電流互感器原理

1、電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)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(shù)很少,串在需要測(cè)量的電流的線路中,因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過(guò),二次繞組匝數(shù)比較多,串接在測(cè)量?jī)x表和保護(hù)回路中,電流互感器在工作時(shí),它的2次回路始終是閉合的,因此測(cè)量?jī)x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。基本介紹作用電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過(guò)一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流,用來(lái)進(jìn)行保護(hù)、測(cè)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。使用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(cè)電路串聯(lián),而二次繞阻則與所

2、有儀表負(fù)載串聯(lián)2按被測(cè)電流大小,選擇合適的變化,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(duì)不允許開(kāi)路,因一旦開(kāi)路,一次側(cè)電流I1全部成為磁化電流,引起m和E2驟增,造成鐵心過(guò)度飽和磁化,發(fā)熱嚴(yán)重乃至燒毀線圈;同時(shí),磁路過(guò)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)近似于短路,若突然使其開(kāi)路,則勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)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(guò)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(wàn)伏,危機(jī)工作人員的安全及儀表的絕緣性能。另外,一次側(cè)開(kāi)路使二次側(cè)電壓達(dá)幾百

3、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(kāi)關(guān),防止一次側(cè)開(kāi)路。在使用過(guò)程中,二次側(cè)一旦開(kāi)路應(yīng)馬上撤掉電路負(fù)載,然后,再停車處理。一切處理好后方可再用。4為了滿足測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)、斷路器失靈判斷和故障濾波等裝臵的需要,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)28個(gè)二次繞阻的電流互感器。對(duì)于大電流接地系統(tǒng),一般按三相配臵;對(duì)于小電流接地系統(tǒng),依具體要求按二相或三相配臵5對(duì)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)裝臵的不保護(hù)區(qū)來(lái)設(shè)臵。例如:若有兩組電流互感器,且位臵允許時(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

4、互感器套管閃絡(luò)造成母線故障,電流互感器通常布臵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(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝臵的電流互感器應(yīng)布臵在發(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(cè)量?jī)x表的電流互感器宜裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)?；ジ衅髟碓诠╇娪秒姷木€路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬(wàn)安都有。為便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流,另外線路上的電壓都比較高如直接測(cè)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。較早前,顯示儀表大部分是指針式的電流電壓表,所以電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級(jí)的(如5A等。現(xiàn)在的電量測(cè)量大多數(shù)字化,而計(jì)算機(jī)的采樣的信

5、號(hào)一般為毫安級(jí)(0-5V、4-20mA等。微型電流互感器二次電流為毫安級(jí),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。微型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微型電流互感器變換的是電流罷了。如圖繞組N1接被測(cè)電流,稱為一次繞組(或原邊繞組、初級(jí)繞組;繞組N2接測(cè)量?jī)x表,稱為二次繞組(或副邊繞組、次級(jí)繞組。微型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。微型電流互感器在額定工作電流下工作時(shí)的電流比叫電流互感器額定電

6、流比,用Kn表示。Kn=I1n/I2n 微型電流互感器大致可分為兩類,測(cè)量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器。接線方式電流互感器的接線方式按其所接負(fù)載的運(yùn)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(圖4a、b、c。電流互感器接線方式額定變比和誤差互感器的額定變比KN指電壓互感器的額定電壓比和電流互感器的額定電流比。前者定義為原邊繞組額定電壓U1N與副邊繞組額定電壓U2N之比;后者則為額定電流I1N與I2N之比。即KN=U1N/U2N (對(duì)電壓互感器KN=I1N/I2N (對(duì)電流互感器電壓(或電流互感器原邊電壓(或電流在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí),一般規(guī)定為0.851.15U1N(或10120%

7、I1N,副邊電壓(或電流應(yīng)按比例變化,而且原、副邊電壓(或電流應(yīng)該同相位。但由于互感器存在內(nèi)阻抗、勵(lì)磁電流和損耗等因素而使比值及相位出現(xiàn)誤差,分別稱為比差和角差。比差為經(jīng)折算后的二次電壓(或二次電流與一次電壓(或一次電流量值大小之差對(duì)后者之比,即fU為電壓互感器的比差,fI為電流互感器的比差。當(dāng)KNU2U1(或KNI2I1時(shí),比差為正,反之為負(fù)。對(duì)沒(méi)有采取補(bǔ)償措施的電壓互感器,比差為負(fù),角差一般為正值,比差的絕對(duì)值和角差均隨電壓的增大而減小;鐵心飽和時(shí),比差與角差均隨電壓的增大而增大。對(duì)于沒(méi)有采取補(bǔ)償措施的電流互感器,比差為負(fù)值,角差為正值,比差的絕對(duì)值和角差均隨電流增大而減小。采用補(bǔ)償?shù)霓k法

