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電流互感器

電流互感器
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電流互感器 是依據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。互感器是一種特殊的變壓器，它被廣泛應用於供電系統中向測量儀表和繼電器的電流線圈供電。

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很少，串在需要測量的電流的線路中。電流互感器的作用是將一次迴路的大電流變為二次迴路標準的小電流，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，並使其結構輕巧、價格便宜，操作安全。

基本信息

中文名 ：電流互感器

外文名： Current transformer

簡 稱： CT

工作原理： 電磁感應

涉及學科 ：電學

基本結構

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電流互感器（current transformer，簡稱CT），由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中，二次繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護迴路中。電流互感器起到變流和電氣隔離作用，它是電力系統中測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次迴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，二次側接測量儀表、繼電保護等。

電流互感器由一次線圈、二次線圈、鐵心、絕緣支撐及出線端子等組成。電流互感器的鐵心由硅鋼片疊制而成，其一次線圈與主電路串聯，且通過被測電流I1，它在鐵心內產生交變磁通，使二次線圈感應出相應的二次電流I2。如將勵磁損耗忽略不計，則I1n1=I2n2，其中n1和n2分別為一、二次線圈的匝數。電流互感器的變流比K=I1/I2=n2/n1。

由於電流互感器的一次線圈連接在主電路中，所以一次線圈對地必須採取與一次線路電壓相適應的絕緣材料，以確保二次迴路與人身的安全。二次迴路由電流互感器的二次線圈、儀表以及繼電器的電流線圈串聯組成。電流互感器大致可分為兩類，測量用電流互感器和保護用電流互感器。

工作原理

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在發電、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。為便於測量、保護和控制需要轉換為比較統一的電流，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 。

電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作，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）的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，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的電流轉變為5A的電流。

參數說明

一、電流互感器型號 ：

第一字母：L—電流互感器

第二字母：A—穿牆式；Z—支柱式；M—母線式；D—單匝貫穿式；V—結構倒置式；J—零序

接地檢測用；W—抗污穢；R—繞組裸露式

第三字母：Z—環氧樹脂澆注式；C—瓷絕緣；Q—氣體絕緣介質；W—與微機保護專用

第四字母：B—帶保護級；C—差動保護；D—D級；Q—加強型；J—加強型ZG

第五數字：電壓等級 產品序號

二、 主要技術要求

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2.1 額定容量：額定二次電流通過二次額定負荷時所消耗的視在功率。額定容量可以用視在功率V.A表示，也可以用二次額定負荷阻抗Ω表示。

2.2 一次額定電流：允許通過電流互感器一次繞組的用電負荷電流。用於電力系統的電流互感器一次額定電流為5～25000A，用於試驗設備的精密電流互感器為 0.1～50000A。電流互感器可在一次額定電流下長期運行，負荷電流超過額定電流值時叫做過負荷，電流互感器長期過負荷運行，會燒壞繞組或減少使用壽命。

2.3 二次額定電流：允許通過電流互感器二次繞組的一次感應電流。

2.4 額定電流比（變比）：一次額定電流與二次額定電流之比。

2.5 額定電壓：一次繞組長期對地能夠承受的最大電壓（有效值以kV為單位），應不低於所接線路的額定相電壓。電流互感器的額定電壓分為0.5，3，6，10，35，110，220，330，500kV等幾種電壓等級。

2.6 10%倍數：在指定的二次負荷和任意功率因數下，電流互感器的電流誤差為－10%時，一次電流對其額定值的倍數。10%倍數是與繼電保護有關的技術指標。

2.7 準確度等級：表示互感器本身誤差（比差和角差）的等級。電流互感器的準確度等級分為0.001～1多種級別，與原來相比準確度提高很大。用於發電廠、變電站、用電單位配電控制盤上的電氣儀表一般採用0.5級或0.2級；用於設備、線路的繼電保護一般不低於1級；用於電能計量時，視被測負荷容量或用電量多少依據規程要求來選擇（見第一講）。

2.8 比差：互感器的誤差包括比差和角差兩部分。比值誤差簡稱比差，一般用符號f表示，它等於實際的二次電流與折算到二次側的一次電流的差值，與折算到二次側的一次電流的比值，以百分數表示。

