电流互感器的工作原理.docx

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电流互感器的工作原理

电流互感器的工作原理

  在供电用电的线路中电流大大小小相差差异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，另外线路上的电压都比较高如直接测量是超级危险的。

电流互感器就起到变流和电气隔离作用。

目前显示仪表大部分是指针式的电流表，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。

电流互感器由一次线圈、二次线圈、铁心、绝缘支持及出线端子等组成，如图1所示。

电流互感器的铁心由硅钢片叠制而成，其一次线圈与主电路串联，且通过被测电流I1，它在铁心内产生变磁通，使二次线圈感应出相应的二次电流I2（其额定电流为5A）。

如将励磁损耗忽略不计，则I1n1=I2n2，其中n1和n2别离为一、二次线圈的匝数，电流互感器的变流比K=I1/I2=n2/n1。

由于电流互感器的一次线圈连接在主电路中，所以一次线圈对地必需采取与一次线路电压相相适应的绝缘材料，以确保二次回路与人身的安全。

二次回路由电流互感器的二次线圈、仪表和继电器的电流线圈串联组成。

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。

一、测量用电流互感器

测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。

测量用电流互感器主要要求：

1、绝缘可靠，

2、足够高的测量精度，

3、当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。

二、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路，以保护供电系统的安全。

保护用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）。

电流互感器的用途和特点

  电流互感器是一种电流变换装置，又称仪用变流器（也称CT）。

它能够将高压电流或低压大电流变成电压较低的小电流，以供给仪表和继电器，并将仪表和继电器一高压电路和一次主回路隔离开，电流互感器的工作原理和变压器相似，是利用变压器在短路状态下电流与匝数成反比的原理制成的。

