基本介紹
- 中文名：電流互感器
- 外文名：Current transformer
- 簡稱：CT
- 所屬領域：能源、電學
- 原理：電磁感應
- 涉及學科：電學
簡介,工作原理,參數說明,類型區分,選擇依據,使用注意事項,使用原則,接線方式,校驗方法,極性檢查,退磁檢查,準確度檢查,注意事項,常見故障,
簡介
電流互感器原理是依據電磁感應原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護迴路中，電流互感器在工作時，它的二次迴路始終是閉合的，因此測量儀表和保護迴路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近短路。
工作原理
在發電、變電、輸電、配電和用電的線路中電流大小懸殊，從幾安到幾萬安都有。為便於測量、保護和控制需要轉換為比較統一的電流，另外線路上的電壓一般都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到電流變換和電氣隔離作用。
對於指針式的電流表，電流互感器的二次電流大多數是安培級的（如5A等）。對於數位化儀表，採樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與採樣之間的橋樑作用。
電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作，變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。電流互感器接被測電流的繞組（匝數為N1），稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；接測量儀表的繞組（匝數為N2）稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。
電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。電流互感器在額定電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。
Kn=I1n/I2n
電流互感器（Current transformer 簡稱CT）的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉變為5A的電流。
參數說明
一、電流互感器型號：
第一字母：L—電流互感器
第二字母：A—穿牆式；Z—支柱式；M—母線式；D—單匝貫穿式；V—結構倒置式；J—零序
接地檢測用；W—抗污穢；R—繞組裸露式
第三字母：Z—環氧樹脂澆注式；C—瓷絕緣；Q—氣體絕緣介質；W—與微機保護專用
第四字母：B—帶保護級；C—差動保護；D—D級；Q—加強型；J—加強型ZG
第五數字：電壓等級 產品序號
二、 主要技術要求
2.1 額定容量：額定二次電流通過二次額定負荷時所消耗的視在功率。額定容量可以用視在功率V.A表示，也可以用二次額定負荷阻抗Ω表示。
2.2 一次額定電流：允許通過電流互感器一次繞組的用電負荷電流。用於電力系統的電流互感器一次額定電流為5～25000A，用於試驗設備的精密電流互感器為 0.1～50000A。電流互感器可在一次額定電流下長期運行，負荷電流超過額定電流值時叫做過負荷，電流互感器長期過負荷運行，會燒壞繞組或減少使用壽命。
2.3 二次額定電流：允許通過電流互感器二次繞組的一次感應電流。
2.4 額定電流比（變比）：一次額定電流與二次額定電流之比。
2.5 額定電壓：一次繞組長期對地能夠承受的最大電壓（有效值以kV為單位），應不低於所接線路的額定相電壓。電流互感器的額定電壓分為0.5，3，6，10，35，110，220，330，500kV等幾種電壓等級。
2.6 10%倍數：在指定的二次負荷和任意功率因數下，電流互感器的電流誤差為－10%時，一次電流對其額定值的倍數。10%倍數是與繼電保護有關的技術指標。
