元器件总结—电流互感器

1、电流互感器一、电流互感器简介为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备，而需要将一次系统的高电压和大电流按比例变换成低电压和小电流，供给测量仪表和保护装置使用.执行这些变换任务的设备,最常见的就是我们通常所说的互感器。进行电压转换的是电压互感器(voltagetransformer),而进行电流转换的互感器为电流互感器(currenttransformer),简称为CT。它是一次系统和二次系统之间的联络元件，将一次侧的高电压、大电流变成二次侧标准的低电压（100V）和小电流（5A或1A），用以分别向测量仪表、继电器的电压

2、线圈和电流线圈供电，使二次电路正确反映一次系统的正常运行和故障情况。目前，互感器常用电磁式和电容式，本文将讨论电流互感器的相关基本知识。二、电流互感器的基本原理 电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的

3、电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。 较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。 微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。） 微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1接被测电流，

4、称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。 微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn表示。 Kn=I1n/I2n 微型电流互感器大致可分为两类，测量用电流互感器和保护用电流互感器。接线方式： 电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形（图4a、b、c）。 电流互感器电流互感器接线方式 电流互感器接线方式额定变比和误差互感器的额定变比KN指电压互感器的额定电压比和电流互感器的额定电流比。前者

5、定义为原边绕组额定电压U1N与副边绕组额定电压 U2N之比；后者则为额定电流I1N与I2N之比。即 KNU1N/U2N （对电压互感器） KNI1N/I2N （对电流互感器） 电压（或电流）互感器原边电压（或电流）在一定范围内变动时,一般规定为0.851.15U1N（或10120%I1N）,副边电压（或电流）应按比例变化,而且原、副边电压(或电流)应该同相位。但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差，分别称为比差和角差。 比差为经折算后的二次电压（或二次电流）与一次电压（或一次电流）量值大小之差对后者之比，即fU 为电压互感器的比差，fI 为电流互感器的吗比差。当KN

6、U2U1（或KNI2I1）时，比差为正，反之为负。 对没有采取补偿措施的电压互感器，比差为负，角差一般为正值，比差的绝对值和角差均随电压的增大而减小；铁心饱和时，比差与角差均随电压的增大而增大。 对于没有采取补偿措施的电流互感器，比差为负值，角差为正值，比差的绝对值和角差均随电流增大而减小。 采用补偿的办法可以减小互感器的误差。一般通过在互感器上加绕附加绕组或增添附加铁心，以及接入相应的电阻、电感、电容元件来补偿。常用的补偿法有匝数补偿、分数匝补偿、小铁心补偿、并联电容补偿等。1普通电流互感器结构原理电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。

7、其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数(N1)较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流(I1)通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流(I2)；二次绕组的匝数(N2)较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路，见下图：电流互感器结构原理图由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比：。电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。2穿心式电流互感器结构原理穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组，载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心

8、起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，见下图：穿心式电流互感器结构原理图由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大，额定电流比：I1/n。式中I1穿心一匝时一次额定电流；n穿心匝数。3特殊型号电流互感器3.1多抽头电流互感器。这种型号的电流互感器，一次绕组不变，在绕制二次绕组时，增加几个抽头，以获得多个不同变比。它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组，其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上，将不同变比的二次绕组抽头引出，接在

9、接线端子座上，每个抽头设置各自的接线端子，这样就形成了多个变比，见下图：多抽头电流互感器原理图例如二次绕组增加两个抽头，K1、K2为100/5，K1、K3为75/5，K1、K4为50/5等。此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比，调换二次接线端子的接线来改变变比，而不需要更换电流互感器，给使用提供了方便。3.2不同变比电流互感器。这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组，而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组，以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要，见下图：不同变比电流互感器原理图例如在同一负荷情况下，为了保证电能计量准确，要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额

10、定值的2/3左右)，准确度等级高一些(如1K1、1K2为200/5、0.2级)；而用电设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，则要求变比较大一些，准确度等级可以稍低一点(如2K1、2K2为300/5、1级)。3.3一次绕组可调，二次多绕组电流互感器。这种电流互感器的特点是变比量程多，而且可以变更，多见于高压电流互感器。其一次绕组分为两段，分别穿过互感器的铁心，二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接，通过变更连接片的位置，使一次绕组形成串联或并联接线，从而改变一次绕组的匝数，以获得不同的变比。带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确