它的一次线圈匝数很少（有的利用穿过CT中孔的母线作为一次），而二次线圈的匝数很多。

电流互感器的二次额定电流均为5A。

这使得测量仪表和继电器的制造能够标准化，简化了工艺，降低了本钱，而且安全，靠得住。

从而电流互感器在变配电设备中取得了普遍的应用。

电流互感器有以下几个特点：

1、由于其二次所接负载为电流表和继电器的电流线圈，阻抗很小，因此电流互感器在正常运行时，相当于二次短路的变压器。

2、变压器的一次电流随二次负载的变化而变化，而电流互感器的一次电流由主回路的负载而定，它与二次电流的大小无关。

3、变压器铁心中的主磁通由一次线圈所加电压的大小而定，当一次电压不变时，二次感应电势也不变。

电流互感器铁心中的磁通由一次电流决定，但二次回路阻抗变化时，也会影响二次电势。

阻抗大时，二次电势高，阻抗小时，二次电势低。

4、变压器二次负载的变化对其各个参数的影响均很大。

而电流互感器只要二次负载在额定范围内，就可以将其视为一个恒流源，也就是对二次电流影响不大。

电流互感器的型号含义及技术参数

一、电流互感器的型号含义

电流互感器的型号通常由2~4位字母及数字组成，其含义如图1所示。

它可以表示出电流互感器的线圈型式、绝缘结构、使用场所等。

横线后面的数字表示电压等级、精确度等。

二、主要技术数据

1、变流比

通常以分数表示，分子表示一次线圈的额定电流（A），分母表示二次线圈的额定电流（A）。

如某电流互感器的变流比为150/5，即表示电流互感器一次额定电流为150A，二次额定电流为5A。

其变流比为30倍。

2、准确度

准确度是以误差的大小决定的，通常分为级、级、3级、10级共五个等级。

使用时可根据负荷的要求来选用，例如，电度计量仪表一般可选用级，而继电保护则可选用3级。

3、额定容量

电流互感器的额定容量是指其允许承载的负荷功率（即伏安数）。

除了采用伏安数表示外，还可用二次负荷的欧姆值（即Z）来表示，由于S=I2Z，又因为I为一定值，因此，伏安数和欧姆值可由上式换算。

通常电流互感器铭牌上标示的是它所能达到的最高准确度等级和与其相应的额定阻抗。

4、极性

一般在电流互感器的一、二次线圈引出线端子上都标有极性符号，其意义与变压器的极性是相同的。

电流互感器常用电流流向来表示极性，即当一次线圈一端流入电流，二次线圈则必有一端电流流出，这同一瞬间流入与流出的端子就是同极性端。

通常一次侧标示为L1、L2，二次侧标示为K1、K2，角注数字相同的为同极性端。

一般采用减极性标示方法。

5、热稳定及动稳定倍数

变配电系统故障时，电流互感器承受由短路电流引起的热效应和电动力效应而不致受到破坏的能力，可用动稳定与热稳定倍数来表示。

所谓热稳定倍数是指热稳定电流（即一秒内不致使电流互感器的热超过允许限度的电流）与电流互感器额定电流之比。

所谓动稳定倍数是指电流互感器所能承受的最大电流的瞬时值与其额定电流之比。

电流互感器的极性

交流电流在电路中流动时，其方向随时刻作周期性的转变。

但在某一刹时，线圈中的电流端子必有一个流入，而另一个流出。

感应出的二次电流也一样有流入和流出。

电流互感的极性就是指其一次电流方向与二次电流方向之间的关系。

一般规定，一次线圈的首端L1，尾端标为L2。

二次线圈首端K1，尾端标为K2。

在接线中，L1和K1称为同极性端，L2和K2也为同极性端。

如图所示。

当一次电流I1由首端L1流入、尾端L2流出时，二次感应电流是从尾端K2流入，首端K1流出；或同时在一、二次线圈的同极性端子通入电流时，它们在铁心中产生的磁通方向相同，如此的极性标志称为减极性。

反之为加极性。

一般的电流互感器均为加极性。

如何判定电流互感器的极性

判定电流互感器的极性有很多种办法，一般常常利用以下几种：

一、直流法

直流法在测定极性时，方便准确，最为常用。

可仅用一块低量程电流表和的干电池，具体接线如图1表示。

一次侧接入一只指按钮开关S，二次侧接入电流表，当按下按钮开关时，一次电路接通，电流表指针向正向摆动，按钮开关断开时，电流表指针向反向摆动，则为减极性；反之则为加极性。

二、比较法

准备一只已知极性的电流互感器，如图2所示方法接线。

如电流表读数很小（一般为数毫安）则减极性；反之为加极性。

三、差接法

接线如图所示。

图中Q为单极双投开关。

当开关投向"1"时，电流表的读数较小，投至"2"时读数较大，则证明是减极性，否则为加极性。

电流互感器极性接错的危害

电流互感器在接线时把极性接错，将会产生以下危害：

1、电流互感器如用在继电保护电路中，将引起继电保护层装置的误动或拒动。

2、电流互感器如用在仪表计量回路中，功率表和电度表的正确测量将受到影响。

3、采用不完全星形联结的电流互感器，如任一相极性接反，都会引起未接电流互感器（一般为中相）的一相较其它相电流增高倍。

4、采用不完全星形联接的电流互感器，如两相均接反，虽然二次测的三相电流仍平衡，但与相应的一次电流的相角差为180°，从而将使电度表反转。

电流互感器有几种接线方式

电流互感器按照其应用处合及不同的情形有几种不同的接线方式。

1、一台电流互感器用于单相回路的接线，如图所示。

这种接线方式常常利用于三相对称电路中，对其中一相负荷电流进行监视。

2、两台电流互感器接成不完全星形联结，如图所示。

这种接线方式适用于测量三相三线电流、有功、无功电力及保护相间短路故障等。

3、两台电流互器的差联结，如图所示。

这种接线方式适用于保护相间短路故障。

4、三台电流互感器接成星形联接如图所示。

这种联接方式用于三相四线制系统中，用以测量电流、电力和保护任何形式的短路故障。

5、用三台电流互感器接成三角形联接。

如图所示。

这种接线方式用于配合三只电流继电器保护各类短路故障。

6、三台电流互感器用于零序保护接线，如图所示

这种接线方式用于零序保护。

电流互感器的二次侧接地的有关规定

一、高压电流互感器的二次侧应有一点接地

由于高压电源互感器的一次侧为高电压。

当一、二次线圈之间因绝缘损坏出现高压击穿时，将导致高压窜入低压。

如二次线圈有一点接地，就会将高压引入大地，使二次线圈保持地电位，从而确保了人身及设备的安全。

应当注意，电流互感器的二次回路只允许一点接地，而不允许再有接地点，否则有可能引起分流，造成测量误差的增大或者影响继电器的正常动作。

电流互感器二次回路的接地点应在K2端子处。

2、低压电流互感器的二次侧不应接地

由于低压电流互感器的电压较低，一、二次线圈间的绝缘裕度大，发生一、二次线圈击穿的可能性小；另外，二次线圈的不接地将使二次回路及仪表的绝缘能力提高，还可使雷击烧毁仪表事故减小。

电流互感器二次侧为何不允许开路

  由于电流互感器二次侧接的负载都是阻抗很小的电流线圈，因此它的二次测量是在接近于短路状态下工作的。

按照磁动势平衡可得公式：

I1N1-I2N2=I0N1可知，由于I1N1绝大部份被I2N2所抵消，所以总的磁动势I0N1很小，即激磁电流I0（即空载电流）很小，只有一次电流I1的百分之几。

