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)電磁感應原理將一次側大電流轉換成二次側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回路中，電流互感器在工作時，它的二次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(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、保護和控制需要轉換為比較統(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”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴大儀表量程。）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(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數(shù)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?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，向測量、計量等裝置提供電網(wǎng)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(wǎng)故障狀態(tài)下，向繼電保護等裝置提供電網(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，為便于二次儀表測量需要轉換為比較統(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、繼電保護等二次設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換成低電流，電流互感器一次側接在一次系統(tǒng)，二次側接測量儀表、繼電保護等。

　　正常工作時互感器二次側處于近似短路狀態(tài)，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(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(shù)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。

　　電流互感器的運行情況相當于2次側短路的變壓器，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、保護用電流互感器保護用電流互感器分為：

　　1.過負荷保護電流互感器，

　　2.差動保護電流互感器，

　　3.接地保護電流互感器（零序電流互感器）

　　保護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，向繼電裝置提供信號切斷故障電路，以保護供電系統(tǒng)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.足夠大的準確限值系數(shù)，3.足夠的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。

　　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。準確限值系數(shù)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，準確限值系數(shù)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%，其復合誤差分別為5%、10%線路發(fā)生故障時的沖擊電流產(chǎn)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(wěn)定電流。保護用電流互感器的精度等級5P/10P ，10P標示復合誤差不超過10%。

　　按絕緣介質分類

　　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(jù)電磁感應原理實現(xiàn)電流變換的電流互感器。

　　2、電子式電流互感器：例如 （1）光學電流互感器是指采用光學器件作被測電流傳感器，光學器件由光學玻璃、全光纖等構成。（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，其相對磁導率與空氣的相對磁導率相同，這是空心線圈有別于帶鐵心的電流互感器的一個顯著特征。（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計，在非常高的一次電流下，飽和特性得到改善，擴大了測量范圍，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。

電流互感器——使用原則

　　1）電流互感器的接線應遵守串聯(lián)原則：即一次繞阻應與被測電路串聯(lián)，而二次繞阻則與所有儀表負載電流互感器串聯(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，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(fā)熱嚴重乃至燒毀線圈；同時，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，二次側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(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、斷路器失靈判斷和故障濾波等裝置的需要，在發(fā)電機、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2～8個二次繞阻的電流互感器。

　　5）對于保護用電流互感器的裝設地點應按盡量消除主保護裝置的不保護區(qū)來設置。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，使斷路器處于交叉保護范圍之中

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

　　7）為了減輕發(fā)電機內部故障時的損傷，用于自動調節(jié)勵磁裝置的電流互感器應布置在發(fā)電機定子繞組的出線側。為了便于分析和在發(fā)電機并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內部故障，用于測量儀表的電流互感器宜裝在發(fā)電機中性點側。

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，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計要求，電流互感器故障原因統(tǒng)計甚至少放電容屏，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(shù)值時，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，從而導致局部過熱故障。此外，現(xiàn)場維護管理不當也應引起重視。例如，互感器進水受潮，雖然可能與制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(xiàn)場真空脫氣不充分或者檢修時不進行真空干燥，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，都將給設備留下安全隱患。