如何選擇合適的電流互感器，用以設計高性能和經(jīng)濟的電功率測量表

Bertrand KLAIBER，LEM能源 & 自動化部策略 & 市場營銷經(jīng)理

Pierre TURPIN，LEM能源 & 自動化部項目經(jīng)理

摘要：電功率計算包括根據(jù)不同應用領域的具體電氣和機械特性進行電流測量。在實芯電磁感應技術已經(jīng)能夠暫時以低成本提供良好性能的同時，一些鉗形互感器最近在技術上取得了重大進展，重新彰顯了其在涉及將功率表加進現(xiàn)有設備進行更新等應用場合方面的價值。鉗形互感器并非新鮮出爐，但是在過去這些互感器又大又笨重，所采用的傳統(tǒng)技術有著諸多弊病。這些互感器不是采用昂貴的材料制造就是在精確度方面性能很差。在這種情況下，不確定度指的不是讀數(shù)本身，而是線性度、輸出電流的移相誤差和讀數(shù)超時的持續(xù)性。下文對傳統(tǒng)的電流感應技術和一些創(chuàng)新技術進行了分析，側(cè)重這些互感器在不同功率測量應用領域的優(yōu)點和缺點。

    功率測量應用

    電功率測量已經(jīng)成為1）電源管理、2）用電控制3）狀態(tài)監(jiān)控等工業(yè)領域中眾多應用場合的重中之重。

    1）由于電源管理是所有工業(yè)和商業(yè)活動的根本，因此是基本的功率測量應用領域。電源管理主要側(cè)重發(fā)電和配電公司，但是也兼顧工業(yè)專業(yè)人士，這些人員通過監(jiān)控其電力質(zhì)量和功率因數(shù)來實現(xiàn)對其設備征收的費率進行控制，尤其是當操作低功率因數(shù)的負載時。

    2）由于實施能量二次計量可以對能量成本進行跟蹤并對其進行分配，同時也對電量消耗進行進一步的分析，從而提高其效率，因此逐步引起設備和工廠經(jīng)理的關注。電源選型和計費通常取決于峰值消耗，對整個系統(tǒng)進行動態(tài)管理可以降低運營成本并防止故障發(fā)生。了解和管理主要消費對象以及確定通常由于故障電器或設備用量不足（比如不合適的照明、加熱或空氣調(diào)節(jié)）而造成的能量浪費需要對能量進行二次計量。

3）狀態(tài)監(jiān)控要求對故障進行及時檢測并做出反應，從而防止對設備造成損壞或臨界進程發(fā)生中斷。電功率測量給出一套反映電機負載特性（比如傳送機、軸承、泵、切削刀具等）的綜合信息（電流、有效功率、功率因數(shù)、頻率等）。通常情況下，這種監(jiān)控對異常情況的檢測速度要比傳統(tǒng)互感器快，比如溫度、壓力、振蕩等。及時對這些電氣參數(shù)的變化進行分析甚至能夠?qū)崿F(xiàn)對故障進行估計，從而可以計劃有效的預先維護。

    功率測量不僅在工業(yè)領域受到關注，在監(jiān)控商業(yè)和住宅負載方面也是如此。不管從成本還是從環(huán)境保護方面來考慮，節(jié)約能源在全球日益成為公眾關注的話題。 關鍵問題是如何實現(xiàn)能源消耗實質(zhì)性的持續(xù)降低。最可靠的解決方案是要了解用戶如何消耗他們的能量以及如何使其對這些能量負責。鎖定該領域仍然是一個工業(yè)課題，而且日益成為政府機構(gòu)的關注重點。許多國家正在開展各種減少能源消耗的運動并且制定各種激勵預算。這些激勵措施的啟用要求各種機構(gòu)開發(fā)各種精確的測量性能。

    電流互感器要求

    工程師設計功率監(jiān)控系統(tǒng)應該根據(jù)非常具體的特性謹慎選擇所需要的電流互感器：

     1）精確度-在大多數(shù)應用場合，測量精確度對整個系統(tǒng)的效率有著直接的影響。功率計算的精確程度明顯取決于電流互感器的精確度。1級功率表可能需要精確度高于1%的電流互感器，而該精確度一般會與昂貴的材料和制造工藝相關。一個替代方案是對所應用的每一臺互感器都對功率表進行標定。考慮到每臺互感器的具體特性，允許將功率表設定在其最精確的操作模式以及將變量從一臺互感器傳遞到另外一臺互感器。正如我們在本文后面部分所看到的，了解線性度、漂移和可重復性以及對其整體不精確的讀數(shù)進行補償開啟了各種新技術研究的大門。

    2）漂移-互感器的漂移與初始系統(tǒng)標定無關的讀數(shù)超時持續(xù)性有關。其特性的一些變化可能由于周圍環(huán)境濕度和溫度或元件老化等原因引起。低漂移電位-意味著互感器對這些限制因素具有很高的抵抗能力-是構(gòu)建高性能穩(wěn)定可靠功率表的一個非常重要的特性。

    3）線性度-互感器的線性度指的是在整個操作模式范圍內(nèi)其特性的穩(wěn)定性。模擬感應部件的高線性度對大范圍一次電流進行精確測量來說必不可少，尤其是在低電流值的情況下。幾種技術只對有限的測量范圍提供良好的性能，因此將應用領域的電流限制到相當高或相當?shù)汀?/p>