2.7 準確度等級：表示互感器本身誤差（比差和角差）的等級。電流互感器的準確度等級分為0.001～1多種級別，與原來相比準確度提高很大。用於發電廠、變電站、用電單位配電控制盤上的電氣儀表一般採用0.5級或0.2級；用於設備、線路的繼電保護一般不低於1級；用於電能計量時，視被測負荷容量或用電量多少依據規程要求來選擇（見第一講）。
2.8 比差：互感器的誤差包括比差和角差兩部分。比值誤差簡稱比差，一般用符號f表示，它等於實際的二次電流與折算到二次側的一次電流的差值，與折算到二次側的一次電流的比值，以百分數表示。
2.9 角差：相角誤差簡稱角差，一般用符號δ表示，它是旋轉180°後的二次電流向量與一次電流向量之間的相位差。規定二次電流向量超前於一次電流向量δ為正值，反之為負值，用分（’）為計算單位。
2.10 熱穩定及動穩定倍數：電力系統故障時，電流互感器受到由於短路電流引起的巨大電流的熱效應和電動力作用，電流互感器應該有能夠承受而不致受到破壞的能力，這種承受的能力用熱穩定和動穩定倍數表示。熱穩定倍數是指熱穩定電流1s內不致使電流互感器的發熱超過允許限度的電流與電流互感器的額定電流之比。動穩定倍數是電流互感器所能承受的最大電流瞬時值與其額定電流之比。
類型區分
按用途分類
按照用途不同，電流互感器大致可分為兩類：
測量用電流互感器（或電流互感器的測量繞組）：在正常工作電流範圍內，向測量、計量等裝置提供電網的電流信息。
保護用電流互感器（或電流互感器的保護繞組）：在電網故障狀態下，向繼電保護等裝置提供電網故障電流信息。
1、測量用電流互感器
正常工作時互感器二次側處於近似短路狀態，輸出電壓很低。在運行中如果二次繞組開路或一次繞組流過異常電流（如雷電流、諧振過電流、電容充電電流、電感啟動電流等），都會在二次側產生數千伏甚至上萬伏的過電壓。這不僅給二次系統絕緣造成危害，還會使互感器過激而燒損，甚至危及運行人員的生命安全。
1次側只有1到幾匝，導線截面積大，串入被測電路。2次側匝數多，導線細，與阻抗較小的儀表(電流表/功率表的電流線圈）構成閉路。
電流互感器
電流互感器的運行情況相當於2次側短路的變壓器，忽略勵磁電流，安匝數相等I1N1=I2N2
電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比I1/I2=N2/N1=k。
勵磁電流是誤差的主要根源。
2、保護用電流互感器
保護用電流互感器主要與繼電裝置配合，線上路發生短路過載等故障時，向繼電裝置提供信號切斷故障電
路，以保護供電系統的安全。保護用電流互感器的工作條件與測量用電流互感器完全不同，保護用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時才開始有效的工作。保護用互感器主要要求：1.絕緣可靠，2.足夠大的準確限值係數，3.足夠的熱穩定性和動穩定性。
保護用電流互感器
保護用互感器在額定負荷下能夠滿足準確級的要求最大一次電流叫額定準確限值一次電流。準確限值係數就是額定準確限值一次電流與額定一次電流比。當一次電流足夠大時鐵芯就會飽和起不到反映一次電流的作用，準確限值係數就是表示這種特性。保護用互感器準確等級5P、10P，表示在額定準確限值一次電流時的允許電流誤差為1%、3%，其複合誤差分別為5%、10%
線路發生故障時的衝擊電流產生熱和電磁力，保護用電流互感器必須承受。二次繞組短路情況下，電流互感器在一秒內能承受而無損傷的一次電流有效值，稱額定短時熱電流。二次繞組短路情況下，電流互感器能承受而無損傷的一次電流峰值，稱額定動穩定電流。
按絕緣介質分類
1、乾式電流互感器：由普通絕緣材料經浸漆處理作為絕緣。
2、澆注式電流互感器：用環氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注成型的電流互感器。
3、油浸式電流互感器：由絕緣紙和絕緣油作為絕緣，一般為戶外型。
4、氣體絕緣電流互感器：主絕緣由氣體構成。
按安裝方式分類
1、貫穿式電流互感器：用來穿過屏板或牆壁的電流互感器。