11、度等级的绕组，随着一次绕组连接片位置的变更，一次绕组匝数相应改变，其变比也随之改变，这样就形成了多量程的变比，见图55(图中虚线为电流互感器一次绕组外侧的连接片)。带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级，可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等，以满足各自不同的使用要求。例如当电流互感器一次绕组串联时(图55a)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3为300/5，1K1、1K3，2K1、2K3为150/5；当电流互感器一次绕组并联时(图55b)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3为600/5，1K1、1K3，2K1、2K

12、3为300/5。其接线图和准确度等级标准在铭牌上或使用说明书中。一次绕组匝数可调、二次多绕组的电流互感器原理图3.4组合式电流电压互感器。组合式互感器由电流互感器和电压互感器(详细内容本讲第四节介绍)组合而成，多安装于高压计量箱、柜，用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心，固定在钢体构架上，浸入装有变压器油的箱体内，其一、二次绕组出线均引出，接在箱体外的高、低压瓷瓶上，形成绝缘、封闭的整体。一次侧与供电线路连接，二次侧与计量装置或继电保护装置连接。根据不同的需要，组合式电流电压互感器分为V

13、/V接线和Y/Y接线两种，以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能，见图56(a)、(b)。(b)三台电流互感器和电压互感器Y/Y接线(a)两台电流互感器和电压互感器V/V接线图56组合式电流电压互感器三、电流互感器的工作特性1. 正常运行时，二次绕组近似于短路工作状态。2. 一次电流的大小决定于一次负载电流，与二次电流大小无关。3. 运行中的电流互感器二次回路不允许开路。否则会在开路的两端产生高电压危及人身设备安全，或使电流互感器发热。4. 正常运行时，由于二次绕组的阻抗很小，一次电流所产生的磁动势大部分被二次电流产生的磁动势所补偿，总磁通密度不大，二次绕组感应的电动势也不大，一般不会超过几十伏。

14、当二次回路开路时，阻抗无限增大，二次电流变为零，二次绕组磁动势也变为零，而一次绕组电流又不随二次开路而变小，失去了二次绕组磁动势的补偿作用，一次磁动势很大，全部用于励磁，合成磁通突然增大很多很多倍，使铁芯的磁路高度饱和，此时一次电流全部变成了励磁电流，在二次绕组中产生很高的电动势，其峰值可达几千伏甚至上万伏，威胁人身安全或造成仪表、保护装置、互感器二次绝缘损坏。另外，由于磁路的高度饱和，使磁感应强度骤然增大，铁芯中磁滞和涡流损耗急剧上升，会引起铁芯过热甚至烧毁电流互感器。所以运行中当需要检修、校验二次仪表时，必须先将电流互感器二次绕组或回路短接，再进行拆卸操作。5. 电流互感器的一次电流变化范

15、围很大。6. 电流互感器的结构应满足热稳定和电动稳定的要求。四、电流互感器的分类及使用注意事项1.测量用电流互感器 电流互感器在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A或1A），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。 它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。 正常工作时互感器二次侧处于近似短路状态，输出电压很低。在运行中如果二次绕组开路或一次绕组流过异常电

16、流（如雷电流、谐振过电流、电容充电电流、电感启动电流等），都会在二次侧产生数千伏甚至上万伏的过电压。这不仅给二次系统绝缘造成危害，还会使互感器过激而烧损，甚至危及运行人员的生命安全。 电流互感器1次侧只有1到几匝，导线截面积大，串入被测电路。2次侧匝数多,导线细,与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。 电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器，忽略励磁电流，安匝数相等I1N1=I2N2 电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比I1/I2=N2/N1=k。 励磁电流是误差的主要根源。 测量用电流互感器的精度等级0.2/0.5/1/3,1表示变比误差不超过

17、1%，另外还有0.2S和0.5S级。 保护用电流互感器的精度等级5P/10P ，10P标示复合误差不超过10%。 2. 保护用电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电 保护用电流互感器路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准确限值系数，3、足够的热稳定性和动稳定性。 保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电