8、可以減小互感器的誤差。一般通過(guò)在互感器上加繞附加繞組或增添附加鐵心,以及接入相應(yīng)的電阻、電感、電容元件來(lái)補(bǔ)償。常用的補(bǔ)償法有匝數(shù)補(bǔ)償、分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償、小鐵心補(bǔ)償、并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)?。選擇戶外型電流互感器1電流互感器選擇與檢驗(yàn)的原則1電流互感器額定電壓不小于裝設(shè)點(diǎn)線路額定電壓2根據(jù)一次負(fù)荷計(jì)算電流IC選擇電流互感器變化3根據(jù)二次回路的要求選擇電流互感器的準(zhǔn)確度并校驗(yàn)準(zhǔn)確度4校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。2電流互感器變流比選擇電流互感器一次額定電流I1n和二次額定電流I2n之比,稱為電流互感器的額定變流比,Ki=I1n/I2nN2/N1。式中, N1和N2為電流互感器一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。電流互感器一次側(cè)額

9、定電流標(biāo)準(zhǔn)比(如20.30、40、50、75.100、150(A、2Xa/C等多種規(guī)格,二次側(cè)額定電流通常為1A或5A。其中2Xa/C表示同一臺(tái)產(chǎn)品有兩種電流比,通過(guò)改變產(chǎn)品頂部?jī)?chǔ)油柜外的連接片接線方式實(shí)現(xiàn),當(dāng)串聯(lián)時(shí),電流比為a/c,并聯(lián)時(shí)電流比為2Xa/C。一般情況下,計(jì)量用電流互感器變流比的選擇應(yīng)使其一次額定電流I1n不小于線路中的負(fù)荷電流(即計(jì)算IC。如線路中負(fù)荷計(jì)算電流為350A,則電流互感器的變流比應(yīng)選擇400/5。保護(hù)用的電流互感器為保證其準(zhǔn)確度要求,可以將變比選得大一些。表1電流互感器準(zhǔn)確級(jí)和誤差限值3電流互感器準(zhǔn)確度選擇及校驗(yàn)所謂準(zhǔn)確度是指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi),一次電流為額定

10、值時(shí)的最大誤差。中國(guó)電流互感器的準(zhǔn)確度和誤差限值如表1所示,對(duì)于不同的測(cè)量?jī)x表,應(yīng)選用不同準(zhǔn)確度的電流互感器。準(zhǔn)確度選擇的原則:計(jì)費(fèi)計(jì)量用的電流互感器其準(zhǔn)度為0.20.5級(jí);用于監(jiān)視各進(jìn)出線回路中負(fù)荷電流大小的電流表應(yīng)選用1.03.0級(jí)電流互感器。為了保證準(zhǔn)確度誤差不超過(guò)規(guī)定值,一般還校驗(yàn)電流互感器二次負(fù)荷(伏安,互感器二次負(fù)荷S2不大于額定負(fù)荷S2n,所選準(zhǔn)確度才能得到保證。準(zhǔn)確度校驗(yàn)公式:S2S2n。二次回路的負(fù)荷l:取決于二次回路的阻抗Z2的值,則:S2=I2n2Z2I2n2(Zi+RWl+RXC或S2V1Si+I2n2(RWl+RXC式中,Si、Zi為二次回路中的儀表、繼電器線圈的額定