2、支柱式電流互感器：安裝在平面或支柱上，兼做一次電路導體支柱用的電流互感器。
3、套管式電流互感器：沒有一次導體和一次絕緣，直接套裝在絕緣的套管上的一種電流互感器。
4：母線式電流互感器：沒有一次導體但有一次絕緣，直接套裝在母線上使用的一種電流互感器。
按原理分類
1、電磁式電流互感器：根據電磁感應原理實現電流變換的電流互感器。
2、電子式電流互感器：
（2）空心線圈電流互感器。又稱為Rogowski線圈式電流互感器。空心線圈往往由漆包線均勻繞制在環形骨架上製成，骨架採用塑膠、陶瓷等非鐵磁材料，其相對磁導率與空氣的相對磁導率相同，這是空心線圈有別於帶鐵心的電流互感器的一個顯著特徵。
（3）鐵心線圈式低功率電流互感器（LPCT）。它是傳統電磁式電流互感器的一種發展。其按照高阻抗電阻設計，在非常高的一次電流下，飽和特性得到改善，擴大了測量範圍，降低了功率消耗，可以無飽和的高準確度測量高達短路電流的過電流、全偏移短路電流，測量和保護可共用一個鐵心線圈式低功率電流互感器，其輸出為電壓信號。
兩者的使用發展方向
該互感器的主要特點如下：
1、採用前端數位化技術，光纖傳輸，電磁兼容性好。
2、幅頻特性和相頻特性好，在寬幅值、頻率、相位範圍內均可獲得較高的測量精度。
3、屬於數字式感測器，二次儀表不會引入誤差，感測器誤差就是系統誤差。
選擇依據
額定電壓
電流互感器額定電壓應大於裝設點線路額定電壓。
變比
應根據一次負荷計算電流IC選擇電流互感器變比。電流互感器一次側額定電流標準比（如20、30、40、50、75、100、150、2×a/C）等多種規格，二次側額定電流通常為1A或5A。其中2×a/C表示同一台產品有兩種電流比，通過改變產品的連線片接線方式實現，當串聯時，電流比為a/c，並聯時電流比為2×a/C。一般情況下，計量用電流互感器變流比的選擇應使其一次額定電流I1n不小於線路中的負荷電流（即計算IC）。如線路中負荷計算電流為350A，則電流互感器的變流比應選擇400/5。保護用的電流互感器為保證其準確度要求，可以將變比選得大一些。
準確級
應根據測量準確度要求選擇電流互感器的準確級並進行校驗。下表為不同準確級電流互感器的誤差限值：
電流互感器準確級和誤差限值
準確級選擇的原則：計費計量用的電流互感器其準確級不低於0．5級；用於監視各進出線迴路中負荷電流大小的電流表應選用1．0—3．0級電流互感器。為了保證準確度誤差不超過規定值，一般還校驗電流互感器二次負荷（伏安），互感器二次負荷S2不大於額定負荷S2n，所選準確度才能得到保證。準確度校驗公式：S2≤S2n。
二次迴路的負荷l：取決於二次迴路的阻抗Z2的值，則：
S2=I2n2︱Z2︱≈I2n2（∑︱Zi︱+ RWl+RXC）
或S2V1≈∑Si+I2n2（RWl+RXC）
式中，Si、Zi為二次迴路中的儀表、繼電器線圈的額定負荷和阻抗，RXC為二次迴路中所有接頭、觸點的接觸電阻，一般取0．1Ω，RWL為二次迴路導線電阻，
計算公式化為：RWL=LC/（r×S）。
式中，r為導線的導電率，銅線r=53m/（Ωmm2），鋁線r=32m（Ωmm2），S為導線截面積（mm2），LC為導線的計算長度（m）。設互感器到儀表單向長度為L1，
則：
L1互感器為星形接
LC=L1兩相V形接線
2L1一相式接線
繼電保護用的電流互感器的準確度常用的有5P和l0P。保護級的準確度是以額定準確限值一次電流下的
最大複合誤差ε%來標稱的（如5P對應的ε%=5%）。所謂額定準確限值一次電流即一次電流為額定一次電流的倍數（n=I1/I1n），也稱為額定準確限值係數。即要求保護用的電流互感器在可能出現的範圍內，其最大複合誤差不超過ε%值。
電流互感器
電流互感器ε%誤差曲線校驗步驟：
⑴按照保護裝置類型計算流過電流互感器的一次電流倍數
⑵根據電流互感器的型號、變比和一次電流倍數，在10%誤差曲線上確定電流互感器的允許二次負荷
⑶按照對電流互感器二次負荷最嚴重的短路類型，計算電流互感器的實際二次負荷
⑷比較實際二次負荷與允許二次負荷。如實際二次負荷小於允許二次負荷，表示電流互感器的誤差不超過10%誤差：