如果二次侧开路，则I2=0，有I1N1=I0N1，即I1=I0，而I1是一次电路负荷电流，不因互感器二次负载变化而变化。

因此，此时励磁电流就是I1，剧增几十倍，使励磁磁势剧增几十倍，这将产生：

铁心过热，甚至烧毁互感器。

由于二次绕组匝数很多，会感应出危险的高电压，危及人身和设备安全。

因此，电流互感器二次侧绝对不许开路，在系统设计中，不允许在二次侧加装熔断器和断路器。

电流互感器二次回路开路的现象及后果

运行中电流互感器二次侧开路可能有如下现象：

1、由于铁心中磁通饱和，在二次侧可能产生数千伏的高压，在开路点可能出现放电现象，产生放电火花及放电声。

2、由于铁心中磁通饱和，引起损耗增大而发热，损坏绝缘，有异声异味。

3、与电流互感器相连的电流表指示摇摆不定或没有指示，电度表转速异常。

电流互感器二次侧开路可能产生以下后果：

1、产生高电压威胁人身和设备安全。

2、铁心发热，甚至烧毁绝缘。

3、计量不准。

即使修复了二次回路，由于铁心有剩磁，计量的准确度也将降低。

4、电流表指示异常。

发现电流互感器二次侧开路后，应按以下方法及时处理：

1、尽可能停下负荷或转移负荷，进行停电处理。

2、如不允许停电时，应尽量减少一次侧负荷电流，在保证人体与带电体安全距离足够的情况下，使用绝缘工具，由一人监护、一人处理。

3、先在短路点前用短路线将电流互感器二次回路短路，然后排除短路故障。

最后将短路线拆除。

电流互感器二次开路的原因分析与查找处置

电流互感器倘使二次发生开路，一次电流将全数用于激磁，使铁芯严峻饱和。

交变的磁通在二次线圈上将感应出很高的电压，其峰值可达几千伏乃至上万伏，这么高的电压作用于二次线圈及二次回路上，将严峻要挟人身安全和设备安全，乃至线圈绝缘因过热而烧坏，保护可能因无电流而不能反映故障，对于差动保护和零序电流保护则可能因开路时产生不平衡电流而误动作。

