《微型电流互感器》编制说明

1．目的及意义

电能表的发展至少有100年的历史，电流互感器是与它同步发展的。社会需要大量的电能，所以发电及电量的输送、买卖早已成为庞大的体系。电能计量的重要性是不言而喻的。由于商业和国际贸易的需要，对电能表和互感器及时建立了相应的标准。

其实，微型电流互感器广泛应用于测量各种物理量的仪器仪表中，也至少有100年的历史。虽然它们应用的面很广，但它们应用的量很少，所以世界各国对它没有制定标准。

近一、二十年来，由于电能计量专用芯片的大量应用和用微型电流互感器代替分流器的明显优点，我国现在每年需要的微型电流互感器就有几千万只。随着我国电力事业的蓬勃发展和外贸的扩大，电能表的需求量还要不断上升，也即电流互感器的需求量还要不断上升。而现有的电流互感器标准（GB1208）又不适用，所以微型电流互感器生产厂和电能表生产厂都迫切希望有一个微型电流互感器标准来规范，以利生产和采购。

2．对本标准有关条款的说明

1．范围

频率45Hz~65Hz是指在此频率范围内的任一频率可以作为额定频率。

4.1.1环境温度

   ^1）因为电能表的工作极限温度为-25℃~60℃；

 ^2）了解到铁基纳米晶材料工作温度为-55℃~130℃(日立专利)，所以互感器能在此温度下正常工作；

^3）又，DIN IEC 721规定工作温度为－25℃～70℃， VAC公司铁心及铁心电感执行上述标准；

^4）首钢研究院的专家说：我们做过实验。以25℃作参考，－60℃和80℃时的磁导率大约变化20％；

^5）获得的日立铁基纳米晶材料磁导率与温度的关系曲线（0℃～150℃），与首钢研究院的说法符合。

^6）德国VAC公司说：”The transformer must meet the requirements acooding to IEC 1036 with regad to amplitude error, phase error, and linearity error.”多年来，他们及我国的电能表生产证明微型互感器满足IEC1036的要求。

^7）1级表的允许温度系数为0.0005/℃,远大于互感器的温度系数，即在-25℃~60℃温度范围内，互感器的温度系数不会对电能表性能产生威胁。

如是，设计者只要适当加大铁心截面或安匝数，就可满足更宽的温度范围。

4.1.2 相对湿度

   因为电能表30天的相对湿度可达95％，而对于环氧灌封的互感器在此湿度下是能正常工作的。

4.2.1额定一次电流的标准值

^1）电力电流互感器二次额定电流为1A、2A、5A，所以微型电流互感器的额定一次电流的标准值需有1A、2A、5A，且为优先值。

^2）而对直通式电能表可能从几安培到几十安培或从几十安培到上百安培，GB1208规定10A、15A、20A、30A、50A、75A为优先值，事实上，10A是最常用的优先值，所以应把10A作为额定一次电流的标准值，而不应把10A作为1A的10倍处理。

4.2.2额定二次电流标准值

^1）符合本标准的范围中规定的额定二次电流为1mA~100mA的要求；  

^2）根据微型电流互感器一次电流额定值和微型电流互感器的次级匝数不少于1000匝的要求，最常用的匝数为1000、2000和2500匝，所以出现0.4和0.5倍系数。又，本标准的范围中规定的额定二次电流最大为100mA，所以出现十进倍数；

^3）不过分多的额定二次电流使得互感器校验仪及标准电流互感器容易制造；

^4）改变互感器负载电阻可以方便地满足电能表对输入电压的要求。

4.2.3.额定短时过电流

30I_max是直通式电度表要求，微型电流互感器的储能很小，此项能够通过）

4.2.4.额定连续热电流

^1）电力互感器规定额定一次电流为连续热电流额定值；

^2）电度表中虽然没有连续热电流的说法，但规定了在I_max电流下自热影响，因此规定最大一次电流I_max而不是额定一次电流为连续热电流额定值是合理的。

4.3.1.1 一次和二次绕组间的绝缘要求

^1）GB1208电流互感器国标规定，对设备最高电压不大于0.75 kV的电流互感器，额定工频耐受电压为3kV。本标准的互感器，其最高电压为0.66 kV；

^2）GB/T17215规定，按Ⅱ类防护绝缘包封的仪表，工频耐受电压为4kV。

^3）国内外不少电度表采用穿心式互感器和无绝缘物灌封的互感器，本款中的注就是为它们服务的。

4.3.1.2 两个一次绕组和两个二次绕组间的绝缘要求

^1）GB1208电流互感器国标规定，对设备最高电压不大于0.75 kV的电流互感器，额定工频耐受电压为3kV，本标准的互感器，其最高电压为0.66 kV；

^2）GB/T17215规定，按Ⅱ类防护绝缘包封的仪表，工频耐受电压为4kV。

4.3.1.3 一次绕组和二次绕组间冲击电压耐受要求

^1）GB/T17215规定如此，环氧灌封的微型互感器能满足此要求；

^2）GB1208电流互感器国标对设备最高电压3.6 kV以下的互感器对此不要求。

4.3.1.4 绕组间绝缘电阻要求

设一次与二次绕组间的电压为互感器额定电压U_1N，一次与二次外层绕组间的泄漏为均匀，负载中点为参考点（地或参考电位），则等效流过负载的泄漏电流为U_1N（N-1）/(2NR)，R为绕组间绝缘电阻，N为二次绕组层数，所以它对电能表的影响为U_1N（N－1）/(2NRI_min),式中Imin为最小工作电流，即要求R≥3U_1N（N-1）/(2NI_minD_max), D_max为电能表最大允许误差，3为安全系数。由于漆包线的绝缘电阻很高，一次与二次绕组间又有聚酯薄膜、黄蜡绸、环氧树脂等绝缘材料，所以在660V以下工作的互感器，完全满足R≥3U_1N（N-1）/(2NI_minD_max)的要求。另外，从互感器能满足电能表潜动要求也证明了绕组间绝缘电阻很高。顺便指出，一次与二次绕组间有容性泄漏，但它对有功电能表不产生误差，对无功表产生误差。  
       