1）增大連線導線截面或縮短連線導線長度，以減小實際二次負荷
2）選擇比較大的電流互感器，減小一次電流倍數，增大允許二次負荷
3）將電流互感器的二次繞組串聯起來，使允許二次負荷增大一倍。
動、熱穩定度
需校驗電流互感器的動穩定度和熱穩定度，廠家的產品技術參數中都給出了動穩定倍數Kes和熱穩定倍數Kt，因此按下列公式分別校驗動穩定和熱定度即可。
1）動穩定度校驗Kes×I1N≥iSh
2）熱穩定度校驗（KtI1n）2t≥I⑶∞tima
式中，t為熱穩定電流時間。
額定容量
電流互感器二次額定容量要大於實際二次負載，實際二次負載應為25～100%二次額定容量。容量決定二次側負載阻抗，負載阻抗又影響測量或控制精度。負載阻抗主要受測量儀表和繼電器線圈電阻、電抗及接線接觸電阻、二次連線導線電阻的影響。
使用注意事項
使用原則
1）電流互感器的接線應遵守串聯原則：即一次繞阻應與被測電路串聯，而二次繞阻則與所有儀表負載串聯
電流互感器
2）按被測電流大小，選擇合適的變比，否則誤差將增大。同時，二次側一端必須接地，以防絕緣一旦損壞時，一次側高壓竄入二次低壓側，造成人身和設備事故
3）二次側絕對不允許開路，因一旦開路，一次側電流I1全部成為磁化電流，引起φm和E2驟增，造成鐵心過度飽和磁化，發熱嚴重乃至燒毀線圈；同時，磁路過度飽和磁化後，使誤差增大。電流互感器在正常工作時，二次側與測量儀表和繼電器等電流線圈串聯使用，測量儀表和繼電器等電流線圈阻抗很小，二次側近似於短路。CT二次電流的大小由一次電流決定，二次電流產生的磁勢，是平衡一次電流的磁勢的。若突然使其開路，則勵磁電動勢由數值很小的值驟變為很大的值，鐵芯中的磁通呈現嚴重飽和的平頂波，因此二次側繞組將在磁通過零時感應出很高的尖頂波，其值可達到數千甚至上萬伏，危及工作人員的安全及儀表的絕緣性能。
另外，二次側開路使二次側電壓達幾百伏，一旦觸及將造成觸電事故。因此，電流互感器二次側都備有短路開關，防止二次側開路。在使用過程中，二次側一旦開路應馬上撤掉電路負載，然後，再停電處理。一切處理好後方可再用。
5）對於保護用電流互感器的裝設地點應按儘量消除主保護裝置的不保護區來設定。例如：若有兩組電流互感器，且位置允許時，應設在斷路器兩側，使斷路器處於交叉保護範圍之中
7）為了減輕發電機內部故障時的損傷，用於自動調節勵磁裝置的電流互感器應布置在發電機定子繞組的出線側。為了便於分析和在發電機併入系統前發現內部故障，用於測量儀表的電流互感器宜裝在發電機中性點側。
接線方式
電流互感器的接線方式按其所接負載的運行要求確定。最常用的接線方式為單相、三相星形和不完全星形三種，分別如圖4a、圖4b和圖4c。
額定變比和誤差：電流互感器的額定變比KN指電流互感器的額定電流比。即：KN=I1N/I2N
圖4電流互感器接線方式
電流互感器原邊電流在一定範圍內變動時，一般規定為10～120%I1N，副邊電流應按比例變化，而且原、副邊電壓（或電流）應該同相位。但由於互感器存在內阻抗、勵磁電流和損耗等因素而使比值及相位出現誤差，分別稱為比差和角差。
比差為經折算後的二次電流與一次電流量值大小之差對後者之比，即fI 為電流互感器的比差。當KNI2>I1時，比差為正，反之為負。
對於沒有採取補償措施的電流互感器，比差為負值，角差為正值，比差的絕對值和角差均隨電流增大而減小。
校驗方法
在進行電流互感器誤差試驗之前，通常需要檢查極性和退磁等試驗。
極性檢查
電流互感器一次繞組標誌為P1、P2，二次繞組標誌為S1、S2。若P1、S1是同名端，則這種標誌叫減極性。一次電流從P1進，二次電流從S1出。極性檢查很簡單，除了可以在互感器校驗儀上進行檢查外，還可以使用直流檢查法。
退磁檢查
電流互感器在電流突然下降的情況下，互感器鐵芯可能產生剩磁。如電流互感器在大電流情況下突然切斷電源、二次繞組突然開路等。互感器鐵芯有剩磁，使鐵芯磁導率下降，影響互感器性能。長期使用後的互感器都應該退磁。互感器檢驗前也要退磁。退磁就是通過一次或二次繞組以交變的勵磁電流，給鐵芯以交變的磁場。從0開始逐漸加大交變的磁場(勵磁電流)使鐵芯達到飽和狀態，然後再慢慢減小勵磁電流到零，以消除剩磁。
