如何选择合适的电流互感器，用以设计高性能和经济的电功率测量表

统的实芯电流互感器基于互感器原理，即初级和次级绕组通过一根铁芯连接。测量电流感应铁芯内的磁场，从而在次级绕组内产生一个电流，这个电流与初级电流除以次级绕组匝数的商成正比。这些普通的电流互感器设计用于测量50/60 Hz典型范围内的正弦交流电流。由于采用了普通材料和工艺，该项众所周知的技术非常普及。

实芯电流互感器为设计专用于新型设备和建筑的功率表提供经济核算的标准解决方案。但是对于涉及现有机器和设施的功率监控的众多应用场合来说，这些互感器并不合适，其中在可能使用的所有场所更新实芯互感器之前，必须要切断电源并且断开导线。安装功率计量系统时如果要求断电，哪怕只是一会（例如中断生产线、电信或数据中心电源、某些核电站设备等），一般来说也是不可能的，究其原因是费用太高或异常危险。

钳形电流互感器

无触点自供电钳形电流互感器能够仅仅与一个导体相连，而无需拧到或焊接到复杂的支架上，这样使安装和维护更简单。为了避免复杂的接线，这些互感器可以安装在电气控制盘内来实现对有时在难以接近的或恶劣的环境中运行的设备进行远程监控。钳形互感器的好处在于无需对一台带电装置的运行产生干扰即可将其重新装配进去，这经常使钳形互感器成为工程师设计功率表的唯一选择。

但是这些优点都是有代价的，使钳形电流互感器比实芯互感器价格更贵、精确度也更低。因此，了解可以应用的各种技术之间的区别并根据特定应用限制条件进行选择非常重要。

钳形电流互感器通常基于上述用于实芯互感器的原理。但是在这种情况下，磁芯是由两个能够分离的截然不同的部分组成。不确定度主要来自两部分之间的不良接触，以及次级绕组在磁芯的周围分布不均匀而且仅分布在两部分其中之一的周围。这些互感器的价格和性能与设备的物理和机械特性有关。在铁芯的两个部分之间需要非常平滑的接触面以及足够的压力。这种情况一般具有产生足够压紧力的灵活部件或材料和/或铰链以及可靠的开放式机构的特点。

图x：钳形电流互感器（1000A）

硅钢钳形电流互感器

硅钢材料已经被广泛用在钳形电流互感器上，究其原因主要由于其普及的价格。但是，特别是由于其线性度很差（尤其在低电流值时）和相移太大（典型特性如图1所示），这种材料所表现的性能却非常差。这些缺点限制了其用于低成本电流互感器进行相当高强度电流的测量，而在这些互感器中功率监控不需要很高的精确度。许多应用场合仅需要对功率消耗进行大概的估计，而不是对电量消费对象进行检测从而对其准确的消耗进行分析。对于某些场合来说，采用一个固定电压值而非采用精确的测量值来检测设备是否在耗电以及绘制工作时间曲线也许就足够。在这种情况下，相移高不是大问题。典型的应用场合是在配电板上对分支电流进行监控，以便使系统能够检测一些电路何时会过载并且发生报警或对负载进行平衡。

硅钢电流互感器的另外一个缺点是这些互感器又大又笨重，因此不太适合在空间有限的环境中使用。

铁-镍合金钳形电流互感器

好长一段时间内铁-镍合金材料都是用于钳形电流互感器的最佳材料，可以实现良好的性能，但是价格昂贵。当精确度和相移都很重要时，或者当互感器需要测量小电流时，铁-镍合金可以成为铁硅钢材料不错的替代。

除了价格之外，铁-镍合金电流互感器还具有其他方面的限制。由于硅钢电流互感器体积庞大，因此在工业设备和配电板内占用了宝贵的空间。这些互感器还因非常差的线性度和漂移而“受害非浅”，原因主要是因为钳形结构造成的气隙。

铁氧体钳形电流互感器

尽管铁氧体多年来一直被人们所熟知，但是其在饱和电平和导磁率方面的拙劣性能使其不能在低至50/60 Hz的频率下使用。但是，近来的发展却彻底改变了铁氧体在这些频率下的特性，为各种不同的功率监控应用场合提供了许多优势。新型铁氧体具有显著改善的导磁率；此外，尽管其磁性饱和电平很低，但是仍然能够作为硅钢或铁-镍合金芯的替代，用于50/60 Hz的电流互感器。

钳形电流互感器采用新型铁氧体能够实现在一个更宽的频率范围内对交流信号进行准确测量，这个频率范围包括50/60 Hz应用域。这些互感器利用铁的固有特性，即使在非常低的电流水平下依然可以提供高精确度和良好的线性度。另外，这些互感器还具有输入和输出电流之间的非常低的相移特点，这对于实际有效功率或能量进行准确测量至关重要。坚硬的致密铁芯将气隙减至最小；与其他材料（如硅钢或铁-镍合金）相比，铁芯更不容易受到老化和温度变化的影响。最后一点但并不是最不重要的一点是，铁氧体的所有特