铁心磁密的方向相反，铁心的励磁损耗只能增大不能减小，那么得到的结论只能是：铁心磁密增大，励磁损耗增大，励磁安匝增大，互感器误差增大。由此可见上述磁导率增大的理论是错误的。

反励磁补偿之所以对互感器误差起补偿作用，根本原因不在于铁心磁密的大小，而在于分数匝补偿。在反励磁补偿中，尽管铁心的励磁损耗增大，互感器的误差本来略有增大，但是反励磁补偿又是一种特殊的分数匝补偿，如上所述，它好像是5~10个半匝补偿减去2~4匝补偿，而实际上它对比值差的补偿大于2.5 ~5匝减去2~4匝，同时还对相位差起补偿作用。

由以上分析可见，这种又减匝（分数匝）又增匝补偿的反励磁补偿方法是很不合理的。既然5~10个半匝补偿太多，就完全可以改为5~10个五分之一匝或者更小一些分数匝补偿，根本用不着增匝补偿。只要5~10匝补偿匝数不变，辅助铁心的磁密和损耗角也基本不变，也就能达到基本相同的对比值差和相位差的补偿效果。这种双铁心或者铁心穿孔5~10个分数匝补偿，就简称为双铁心或铁心穿孔补偿。

如上所述，反励磁补偿和双铁心补偿对比值差和相位差的补偿效果基本相同，补偿数值都与辅助铁心的磁密有关：辅助铁心的磁导率μb越大，对误差补偿的数值越大；辅助铁心的损耗角ψb越大，对相位差补偿的数值也越大。因此，这种补偿方法与分数匝补偿不同；当二次电流改变时，μb和ψb都随着电流改变，对比值差和相位差补偿的数值也随着改变；当μb和ψb最大时，对比值差和相位差补偿最多。

在没有补偿的电流互感器中，随着电流增大，比值差和相位差都减小。而反励磁和双铁心补偿，一般在50%In时，μb和ψb最大，对比值差和相位差的补偿最多。因此，采用这种补偿，对10%In补偿太少，对50%In却补偿过多，互感器的性能并不好。反励磁补偿过去用在LDC-10型和LFC-10型电流互感器中，后来逐步为性能更好的磁分路补偿所代替。

四、磁分路补偿

在双铁心补偿中，如果增加补偿匝数Wb，就可以使7%～10%In时辅助铁心的磁导率μb和损耗角ψb都达到或接近最大值。这样在5%～10%In，即原来互感器的误差最大时，对互感器的比值差和相位差补偿也最多，而当电流逐步增大至120%In，即原来互感器的误差随电流增大而相应减小时，对互感器的比值差和相位差补偿也随着减小。但是，在Wb增加后，为了使对互感器误差补偿的数值不随着增大，就必须相应地减小辅助铁心截面，直到只有1～3片硅钢片。这时辅助铁心相当于一个磁分路，所以这种补偿方法就叫做磁分路补偿或者叫做小铁心补偿。由此可见，磁分路补偿的最大特点是:7%～10%额定电流时磁分路的磁导率μb和损耗角ψb都最大。这可以通过增减Wb的匝数来达到。而磁分路补偿数值的大小，则由增减磁分路截面来调节。这样，只要选择合适的补偿匝数和磁分路截面，就可以使经过磁分路补偿后互感器的误差显著减小，互感器的性能

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有较大的提高。

在环状铁心的互感器中，磁分路也是环状的，叫做圆环磁分路。从理论上说，这时磁分路可以加在铁心的外周或内周或两侧，都能得到同样的补偿效果。但从制作工艺上来看，把磁分路加在铁心外周是最方便的。铁心为带绕铁心，磁分路也可以带绕，根据补偿数值的大小绕1～3片硅钢片即可，其原理图如图12所示，图中A为示意图，B为原理线路；1为互感器铁心，叫做主铁心，2为磁分路。二次绕组W2中，有Wb匝只绕在主铁心上（B中Wb只画在铁心1上），Wb就是补偿匝数。其余W2和W1绕组在两铁心上，即绕在两铁心上。

在圆环磁分路中，磁分路的头尾必须搭接40～60mm，使磁分路为环状，这样搭接处的空气隙可以略去不计。所以圆环磁分路的磁场强度Hb，可以根据补偿匝数Wb算出。

Hb=I2Wb/Lb （60）

式中Lb为磁分路的平均磁路长度。

根据Wb算出的Hb，即可由磁分路铁心的磁化曲线，查出相应于Hb时的磁密Bb和损耗角ψb，从而算出圆环磁分路对误差的补偿数值。

△ε=[b（W2-Wb）/W22]（BbHSbL/BHbSLb）（61）

式中凡有注脚b的，均匀磁分路相应参数；凡没有注脚的，就是主铁心相应参数（下同）。对比值差和相位差的补偿为：

△f=kf△εcos（-ψb+ψ）*100（%）（62） △δ=kδ△εsin（-ψb+ψ）*3438（′）（63）

式中kf 和kδ分别为比值差和相位差计算校正系数：

（64） kf =0.6～0.8

kδ=0.4～0.6 （65）

当磁分路补偿较强时，取小数；较弱时取大数。

在式（62）和（63）中，当电流小于50%In时，ψb〉ψ，对比值差补偿为正值，对相位差补偿为负值。当电流为100%～120%In时，ψb〈ψ，对比值差补偿为正值，对相位差补偿也为正值，即这时反而使相位差增大了。