對於電流互感器退磁，一次繞組開路，二次繞組通以工頻電流，從零開始逐漸增加到一定的電流值(該電流值與互感器的設計測量上限有關，一般為額定電流的20-50%左右。可以這樣判斷，如果電流突然急劇變大，此時表示鐵芯以進入磁飽和階段)。然後再將電流緩慢降為零，如此重複2-3次。在斷開電源前，應將一次繞組短接，才斷開電源。鐵芯退磁完成。此方法稱開路退磁法。對於有些電流互感器，由於二次繞組的匝數都比較多。若採用開路退磁法，開路的繞組可能產生高電壓。因此可以在二次繞組接上較大的電阻(額定阻抗的10-20倍)。一次繞組通以電流，從零漸變到互感器一次繞組的允許的最大電流，再漸變到零，如此重複2-3次。由於接有負載鐵芯可能不能完全退磁。由於一次繞組的最大電流有限制，過大的話可能燒壞一次繞組。如果接有負載的二次繞組產生電壓不是過高的話，可以加大二次繞組的負載電阻。這樣可以提高退磁效果。
電流互感器
準確度檢查
互感器誤差試驗一般採用被測互感器與標準互感器進行比較，兩互感器的二次電流差即為被測互感器誤差。此種檢驗方法稱比較法。標準互感器要求比被測互感器高出二個等級，此時標準互感器誤差可忽略不計。若標準互感器比被測互感器只高一個等級，此時試驗結果誤差應考慮加上標準互感器誤差。
被測互感器與標準互感器的二次電流差一般採用互感器校驗儀進行量。直接從互感器校驗儀上讀出比值差fx(%)，相位差δx(’)。由於互感器校驗儀測的是被測互感器與標準互感器電流差與二次電流的比值，所以對互感器校驗儀的要求不高。要能校驗什麼等級的互感器，基本由標準互感器決定。
標準互感器是互感器校驗系統的關鍵核心。對被測互感器進行校驗，除了標準互感器、互感器校驗儀還要有給互感器提供一次電流的升流器，可以調節升流器電流的調壓器，及負載。
注意事項
電流互感器 - 使用注意事項電流互感器運行時，副邊不允許開路。因為一旦開路，原邊電流均成為勵磁電流，使磁通和副邊電壓大大超過正常值而危及人身和設備安全。因此，電流互感器副邊迴路中不許接熔斷器，也不允許在運行時未經旁路就拆下電流表、繼電器等設備。
電流互感器運行時，副邊不允許開路。原因如下：
⒈電流互感器一次被測電流磁勢I1N1在鐵芯產生磁通Φ1
⒉電流互感器二次測量儀表電流磁勢I2N2在鐵芯產生磁通Φ2
⒊電流互感器鐵芯合磁通：Φ = Φ1 + Φ2
⒋因為Φ1.Φ2方向相反，大小相等，互相抵消，所以 Φ = 0
⒌若二次開路，即 I2 = 0 ，則：Φ = Φ1，電流互感器鐵芯磁通很強，飽和，鐵心發熱，燒壞絕緣，產生漏電
⒍若二次開路，即 I2 = 0 ，則：Φ = Φ1，Φ在電流互感器二次線圈N2中產生很高的感生電勢e，在電流互感器二次線圈兩端形成高壓，危及操作人員生命安全
⒎電流互感器二次線圈一端接地，就是為了防止高壓危險而採取的保護措施。
常見故障
電流互感器的常見故障往往與製造缺陷有關，具體如下：
1)電流互感器的絕緣很厚，有的絕緣包繞鬆散，絕緣層間有皺摺，加之真空處理不良，浸漬不完全而造成含氣空腔，從而易引起局部放電故障。
2)電容屏尺寸與排列不符合設計要求，甚至少放電容屏，電容極板不光滑平整，甚至錯位或斷裂，使其均壓特性破壞。因此，當局部固體絕緣沿面的電場強度達到一定數值時，就會造成局部放電。
電流互感器故障原因統計
上述局部放電的直接後果是使絕緣油裂解，在絕緣層間生成大量的x臘，介損增大。這种放電是有累積效應的，任其發展下去，油中氣體分析將可能出現電弧放電的特徵。
3)由於絕緣材料不清潔或含濕高，可能在其表面產生沿面放電。這種情況多見於一次端子引線沿墊塊表面放電。
5) -次連線夾板、螺栓、螺母鬆動，末屏接地螺母鬆動，抽頭緊固螺母鬆動等，均可能使接觸電阻增大，從而導致局部過熱故障。此外，現場維護管理不當也應引起重視。例如，互感器進水受潮，雖然可能與製造廠的密封結構和密封材料有關，但是，也有維護管理的問題。一般來說，現場真空脫氣不充分或者檢修時不進行真空乾燥，致使油中溶解氣體易飽和或油紙絕緣中殘存氣泡和含濕較高。所有這些，都將給設備留下安全隱患。