11、負(fù)荷和阻抗,RXC為二次回路中所有接頭、觸點(diǎn)的接觸電阻,一般取0.1,RWL為二次回路導(dǎo)線電阻,計(jì)算公式化為:RWL=LC/(rS。式中,r為導(dǎo)線的導(dǎo)電率,銅線r=53m/(mm2,鋁線r=32m(mm2,S為導(dǎo)線截面積(mm2,LC為導(dǎo)線的計(jì)算長(zhǎng)度(m。設(shè)互感器到儀表單向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,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(hù)用的電流互感器的準(zhǔn)確度常用的有5P 和l0P。保護(hù)級(jí)的準(zhǔn)確度是以額定準(zhǔn)確限值一次電流下的最大復(fù)合誤差%來(lái)標(biāo)稱的(如5P對(duì)應(yīng)的%=5%。所謂額定準(zhǔn)確限值一次電流即一次電流為額定一次電流的倍數(shù)(n=I1/I1n,也稱為額定準(zhǔn)確限值系數(shù)。即要求保護(hù)用的

12、電流互感器在可能出現(xiàn)的范圍內(nèi),其最大復(fù)合誤差不超過(guò)%值。電流互感器%誤差曲線校驗(yàn)步驟:(1按照保護(hù)裝臵類型計(jì)算流過(guò)電流互感器的一次電流倍數(shù)(2根據(jù)電流互感器的型號(hào)、變比和一次電流倍數(shù),在10%誤差曲線上確定電流互感器的允許二次負(fù)荷(3按照對(duì)電流互感器二次負(fù)荷最嚴(yán)重的短路類型,計(jì)算電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷(4比較實(shí)際二次負(fù)荷與允許二次負(fù)荷。如實(shí)際二次負(fù)荷小于允許二次負(fù)荷,表示電流互感器的誤差不超過(guò)10%誤差: 1增大連接導(dǎo)線截面或縮短連接導(dǎo)線長(zhǎng)度,以減小實(shí)際二次負(fù)荷2選擇比較大的電流互感器,減小一次電流倍數(shù),增大允許二次負(fù)荷3將電流互感器的二次繞組串聯(lián)起來(lái),使允許二次負(fù)荷增大一倍。4電流互感器動(dòng)

13、穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)廠家的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中都給出了動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)Kes和熱穩(wěn)定倍數(shù)Kt,因此按下列公式分別校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱定度即可。1動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)KesI1NiSh 2熱穩(wěn)定度校驗(yàn)(KtI1n2tI(3tima式中,t為熱穩(wěn)定電流時(shí)間。測(cè)量用電流互感器在測(cè)量交變電流的大電流時(shí),為便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流(我國(guó)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(cè)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(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x表

14、、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(kāi)路或一次繞組流過(guò)異常電流(如雷電流、諧振過(guò)電流、電容充電電流、電感啟動(dòng)電流等,都會(huì)在二次側(cè)產(chǎn)生數(shù)千伏甚至上萬(wàn)伏的過(guò)電壓。這不僅給二次系統(tǒng)絕緣造成危害,還會(huì)使互感器過(guò)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(cè)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(lì)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(lì)磁電

15、流是誤差的主要根源。測(cè)量用電流互感器的精度等級(jí)0.2/0.5/1/3,1表示變比誤差不超過(guò)1%,另外還有0.2S和0.5S級(jí)。保護(hù)用電流互感器的精度等級(jí)5P/10P,10P標(biāo)示復(fù)合誤差不超過(guò)10%。保護(hù)用電流互感器保護(hù)用電流互感器主要與繼電裝臵配合,在線路發(fā)生短路過(guò)載等故障時(shí),向繼電裝臵提供信號(hào)切斷故障電路,以保護(hù)供電系統(tǒng)的安全。保護(hù)用微型電流互感器的工作條件與測(cè)量用互感器完全不同,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(kāi)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(dòng)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(jí)的要求最大一次電流

16、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(huì)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(jí)5P、10P,表示在額定準(zhǔn)確限值一次電流時(shí)的允許誤差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(wú)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(wú)損傷的一次電流峰值,稱額定動(dòng)穩(wěn)定電流。保護(hù)用電流互感器分為:1.過(guò)負(fù)荷保護(hù)電流互感器,2.差動(dòng)保護(hù)電流互感器,3.接地保護(hù)電流互感器(零序電流互感器電流互感