2.9 角差：相角誤差簡稱角差，一般用符號δ表示，它是旋轉180°後的二次電流向量與一次電流向量之間的相位差。規定二次電流向量超前於一次電流向量δ為正值，反之為負值，用分（』）為計算單位。

2.10 熱穩定及動穩定倍數：電力系統故障時，電流互感器受到由於短路電流引起的巨大電流的熱效應和電動力作用，電流互感器應該有能夠承受而不致受到破壞的能力，這種承受的能力用熱穩定和動穩定倍數表示。熱穩定倍數是指熱穩定電流1s內不致使電流互感器的發熱超過允許限度的電流與電流互感器的額定電流之比。動穩定倍數是電流互感器所能承受的最大電流瞬時值與其額定電流之比。

分類介紹

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按用途分類

測量用電流互感器（或電流互感器的測量繞組）：在正常工作電流範圍內，向測量、計量等裝置提供電網的電流信息。

保護用電流互感器（或電流互感器的保護繞組）：在電網故障狀態下，向繼電保護等裝置提供電網故障電流信息。

按絕緣介質分類

1、乾式電流互感器 ：由普通絕緣材料經浸漆處理作為絕緣。

2、澆注式電流互感器：用環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 ：用來穿過屏板或牆壁的電流互感器。

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：根據電磁感應原理實現電流變換的電流互感器。

2、電子式電流互感器 ：

選擇依據

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額定電壓：電流互感器額定電壓應大於裝設點線路額定電壓。

變比：應根據一次負荷計算電流IC選擇電流互感器變比。

電流互感器一次側額定電流標準比（如20、30、40、50、75、100、150、2×a/C）等多種規格，二次側額定電流通常為1A或5A。其中2×a/C表示同一台產品有兩種電流比，通過改變產品的連接片接線方式實現，當串聯時，電流比為a/c，並聯時電流比為2×a/C。一般情況下，計量用電流互感器變流比的選擇應使其一次額定電流I1n不小於線路中的負荷電流（即計算IC）。如線路中負荷計算電流為350A，則電流互感器的變流比應選擇400/5。保護用的電流互感器為保證其準確度要求，可以將變比選得大一些。

準確級：應根據測量準確度要求選擇電流互感器的準確級並進行校驗。

額定容量：電流互感器二次額定容量要大於實際二次負載，實際二次負載應為25～100%二次額定容量。容量決定二次側負載阻抗，負載阻抗又影響測量或控制精度。負載阻抗主要受測量儀表和繼電器線圈電阻、電抗及接線接觸電阻、二次連接導線電阻的影響。

使用注意事項

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1）電流互感器的接線應遵守串聯原則 ：即一次繞阻應與被測電路串聯，而二次繞阻則與所有儀表負載串聯。

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，發熱嚴重乃至燒毀線圈；同時，磁路過度飽和磁化後，使誤差增大。

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，然後，再停電處理。一切處理好後方可再用。

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、旁路斷路器等迴路中均設2～8個二次繞阻的電流互感器。

5）對於保護用電流互感器的裝設地點應按儘量消除主保護裝置的不保護區來設置。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，使斷路器處於交叉保護範圍之中

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）為了減輕發電機內部故障時的損傷，用於自動調節勵磁裝置的電流互感器應布置在發電機定子繞組的出線側。為了便於分析和在發電機併入系統前發現內部故障，用於測量儀表的電流互感器宜裝在發電機中性點側。

常見故障

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電流互感器的常見故障往往與製造缺陷有關，具體如下：

1)電流互感器的絕緣很厚，有的絕緣包繞鬆散，絕緣層間有皺摺，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，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值時，就會造成局部放電。

上述局部放電的直接後果是使絕緣油裂解，在絕緣層間生成大量的x臘，介損增大。這种放電是有累積效應的，任其發展下去，油中氣體分析將可能出現電弧放電的特徵。

3)由於絕緣材料不清潔或含濕高，可能在其表面產生沿面放電。這種情況多見於一次端子引線沿墊塊表面放電。

4)某些連接鬆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鬆動，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、螺母鬆動，末屏接地螺母鬆動，抽頭緊固螺母鬆動等，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，雖然可能與製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，現場真空脫氣不充分或者檢修時不進行真空乾燥，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。

相關視頻

1、電流互感器的接線方法

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2、電流互感器的使用

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