18、流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P、10P，表示在额定准确限值一次电流时的允许误差5%、10% 线路发生故障时的冲击电流产生热和电磁力，保护用电流互感器必须承受。二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒内能承受而无损伤的一次电流有效值，称额定短时热电流。二次绕组短路情况下，电流互感器能承受而无损伤的一次电流峰值，称额定动稳定电流。 保护用电流互感器分为：1、过负荷保护电流互感器，2、差动保护电流互感器，3、接地保护电流互感器（零序电流互感器）3.使用注意事项电流互感器运行时，副边不允许开路。原因如下：

19、1、电流互感器一次被测电流磁势I1N1在铁芯产生磁通1； 2、电流互感器二次测量仪表电流磁势I2N2在铁芯产生磁通2； 3、电流互感器铁芯合磁通： = 1 + 2； 4、因为1、2方向相反，大小相等，互相抵消，所以 = 0； 5、若二次开路，即 I2 = 0 ，则： = 1，电流互感器铁芯磁通很强，饱和，铁心发热，烧坏绝缘，产生漏电； 6、若二次开路，即 I2 = 0 ，则： = 1，在电流互感器二次线圈N2中产生很高的感生电势e，在电流互感器二次线圈两端形成高压，危及操作人员生命安全； 7、电流互感器二次线圈一端接地，就是为了防止高压危险而采取的保护措施； 因此，电流互感器副边回路中不许接熔

20、断器，也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。五、电流传感器的施工与安装要点1、二次绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，一次侧高电压传入危及人身安全。 2、二次测绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态，磁通高出额定时许多(1.4-1.8T)，除了产生大量铁耗损坏互感器外，还在副边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。 电流互感器铭牌标志 电流互感器型号由以下几部分组成，各部分字母、符号表示内容： 第一个字母：L电流互感器。 第二个字母：F风压式；M母线式(穿芯式)。 第三个字母：C瓷绝缘式；Z浇注式。 第四个字母：B保护；D差动。 第一个字母：数字电压等级(kV)。 例如 LM

21、Z0.66表示用环氧树脂浇注的穿芯式电流互感器 0.66kV。 额定工作电压，互感器允许长期运行的最高相同电压有效值。 额定一次电流，作为互感器性能基准的一次电流值。 额定二次电流，作为互感器性能基准的二次电流值，通常为5A或1A。 额定电流比，额定一次电流与额定二次电流之比。 额定负荷，确定互感器准确级所依据的负荷值。电流互感器二次K1、K2端子以外的回路阻抗都是电流互感器的负荷。通常以视在功率伏安或以阻抗欧姆表示。 额定功率因数，二次额定负荷阻抗的有功部分与额定阻抗之比。 准确度等级，在规定使用条件下，互感器的误差在该等级规定的限值之内电力工程中计量常用的等级有0.2、0.5、0.2S、0

22、.5S等。 注意事项： 副边绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，原边高电压传入危及人身安全。 副边绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态，磁通高出额定时许多(1.4-1.8T),除了产生大量铁耗损坏互感器外，还在副边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。六、电流互感器的选用1）额定电流（一次侧）应为线路正常运行时负载电流的1.01.3倍。 （2）额定电压。应为0.5kV或0.66kV。 （3）注意精度等级。若用于测量，应选用精度等级0.5或0.2级；若负载电流变化较大，或正常运行时负载电流低于电流互感器一次侧额定电流30%，应选用0.5级。 （4）根据需要确定变比与匝数。 （5）型号规格选

23、择。根据供电线路一次负荷电流确定变比后，再根据实际安装情况确定型号。 （6）额定容量的选择。电流互感器二次额定容量要大于实际二次负载，实际二次负载应为25100%二次额定容量。容量决定二次侧负载阻抗，负载阻抗又影响测量或控制精度。负载阻抗主要受测量仪表和继电器线圈电阻、电抗及接线接触电阻、二次连接导线电阻的影响。相关名词解释：额定工作电压，互感器允许长期运行的最高相同电压有效值。 额定一次电流，作为互感器性能基准的一次电流值。 额定二次电流，作为互感器性能基准的二次电流值，通常为5A或1A。 额定电流比，额定一次电流与额定二次电流之比。七、电流互感器的使用1）电流互感器的接线应遵守串联原则：即