所以《安规》规定，电流互感器在运行中严禁开路。

一、产生电流互感器二次开路的原因

一、由于交流电流回路中的实验接线端子的结构和质量上存在缺点，在运行中发生螺杆与铜板螺孔接触不良，造成开路。

2、由于电流回路中的试验端子压板的胶木头过长，旋转端子金属片未压在压板的金属片上，而误压在胶木套上，致使开路。

3、修试人员工作中的失误，如忘记将继电器内部接头接好、验收时未能发现。

4、二次线端子接头压接不紧，回路中电流很大时，发热烧断或氧化过甚造成开路。

5、室外端子箱、接线盒受潮，端子螺丝和垫片锈蚀过重，造成开路。

当电流互感器二次发生开路时，常常伴随一些现象的发生：

1、回路仪表指示异常降低或为零。

如用于测量表计的电流回路开路，会使三相电流表指示不一致，功率表指示减小，计量表计不转或转速变慢。

如果表计指示时有时无，有可能处于半开路状态（接触不良）。

运行人员遇到此现象时可将有关的表计相互对照比较认真分析。

如变压器原、副边负荷指示相差较大，电流表指示相差太大（注意变化的不同，电压等级的不同），可怀疑偏低的一侧有无开路故障。

2、认真听电流互感器本体有无噪声、振动等不均匀的声音，这种现象在负荷小时不太明显。

当发生开路时，因磁通密度的增加和磁通的非正弦性，硅钢片振动力加大，将产生较大的噪声。

3、利用示温变色蜡片或紫外线测温仪监测电流互感器本体有无严重发热，有无异味变色冒烟、喷油等，此现象在负荷小时不太明显。

开路时，由于磁饱和的严重，铁芯过热，外壳温度升高，内部绝缘受热有异味，严重时冒烟烧坏。

4、检查电流互感器二次回路端子、元件线头等有无放电、打火现象。

此现象可在二次回路维护和巡检中发现，开路时，　由于电流互感器二次产生高电压，可能使互感器二次接线柱、二次回路元件接头、接线端子等处放电打火，严重时使绝缘击穿。

5、继电保护发生误动作或拒动作，此情况可在误跳闸或越级跳闸事故后检查原因时发现并处理。

6、仪表、电能表、继电器等冒烟烧坏。

此情况可以及时发现。

上述表计烧坏都能使电流互感器二次开路，有、无功率表以及电能表远动装置的变送器、保护装置的继电器烧坏，不仅使电流互感器二次开路，同时也会使电压互感器二次短路。

此时应从端子排上将交流电压端子拆下，包好绝缘。

二、电流互感器二次开路的查找处置

当发生电流互感器二次开路时，运行检修人员不该慌张，应及时记录故障性质，汇报调度或主管部门，等候处置。

1、发现电流互感器二次开路，应先分清故障属哪一组电流回路、开路的相别、对保护有无影响，汇报调度，解除可能误动的保护。

2、尽量减少一次负荷电流，若电流互感器严重损伤，应转移负荷，停电检查处理（如有旁路，可采用旁路供电，保证供电的可靠性）。

3、尽量设法在就近的试验端子上，将电流互感器二次短路，再检查处理开路点，短接时应使用短路线或专用短接线，短路应妥善可靠，禁止采用熔丝或一般导线缠绕。

4、注意短接时的现象，若短接时有火花，则说明短接有效，故障点就在短接点以下的回路中，可进一步查找；若短接时无火花，可能是短接无效，故障点可能在短接点以前的回路中，可以逐点向前变换短接点，缩小范围。

5、在故障范围内，应检查容易发生故障的端子及元件，　检查回路有否工作时触动过的部位。

对检查出的故障，能自行处理的可立即处理，然后投入所退出的保护，若开路点在互感器本体的接线端子上，应停电处理。

若是不能自行处理的故障或不能自行查明的故障，应汇报上级，派人检查处理，此时应先将电流互感器二次短路，或转移负荷，停电处理。

6、在短接二次回路时，工作人员一定要坚持操作监护制，一人操作，一人监护。

与带电设备保持适当的安全距离。

操作人员一定要穿绝缘靴，戴绝缘手套和带绝缘把手的工具。

禁止在电流互感器与短路点之间的回路上进行任何工作。

但是当电流互感器发生下列故障时，应立即汇报上级，并切断电源再行处理。

1、内部发出异味、冒烟、着火；

2、内部有放电现象、声音异常或引线与外壳间有火花放电现象；

3、主绝缘发生击穿，造成单相接地故障；

4、充油式电流互感器漏油、漏胶。

PT（电压互感器）、CT（电流互感器）的二次为何须须接地？

  PT（电压互感器）、CT（电流互感器）的二次接地属保护接地，目的是为了避免一次和二次间的绝缘损坏击穿，一次侧的高电压窜到二次侧，对人身和设备造成危险，所以PT（电压互感器）、CT（电流互感器）的二次必需接地。

电流互感器为何不允许长时刻过负载

  当电流互器过负荷时，将使得铁心的磁通密度增大，以至饱和或过饱和。

从而造成电流互感器误差增大，计量失准，保护误动或拒动，电流表指示不正确。

同时将使铁心和二次线圈过热。

如长时刻负荷，将加速电流互感器的绝缘老化，乃至绝缘损坏，造成一、二次线圈击穿、烧毁等事故。

因此，电流互感器不允许长时刻共过负荷运行。

选择电流互感器时应注意的问题

选择电流互感器时一般应注意以下几个问题：

1、电流互感器的一次额定电压与其系统的额定电压相符合。

2、电流互感器的一次额定电流应在其正常负荷电流的20%~120%。

3、电流互感器的二次负载，如仪表、继电器所消耗的功率（伏安数）或阻抗不应超过所选择的准确度等级对应的额定容量，否则将使准确度等级降低。

4、根据测量和保护的要求，来选择电流互感器的适当的准确度等级。

5、电流互感器的台数可由供电方式和接线方式来确定。

6、根据电流互感器装设地点的系统短路容量校验其动、热稳定性。

穿芯式电流互感器的正确利用

   穿芯式电流互感器是一种常见的电工器件，因其接线简单，安装方便，普遍应用于计量、检测及保护线路中，但在利用中稍不注意，就可以引发极大的误差而造成计量不准，保护失灵，乃至发生电气事故，这与电流互感器的安匝容量有关。

   所谓安匝容量，系指电流互感器一次侧单心穿线时的最大额定电流值，也即额定电流与穿芯匝数的积。

如型号为、400安匝，即一次侧单匝穿芯，最大电流为400A，如采用两匝穿绕，则原边额定电流为200A，它与检测电流常配合使用，既表示了电流互感器一次侧的额定电流工作范围，也暗示了接线方式。

如果忽略了这个问题，就会出现以上难以预料的问题。