硅鋼電流互感器的另外一個(gè)缺點(diǎn)是這些互感器又大又笨重,因此不太適合在空間有限的環(huán)境中使用。
鐵-鎳合金鉗形電流互感器
好長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)鐵-鎳合金材料都是用于鉗形電流互感器的最佳材料,可以實(shí)現(xiàn)良好的性能,但是價(jià)格昂貴。當(dāng)精確度和相移都很重要時(shí),或者當(dāng)互感器需要測(cè)量小電流時(shí),鐵-鎳合金可以成為鐵硅鋼材料不錯(cuò)的替代。
除了價(jià)格之外,鐵-鎳合金電流互感器還具有其他方面的限制。由于硅鋼電流互感器體積龐大,因此在工業(yè)設(shè)備和配電板內(nèi)占用了寶貴的空間。這些互感器還因非常差的線性度和漂移而“受害非淺”,原因主要是因?yàn)殂Q形結(jié)構(gòu)造成的氣隙。
鐵氧體鉗形電流互感器
盡管鐵氧體多年來(lái)一直被人們所熟知,但是其在飽和電平和導(dǎo)磁率方面的拙劣性能使其不能在低至50/60 Hz的頻率下使用。但是,近來(lái)的發(fā)展卻徹底改變了鐵氧體在這些頻率下的特性,為各種不同的功率監(jiān)控應(yīng)用場(chǎng)合提供了許多優(yōu)勢(shì)。新型鐵氧體具有顯著改善的導(dǎo)磁率;此外,盡管其磁性飽和電平很低,但是仍然能夠作為硅鋼或鐵-鎳合金芯的替代,用于50/60 Hz的電流互感器。
鉗形電流互感器采用新型鐵氧體能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)更寬的頻率范圍內(nèi)對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,這個(gè)頻率范圍包括50/60 Hz應(yīng)用域。這些互感器利用鐵的固有特性,即使在非常低的電流水平下依然可以提供高精確度和良好的線性度。另外,這些互感器還具有輸入和輸出電流之間的非常低的相移特點(diǎn),這對(duì)于實(shí)際有效功率或能量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量至關(guān)重要。堅(jiān)硬的致密鐵芯將氣隙減至最小;與其他材料(如硅鋼或鐵-鎳合金)相比,鐵芯更不容易受到老化和溫度變化的影響。最后一點(diǎn)但并不是最不重要的一點(diǎn)是,鐵氧體的所有特性都可以低成本獲得,這樣能以非常有吸引力的價(jià)格將高性能鉗形電流互感器投放市場(chǎng)。
對(duì)于大電流測(cè)量,應(yīng)該采用大得多的鐵氧體磁芯進(jìn)行測(cè)量,但不幸的是,由于制造方面的限制,這種鐵芯還相當(dāng)稀有。目前來(lái)講,下文所述的鐵-鎳合金互感器或羅果夫斯基線圈(Rogowski Coil )技術(shù)對(duì)于高強(qiáng)度電流來(lái)說(shuō)更合適些。
硅鋼、鐵-鎳合金和鐵氧體材料之間的對(duì)比
高導(dǎo)磁率鐵氧體材料在實(shí)芯電流互感器上不能達(dá)到最佳效果,因此我們來(lái)關(guān)注一下鉗形電流互感器。只要?dú)庀督档偷侥軌蚍€(wěn)定好多年的幾微米,固體材料的硬度(將鐵氧體視為陶瓷)就允許進(jìn)行非常精細(xì)的機(jī)加工。層壓材料(比如硅鋼或鐵-鎳合金)禁止存在小于20或30微米的氣隙,而且更容易受老化和空氣變化的影響。在低磁激勵(lì)(即用于低強(qiáng)度電流)時(shí),更小的氣隙可以使鐵氧體材料獲得更好的線性度,而且鐵氧體材料比鐵-鎳合金-80%具有更好的性能以及更低的投入成本。
鐵氧體材料的相移是鐵-鎳合金磁芯相移的一半,因此鐵-鎳合金無(wú)疑被淘汰。鐵芯氣隙減小也實(shí)現(xiàn)了更好的轉(zhuǎn)換比精確度(初級(jí)匝數(shù)比次級(jí)匝數(shù))。
羅果夫斯基線圈(Rogowski Coil)