24、一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载 电流互感器串联； 2）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故； 3）二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流I1全部成为磁化电流，引起m和E2骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈；同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。 另外，二次侧开路使E2达几百伏，一旦触及造成触电事故。因此，电流互感器二次侧都备有短路开关，防止一次侧开路。如图l中K0，在使用过程中，二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停车处理。一切处理好后方可再用。

25、 4）为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均设具有28个二次绕阻的电流互感器。对于大电流接地系统，一般按三相配置；对于小电流接地系统，依具体要求按二相或三相配置； 5）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如：若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中； 6)为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧； 7)为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在

26、发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。六、户外型电流互感器 1 电流互感器选择与检验的原则 1)电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压； 2)根据一次负荷计算电流IC选择电流互感器变化； 3)根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度； 4)校验动稳定度和热稳定度。 2 电流互感器变流比选择 电流互感器一次额定电流I1n和二次额定电流I2n之比，称为电流互感器的额定变流比，KiI1nI2nN2N1。 式中，N1和N2为电流互感器一次绕组和二次绕组的匝数。 电流互感器一次侧额定电流标准比（如20、30、4

27、0、50、75、100、150(A)、2XaC）等多种规格，二次侧额定电流通常为1A或5A。其中2XaC表示同一台产品有两种电流比，通过改变产品顶部储油柜外的连接片接线方式实现，当串联时，电流比为ac，并联时电流比为2XaC。一般情况下，计量用电流互感器变流比的选择应使其一次额定电流I1n不小于线路中的负荷电流（即计算IC）。如线路中负荷计算电流为350A，则电流互感器的变流比应选择4005。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。 表1 电流互感器准确级和误差限值 电流互感器准确级和误差限值3 电流互感器准确度选择及校验 所谓准确度是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额

28、定值时的最大误差。中国电流互感器的准确度和误差限值如表1所示，对于不同的测量仪表，应选用不同准确度的电流互感器。 准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准度为0205级；用于监视各进出线回路中负荷电流大小的电流表应选用1030级电流互感器。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷（伏安），互感器二次负荷S2不大于额定负荷S2n，所选准确度才能得到保证。准确度校验公式：S2S2n。 二次回路的负荷l：取决于二次回路的阻抗Z2的值，则： S2I2n2Z2I2n2（Zi+ RWl+RXC） 或S2V1Si+I2n2（RWl+RXC） 式中，Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器

29、线圈的额定负荷和阻抗，RXC为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取01，RWL为二次回路导线电阻， 计算公式化为：RWLLC（rS）。 式中，r为导线的导电率，铜线r53m（mm2），铝线r32m（mm2），S为导线截面积（mm2），LC为导线的计算长度（m）。设互感器到仪表单向长度为L1， 则： L1互感器为星形接 LCL1两相V形接线 2L1一相式接线 继电保护用的电流互感器的准确度常用的有5P和l0P。保护级的准确度是以额定准确限值一次电流下的 电流互感器最大复合误差%来标称的（如5P对应的%5%）。所谓额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数（nI1I1n），也称为额定

30、准确限值系数。即要求保护用的电流互感器在可能出现的范围内，其最大复合误差不超过%值。 电流互感器%误差曲线校验步骤： (1)按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数； (2)根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数，在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷； (3)按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型，计算电流互感器的实际二次负荷； (4)比较实际二次负荷与允许二次负荷。如实际二次负荷小于允许二次负荷，表示电流互感器的误差不超过10%误差： 1)增大连接导线截面或缩短连接导线长度，以减小实际二次负荷； 2)选择比较大的电流互感器，减小一次电流倍数，增大允许二次负荷； 3)将电流互感器的二次绕组串联起来，使允许二次负荷增大一倍。 4 电流互感器动稳定度和热稳定度校验 厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes和热稳定倍数Kt，因此按下列公式分别校验动稳定和热