               R=(∑△Y)^-1

例1：1级电能表，额定电压U_1N为660V, CT二次额定电流为2mA，次级绕组2层，即N=2,最小工作电流 Imin为2％×2mA, 电能表最大允许误差Dmax为1.5％，则R≥3×660(2-1)/(2×2×0.02×0.002×0.015)=825M 。）

例2：1级电能表，额定电压U_1N为480V, CT二次额定电流为5mA，次级绕组1层，即N=1,最小工作电流 Imin为2％×5mA, 电能表最大允许误差Dmax为1.5％，则R≥3×480(1-1)/(2×1×0.02×0.005×0.015) →0M 。实际上，泄漏电流不可能是均匀的，所以还是要求有一定的绝缘电阻）

4.3.2 过载能力要求

^1）GB1208之4.5.1规定，I≥I_th∕ ，t=0.5～5s，增加t是为了使电流容易加上；

²⁾GB/T17215有此要求,并允许增加0.5％（经互感器接入的电能表）和1.5％（直接接入的电能表）的误差；

^3）受冲击后，因为铁心有剩磁，所以互感器误差要增大，所以把误差扩大至1.3倍，但留有余量，以满足电能表要求。

4.3.4上限温度和下限温度温升影响要求

^1）在GB1208电流互感器国标中，规定的最低温升为45 K，试验在环境温度5－40℃下进行。而微型电流互感器通常置于仪表内，显然45 K温升太高。

^2）在GB/T17215中，规定电能表外表温升不超过25K，试验在40℃下进行。所以CT的温升不允许使电能表外表温升超过25K。

4.4.1 标准准确度等级

^1）0.5级以下及0.05级以上的微型电流互感器在测量领域用量很少；

^2）0.02级及其以上等级的微型电流互感器在测量领域通常作为标准，用量很少，应按JJG 313－94“测量用电流互感器检定规程”定义，即按电流误差和相位差定义。

4.4.2 电流误差和相位误差限值

^1）微型电流互感器与电力互感器的应用目的不同，前者仅作为一次传感器，把电流变成电压讯号输入二次仪表。因此，首要的要求是其线性要好。传感器的固定误差可以由二次仪表来消除其影响，所以，它的固定误差对整个测量系统不引入误差。而电力互感器作为独力的电流变换设备，其误差直接引入电能计量，所以，首要的要求是误差要小。

^2）0.02级及其以上级别的微型电流互感器，用量很少，通常作标准使用，所以按JJG 313－94“测量用电流互感器检定规程”定义，即按电流误差和相位差定义。

例1：一个电力互感器的角差为30分，在Cosφ＝0.5时，对电能计量引入多大误差？

解: 引入误差=1.7321×30/3438＝1.5%

例2：一个微型电流互感器，在工作电流范围内的相位差均为30分，它作为静止式电能表的一个部件使用。电能芯片可以在一定范围内校准相位。当Cosφ＝0.5时，它对电能表引入多大误差？

解:设电能芯片相位校准量为30分，电流互感器引入电能表误差=1.7321×（30－30）/3438＝0

例3：VAC公司的一个可带直流分量的微型电流互感器，在工作电流范围内的相位差为300～310分，它作为静止式电能表的一个部件使用。电路和电能芯片可以在一定范围内补偿相位。当Cosφ＝0.5时，它对电能表引入多大误差？

  解: 设电路引入的补偿量为305分，电流互感器引入电能表误差=1.7321×5/3438＝±0.25％

例4：一个微型电流互感器，在工作电流范围内的相位差分别为5％I_b(20^’)、20％I_b(17^’)、100％I_b(12^’)、200％I_b(10^’)、300％I_b(8^’)、400％I_b(7^’)，它作为1级静止式电能表的一个部件使用。电能芯片可以在一定范围内补偿相位。当Cosφ＝0.5时，它对电能表引入多大误差？  

设电能芯片相位补偿量为12分，则

引入误差=－1.7321×8/3438＝－0.40％―――对应5％I_b――――（电能表允许误差为1.5％）

引入误差=－1.7321×5/3438＝－0.25％―――对应20％I_b――――（电能表允许误差为1.0％）

引入误差=1.7321×0/3438＝0―――――对应100％I_b――――（电能表允许误差为1.0％）

引入误差=1.7321×2/3438＝0.10％―――对应200％I_b――――（电能表允许误差为1.0％）

引入误差=1.7321×4/3438＝0.20％―――对应300％I_b――――（电能表允许误差为1.0％）

引入误差=1.7321×5/3438＝0.25％―――对应400％I_b――――（电能表允许误差为1.0％）

5.5 过载能力试验

设正弦电流有效值为I₁流过单位电阻，则在半个周期T/2内所消耗的能量为 T/2。当电流变为I₂时，需经时间为nT,其消耗的能量才相同，n为作用的周期数。故有 T/2＝ nT,所以t＝nT,I₂=I₁/ 。

本标准吸取了GB1208-1997 电流互感器、JB/T5472-1991    仪用电流互感器、IEC60044-1-2003       part1:current transformer标准中的有益经验。

                                       标准起草工作组