電流互感器工作原理、分類、使用原則、常見故障

　　電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量的儀器。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側(cè)繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中。因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時(shí)，它的二次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。

電流互感器——工作原理

　　在發(fā)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。為便于測量、保護(hù)和控制需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)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(xiǎn)的。電流互感器就起到電流變換和電氣隔離作用。對于指針式的電流表，電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級的（如5A等）。對于數(shù)字化儀表，采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，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實(shí)驗(yàn)室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴(kuò)大儀表量程。）電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)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(shù)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(shù)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(shí)際電流比K。電流互感器在額定電流下工作時(shí)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(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實(shí)際為400A的電流轉(zhuǎn)變?yōu)?A的電流。

電流互感器——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）：在正常工作電流范圍內(nèi)，向測量、計(jì)量等裝置提供電網(wǎng)的電流信息。

　　保護(hù)用電流互感器（或電流互感器的保護(hù)繞組）：在電網(wǎng)故障狀態(tài)下，向繼電保護(hù)等裝置提供電網(wǎng)故障電流信息。

　　1、測量用電流互感器

　　在測量交變電流的大電流時(shí)，為便于二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流（中國規(guī)定電流互感器的二次額定為5A或1A），另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險(xiǎn)的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。它是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，電流互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護(hù)等。

　　正常工作時(shí)互感器二次側(cè)處于近似短路狀態(tài)，輸出電壓很低。在運(yùn)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(cè)產(chǎn)生數(shù)千伏甚至上萬伏的過電壓。這不僅給二次系統(tǒng)絕緣造成危害，還會使互感器過激而燒損，甚至危及運(yùn)行人員的生命安全。

　　1次側(cè)只有1到幾匝，導(dǎo)線截面積大，串入被測電路。2次側(cè)匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)，與阻抗較小的儀表（電流表/功率表的電流線圈）構(gòu)成閉路。

　　電流互感器的運(yùn)行情況相當(dāng)于2次側(cè)短路的變壓器，忽略勵磁電流，安匝數(shù)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(shí)際電流比I1/I2=N2/N1=k。

　　勵磁電流是誤差的主要根源。測量用電流互感器的精度等級0.2/0.5/1/3，1表示變比誤差不超過±1%，另外還有0.2S和0.5S級。

　　2、保護(hù)用電流互感器保護(hù)用電流互感器分為：

　　1.過負(fù)荷保護(hù)電流互感器，

　　2.差動保護(hù)電流互感器，

　　3.接地保護(hù)電流互感器（零序電流互感器）

　　保護(hù)用電流互感器主要與繼電裝置配合，在線路發(fā)生短路過載等故障時(shí)，向繼電裝置提供信號切斷故障電路，以保護(hù)供電系統(tǒng)的安全。保護(hù)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(hù)用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時(shí)才開始有效的工作。保護(hù)用互感器主要要求：1.絕緣可靠，2.足夠大的準(zhǔn)確限值系數(shù)，3.足夠的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。

　　保護(hù)用互感器在額定負(fù)荷下能夠滿足準(zhǔn)確級的要求最大一次電流叫額定準(zhǔn)確限值一次電流。準(zhǔn)確限值系數(shù)就是額定準(zhǔn)確限值一次電流與額定一次電流比。當(dāng)一次電流足夠大時(shí)鐵芯就會飽和起不到反映一次電流的作用，準(zhǔn)確限值系數(shù)就是表示這種特性。保護(hù)用互感器準(zhǔn)確等級5P、10P，表示在額定準(zhǔn)確限值一次電流時(shí)的允許電流誤差為1%、3%，其復(fù)合誤差分別為5%、10%線路發(fā)生故障時(shí)的沖擊電流產(chǎn)生熱和電磁力，保護(hù)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(nèi)能承受而無損傷的一次電流有效值，稱額定短時(shí)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(wěn)定電流。保護(hù)用電流互感器的精度等級5P/10P ，10P標(biāo)示復(fù)合誤差不超過10%。

　　按絕緣介質(zhì)分類

　　1、干式電流互感器：由普通絕緣材料經(jīng)浸漆處理作為絕緣。

　　2、澆注式電流互感器：用環(huán)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(gòu)成。

　　按安裝方式分類

　　1、貫穿式電流互感器：用來穿過屏板或墻壁的電流互感器。

　　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(dǎo)體支柱用的電流互感器。

　　3、套管式電流互感器：沒有一次導(dǎo)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(dǎo)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(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電流變換的電流互感器。

