钳式电流互感器工作原理及基本结构

电磁式电流互感器已能达到很高的精度，但钳形电流互感器由于要开口，导磁系数将不可避免地大大降低，如果不采取补偿措施，其测量准确度很难提高，且位置相关性也很大。

针对上述问题，本设计方案中主要采取了以下三种措施，其一，选用高导磁率的铁磁材料铁镍合金，起始相对导磁率为40000 ，最高可达100000；其二，采用自平衡电子补偿式电路对互感器进行补偿；其三，采取特殊的屏蔽措施，减小泄漏干扰以保证铁心中剩余磁通检测的准确性。

采用的运算放大器要求失调电压、失调电流及温度漂移尽可能小，开环放大倍数大，频带宽。本样品中运放失调电压为0.15mV ，失调电流为1μA ，交流零电压< 100μV 。也就是说这时的互感器将设有误差，这就是通常所说的零磁通原理。

靠自身实现零磁通是不可能的，必须靠外界条件的补偿才能达到。本设计中采用自平衡电子补偿的原理。运放输出电压与二次绕组串联产生电流所产生的磁通对铁心去磁，使铁心达到平衡。

在理想状态时，运放的放大倍数为铁心接近于零磁通状态。由于这类互感器的二次电流几乎全部由外电源通过运放供给，不从二次绕组的感应电势取电流，因而自平衡电子补偿式电流互感器可达到很高的精度。事实上完全的零磁通状态是达不到的，铁心中必须有一点微弱的剩余磁通才能使放大器输出二次电流。放大器的放大倍数越大，补偿效果越好，但太大了会引起振荡，使系统工作不稳定，这两者是相互制约的。

运放开环放大倍数一般很大，因此输入端可视为虚地点，互感器二次工作在短路状态，可视为空载，因而放大器对钳形互感器的影响极小。经多次实测也证明这样构成的电流/电压转换器仍可达到0.1级的准确度 。

额定变比:5A/5mA

额定伏安数:0100125VA

工作频率:50Hz(45Hz～65Hz)

比差和角差:均优于0.1级

测量范围: (120 %～1 %) IN

绝缘电阻(一次导线对二次线圈及外壳):≥1000MΩ

工作电源: 15V (电池供电时: ±9V ，容量> 150mAh)

电源功耗:180mW

自热时间:5分钟

工作环境温度: - 10℃～40℃

尺寸:190mm×50mm×40mm

钳形电流互感器小电流特性较好，当被测电流在(120 %～10 %) IN范围内变化时，比差和非线性均<±0.02 % ，角差非线性≤0.6′。工作电源设计成交直流两用，既可用交流供电也可用可充电电池供电。如在其输出端接上一有源负载就能实现精密交流电流/电压转换，输出电压可在0～5V范围内任意调整。钳形电流互感器载流导线位置相关性变差小，抗干扰能力较强，如将它接到高准确度的功率电能表、电流表、相位表，就能进行更准确的现场检测，既安全又可提高工作效率。

人们越来越关注现场电流、相位、功率、电能的高准确度测量。为了达到这一目的，往往需要通过反复拆、接线将高精度测量仪表的电流互感器串入电路，这既不安全又费时。用现有的钳形电流电流互感器由于其准确度等级低，极大地限制了测量准确度的提高。解决这一问题的关键是研制出高精度的钳形电流互感器，这里简称为(电流夹钳) 。

依据《JJ G313 - 94测量用电流互感器国家计量检定规程》、《GB1208 - 1997 电流互感器国家标准》、《ZBN21007 - 88钳形电流形国家专业标准》，制定了如下测试考核项目即: 考核验证比差、角差的线性，升降变差，被测载流导线的位置相关性，钳口开、合变差，短期稳定性，频率特性，电磁干扰试验，温度特性试验，以及与标准数字功率电能表结合的整体性能测试，与有源负载构成精密钳形电流/电压转换器的性能测试等项目。在我所互感器试验室用由BL 3401型电流比例标准(精度为0.0005级)和HEG5型互感器校验仪组成的互感器校验装置对ECCT-1型钳形电流互感器进行反复多次的全性能考核，测试结果表明所研制的两个样品，其线性和变差均优于0.1级电流互感器的技术指标，其中NO∶1号夹钳的非线性可达0.015 %。

经过两年的艰苦努力，在提高小电流钳形电流互感器的精度方面作了一些初步的尝试，取得了一些进步，但由于经验和时间所限深感在本次研制中还存在一些不足，无论在结构设计和加工工艺等方面都还加以改进。我们将不断地努力探索、改进，在今后的试验研究中一定能够制造出性能更好、精度更高的各类钳形电流互感器，争取批量生产，扩大应用范围 。