浅谈电流互感器误差及影响

浅谈电流互感器误差及影响

摘要：电流互感器是一次系统和二次系统电流间的联络元件，将一次回路的大电流转换为小

电流，供给测量仪表和保护装置使用。电流反应系统故障的重要电气量，而保护装置是通过电流互感器来间接反应一次电流的，因此电流互感器的性能直接决定保护装置的运行。然而从互感器本身和运行使用条件方面来看，电流互感器存在不可避免的误差，本文分别从这两个方面分析了误差，并结合实际工作阐述了误差带来的影响，以便在工作中加强重视，并做出正确的分析。

关键词：电流互感器 励磁电流 误差

一、电流互感器的误差

在理想条件下，电流互感器二次电流I 2＝I 1/Kn ，Kn=N 2/ N 1 ，N 1 、N 2 为一、二次绕组的

匝数，不存在误差。但实际上不论在幅值上（考虑变比折算）和角度上，一二次电流都存在差异。这一点我们可以从图中看到。

从图一看，实际流入互感器二次负载的电流I’2 ＝I 1－Ie ，其中I’2 = I 2 * Kn,Ie 为励

磁电流，即建立磁场所需的工作电流。正是因为励磁损耗的存在，使得I 1 和I’2 在数值上和

相位上产生了差异。正常运行时励磁阻抗很大，励磁电流很小，因此误差不是很大，经常可以被忽略。但在互感器饱和时，励磁阻抗会变小，励磁电流增大，使误差变大。

图二相量图，以I’2 为基准，E 2 较－I’2超前φ角（二次总阻抗角，即Z 2 和Z 阻抗角），

如果不考虑铁磁损耗，励磁阻抗一般被作为电抗性质处理，Ie 超前E 2 为90度， I’2与Ie 合成I 1。图中I’2与I 1不同相位，两者夹角δ即为角度误差。

对互感器误差的要求一般为，幅值误差小于10％，角度误差小于7度。

二、电流互感器的饱和

电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie 引起的。正常运行时由于励磁阻抗较大，因此Ie 很小，以至于这种误差是可以忽略的。但当CT 饱和时，饱和程度越严重，励磁阻抗越小，

Z

图一 等值电路

E 图二 相量图

励磁电流极大的增大，使互感器的误差成倍的增大，影响保护的正确动作。最严重时会使一次电流全部变成励磁电流，造成二次电流为零的情况。

引起互感器饱和的原因一般为电流过大或电流中含有大量的非周期分量，这两种情况一般都出现在发生在事故时候，此时本来要求保护正确动作快速切除故障，但如果互感器饱和就很容易因误差过大引起保护的不正确动作，进一步影响系统安全。

这里对互感器保护做定性分析。所谓互感器的饱和，实际上讲的是互感器铁心的饱和。互感器之所以能传变电流，就是因为一次电流在铁芯中产生了磁通，进而在缠绕在同一铁芯中上的二次绕组中产生电动势U＝4.44f*N*B*S×10-8。式中f为系统频率，HZ；N为二次绕组匝数；S为铁芯截面积，m2；B为铁芯中的磁通密度。如果此时二次回路为通路，则将产生二次电流，完成电流在一二次绕组中的传变。而当铁芯中的磁通密度达到饱和点后，B随励磁电流或是磁场强度的变化趋于不明显。也就是说在N,S,f确定的情况下，二次感应电势将基本维持不变，因此二次电流也将基本不变，一二次电流按比例传变的特性改变了。互感器的饱和的实质是铁芯中的磁通密度B过大，超过了饱和点造成的。而铁芯中磁通的多少决定于建立该磁通的电流的大小，也就是励磁电流Ie的大小。当Ie过大引起磁通密度过大，将使铁芯趋于饱和。而此时互感器的励磁阻抗会显著下降，从而造成励磁电流的再增大，于是又进一步加剧了磁通的增加和铁芯的饱和，这其实是一个恶性循环的过程。从图1中可以看到，Ze的减小和Ie的增加，将表现为互感器误差的增大，以至于影响正常的工作。

铁芯的饱和一般可以分成两种情况来了解。其一是稳态饱和，其二为暂态饱和。

是按比例对于稳态饱和，可以借助图一进行分析。在图中可以知道，Ie和二次电流I’

2

分流的关系。假设励磁阻抗Ze不变。当一次电流由于发生事故等原因增大时，Ie也必然会按比例增大，于是铁芯磁通增加。如果一次电流过大，也会引起Ie的过大，从而又会走入上面所说的那种循环里去，进而造成互感器饱和。

暂态饱和，是指发生在故障暂态过程中，由暂态分量引起的互感器饱和。任何故障发生时，电气量都不是突变的。故障量的出现必然会伴随着或多或少的非周期分量。而非周期分量，特别是故障电流中的直流分量是不能在互感器一二次间传变的。这些电流量将全部作为励磁电流出现。因此当事故发生时伴有较大的暂态分量时，也会造成励磁电流的增大，从而造成互感器饱和。

三、电流互感器的误差分析

就继电保护专业而言，角度误差的测量过于繁复且实际情况下误差也极少出现超标的情

等于保护安装处可能的最大短路电流时，况，更关注的是幅值的误差。一般要求一次电流I

1

幅值误差小于等于10％。根据一般的电路原理我们可知，在图一中，为满足10％误差的要求

/Kn），则必须保证励磁阻抗Ze大于等于9倍的二次回路总负载阻抗（Ie小于等于10％的I

1

（Z2＋Z）。因此为了进行10％误差分析，必须知道保护安装处的最大短路电流、对应于该电流的互感器励磁阻抗值和电流互感器的二次回路总负载阻抗。

励磁阻抗的测量通过平时所说的伏安特性试验，试验从互感器二次测施加电压U，测得励磁电流Ie（因为此时互感器一次侧开路，因此电流只能流过励磁阻抗Ze，所以此电流一定是励磁电流。另外，还需注意此项试验一般应在一次开路的情况下进行，以防止一次回路分流，产生误差）。改变外加电压U,会得到不同的Ie。多组U和Ie的组合，就构成了伏安特性试验数据。将这些数据所对应的点在U－Ie坐标系中绘出并连成曲线，就是互感器的伏安特性曲线。该曲线上任一点的切线，就近似是该点的数据所对应的励磁阻抗。

励磁阻抗并不是一个恒定的值，而是随着Ie的变化不断变化的。曲线在初始阶段基本为一条直线，励磁阻抗的值基本保持不变，这对应着互感器的线性工作区。而当超过饱和点O 点后，曲线急剧趋于水平，U很小的变化都会带来Ie极大的增加。说明此时励磁阻抗的值突然变得很小，这对应于互感器的饱和工作区。

三、电流互感器本身性能产生的影响