17、器分類按用途分測(cè)量用電流互感器(或電流互感器的測(cè)量繞組。在正常工作電流范圍內(nèi),向測(cè)量、計(jì)量等裝臵提供電網(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)等裝臵提供電網(wǎng)故障電流信息。按絕緣介質(zhì)分干式電流互感器。由普通絕緣材料經(jīng)浸漆處理作為絕緣。澆注式電流互感器。用環(huán)氧樹(shù)脂或其他樹(shù)脂混合材料澆注成型的電流互感器。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。目前我國(guó)在各種電壓等級(jí)均為常用。氣體絕緣電流互感器。主絕緣由氣體構(gòu)成。按電流變換原理分電磁式電流互感器。根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電流變換的電流互感器。光電式電流互感器。通過(guò)光電變換原理以實(shí)現(xiàn)電流變換的電

18、流互感器,目前還在研制中。按安裝方式分貫穿式電流互感器。用來(lái)穿過(guò)屏板或墻壁的電流互感器。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。套管式電流互感器。沒(méi)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。母線式電流互感器。沒(méi)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。產(chǎn)品選用指南工作原理電流互感器起到變流和電氣隔離作用。便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流,避免直接測(cè)量線路的危險(xiǎn)。電流互感器是升壓(降流變壓器,它是電力系統(tǒng)中測(cè)量?jī)x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

19、一次側(cè)接在一次系統(tǒng),二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等。名詞解釋額定工作電壓,互感器允許長(zhǎng)期運(yùn)行的最高相同電壓有效值。額定一次電流,作為互感器性能基準(zhǔn)的一次電流值。額定二次電流,作為互感器性能基準(zhǔn)的二次電流值,通常為5A或1A。額定電流比,額定一次電流與額定二次電流之比。選用要點(diǎn)(1額定電流(一次側(cè)應(yīng)為線路正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流的1.01.3倍。(2額定電壓。應(yīng)為0.5kV或0.66kV。(3注意精度等級(jí)。若用于測(cè)量,應(yīng)選用精度等級(jí)0.5或0.2級(jí);若負(fù)載電流變化較大,或正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流低于電流互感器一次側(cè)額定電流30%,應(yīng)選用0.5級(jí)。(4根據(jù)需要確定變比與匝數(shù)。(5型號(hào)規(guī)格選擇。根據(jù)供電線路一次負(fù)

20、荷電流確定變比后,再根據(jù)實(shí)際安裝情況確定型號(hào)。(6額定容量的選擇。電流互感器二次額定容量要大于實(shí)際二次負(fù)載,實(shí)際二次負(fù)載應(yīng)為25100%二次額定容量。容量決定二次側(cè)負(fù)載阻抗,負(fù)載阻抗又影響測(cè)量或控制精度。負(fù)載阻抗主要受測(cè)量?jī)x表和繼電器線圈電阻、電抗及接線接觸電阻、二次連接導(dǎo)線電阻的影響。相關(guān)介紹施工、安裝要點(diǎn)1.二次繞組必須可靠接地,以防止由于絕緣損壞后,一次側(cè)高電壓傳入危及人身安全。 2.二次測(cè)絕對(duì)不容許開(kāi)路。開(kāi)路時(shí)互感器成了空載狀態(tài),磁通高出額定時(shí)許多(1.4-1.8T,除了產(chǎn)生大量鐵耗損壞互感器外,還在副邊繞組感應(yīng)出危險(xiǎn)的高壓,危及人身安全。電流互感器銘牌標(biāo)志電流互感器型號(hào)由以下幾部分組成,各部分字母、符號(hào)表示內(nèi)容:第一個(gè)字母:L電流互感器。第二個(gè)字母:F風(fēng)壓式;M母線式(穿芯式。第三個(gè)字母:C瓷絕緣式;Z澆注式。第四個(gè)字母:B 保護(hù);D差動(dòng)。第一個(gè)字母:數(shù)字電壓等級(jí)(kV。例如LMZ0.66表示用環(huán)氧樹(shù)脂澆注的穿芯式電流互感器0.66kV。額定工作電壓,互感器允許長(zhǎng)期運(yùn)行的最高相同電壓有效值。額定一次電流,作為互感器性能基準(zhǔn)的一次電流值。額定二次電流,作為互感器性能基準(zhǔn)的二次電流值,通常為5A或1A。額定電流比,額定一次電流與額定二次電流之比。額定負(fù)荷,確定互感器準(zhǔn)確級(jí)所依據(jù)的負(fù)荷值。電流互感器二次K1.K2端子以外的回路阻抗都是電流互感器的負(fù)荷。通常以視在功率伏