　　2、電子式電流互感器：例如 （1）光學(xué)電流互感器是指采用光學(xué)器件作被測電流傳感器，光學(xué)器件由光學(xué)玻璃、全光纖等構(gòu)成。（2）空心線圈電流互感器。又稱為Rogowski線圈式電流互感器?？招木€圈往往由漆包線均勻繞制在環(huán)形骨架上制成，骨架采用塑料、陶瓷等非鐵磁材料，其相對磁導(dǎo)率與空氣的相對磁導(dǎo)率相同，這是空心線圈有別于帶鐵心的電流互感器的一個(gè)顯著特征。（3）鐵心線圈式低功率電流互感器（LPCT）。它是傳統(tǒng)電磁式電流互感器的一種發(fā)展。其按照高阻抗電阻設(shè)計(jì)，在非常高的一次電流下，飽和特性得到改善，擴(kuò)大了測量范圍，降低了功率消耗，可以無飽和的高準(zhǔn)確度測量高達(dá)短路電流的過電流、全偏移短路電流，測量和保護(hù)可共用一個(gè)鐵心線圈式低功率電流互感器，其輸出為電壓信號。

電流互感器——使用原則

　　1）電流互感器的接線應(yīng)遵守串聯(lián)原則：即一次繞阻應(yīng)與被測電路串聯(lián)，而二次繞阻則與所有儀表負(fù)載電流互感器串聯(lián)

　　2）按被測電流大小，選擇合適的變比，否則誤差將增大。同時(shí)，二次側(cè)一端必須接地，以防絕緣一旦損壞時(shí)，一次側(cè)高壓竄入二次低壓側(cè)，造成人身和設(shè)備事故

　　3）二次側(cè)絕對不允許開路，因一旦開路，一次側(cè)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(fā)熱嚴(yán)重乃至燒毀線圈；同時(shí)，磁路過度飽和磁化后，使誤差增大。電流互感器在正常工作時(shí)，二次側(cè)與測量儀表和繼電器等電流線圈串聯(lián)使用，測量儀表和繼電器等電流線圈阻抗很小，二次側(cè)近似于短路。CT二次電流的大小由一次電流決定，二次電流產(chǎn)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(shù)值很小的值驟變?yōu)楹艽蟮闹?，鐵芯中的磁通呈現(xiàn)嚴(yán)重飽和的平頂波，因此二次側(cè)繞組將在磁通過零時(shí)感應(yīng)出很高的尖頂波，其值可達(dá)到數(shù)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(cè)開路使二次側(cè)電壓達(dá)幾百伏，一旦觸及將造成觸電事故。因此，電流互感器二次側(cè)都備有短路開關(guān)，防止二次側(cè)開路。在使用過程中，二次側(cè)一旦開路應(yīng)馬上撤掉電路負(fù)載，然后，再停電處理。一切處理好后方可再用。

　　4）為了滿足測量儀表、繼電保護(hù)、斷路器失靈判斷和故障濾波等裝置的需要，在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段斷路器、母線斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)2～8個(gè)二次繞阻的電流互感器。

　　5）對于保護(hù)用電流互感器的裝設(shè)地點(diǎn)應(yīng)按盡量消除主保護(hù)裝置的不保護(hù)區(qū)來設(shè)置。例如：若有兩組電流互感器，且位置允許時(shí)，應(yīng)設(shè)在斷路器兩側(cè)，使斷路器處于交叉保護(hù)范圍之中

　　6）為了防止支柱式電流互感器套管閃絡(luò)造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側(cè)

　　7）為了減輕發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)的損傷，用于自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的電流互感器應(yīng)布置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。為了便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障，用于測量儀表的電流互感器宜裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)。

電流互感器——常見故障

　　電流互感器的常見故障往往與制造缺陷有關(guān)，具體如下：

　　1）電流互感器的絕緣很厚，有的絕緣包繞松散，絕緣層間有皺折，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(shè)計(jì)要求，電流互感器故障原因統(tǒng)計(jì)甚至少放電容屏，電容極板不光滑平整，甚至錯(cuò)位或斷裂，使其均壓特性破壞。因此，當(dāng)局部固體絕緣沿面的電場強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會造成局部放電。

　　上述局部放電的直接后果是使絕緣油裂解，在絕緣層間生成大量的x臘，介損增大。這種放電是有累積效應(yīng)的，任其發(fā)展下去，油中氣體分析將可能出現(xiàn)電弧放電的特征。

　　3）由于絕緣材料不清潔或含濕高，可能在其表面產(chǎn)生沿面放電。這種情況多見于一次端子引線沿墊塊表面放電。

　　4）某些連接松動或金屬件電位懸浮將導(dǎo)致火花放電，例如一次繞組支持螺母松動，造成一次繞組屏蔽鋁箔電位懸浮，末屏引線接觸或焊接不良甚至斷線，均會引起此類故障。

　　5） 次連接夾板、螺栓、螺母松動，末屏接地螺母松動，抽頭緊固螺母松動等，均可能使接觸電阻增大，從而導(dǎo)致局部過熱故障。此外，現(xiàn)場維護(hù)管理不當(dāng)也應(yīng)引起重視。例如，互感器進(jìn)水受潮，雖然可能與制造廠的密封結(jié)構(gòu)和密封材料有關(guān)，但是，也有維護(hù)管理的問題。一般來說，現(xiàn)場真空脫氣不充分或者檢修時(shí)不進(jìn)行真空干燥，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(shè)備留下安全隱患。