电流互感器原理和特性试验

电流互感器原理及特性试验

一. 电流互感器基本原理

为保证电力系统的安全和经济运行,需要对电力系统及其中各电力设备的相关参数进

行测量,以便对其进行必要的计量、监控和保护。通常的测量和保护装置不能直接接到高电

压大电流的电力回路上, 需将这些高电平的电力参数按比例变换成低电平的参数或信号,以供给测量仪器、仪表、继电保护和其他类似电器使用。进行这种变换的变压器,通常称为互感器或仪用变压器。

互感器作为一种特殊的变压器,其特性与一般变压器有类似之处,但也有其特定的性能要求。

电流互感器(current transformer) 简称CT,是将一次回路的大电流成正比的变换为二次

小电流以供给测量仪器仪表继电保护及其他类似电器。

电流互感器的基本电路如图1-1 。

I p I s z ct

Z b

电流互感器外接负荷

Ip 一次回路电流Z ct 二次绕组阻抗

Z b 负荷阻抗

I s 二次回路电流

图1 电流互感器的基本电路

电流互感器的一次绕组和二次绕组绕在同一闭合的铁心上,如果一次绕组带电而二次绕

组开路,互感器成为一个带铁心的电抗器。一次绕组中的电压降等于铁心磁通在该绕组中引

起的电动势, 铁心磁通也在二次绕组中感应出相应的电动势。如果二次绕组的回路通过一个阻抗形成闭合回路，则二次回路中将产生一个电流，此电流在铁心中产生磁通趋向于抵消一

次绕组产生的磁通。忽略误差时，二次回路电流与一次回路电流之比值等于一次绕组匝数与

二次绕组匝数之比。

电流互感器的用途是实现被测电流值的变换，与普通变压器不同的是其输出容量很

小。一般不超过数十伏安。一组电流互感器通常有多个铁心，即具有多个绕组，提供不同的用途。中压的（如10KV 级）某些类型互感器可能只有1～3 个二次绕组。而超高压的电流

互感器的二次绕组可多达6～8 个。

电流互感器的一次绕组通常串接于被测量的一次电路中,二次绕组通过导线或电缆串

接仪表及继电保护等二次设备。电流互感器二次电流在正常运行及规定的故障条件下,应与一次电流成正比,其比值和相位不超过规定值。电流互感器的额定一次电流和额定二次电流

是作为互感器性能基准的一次电流和二次电流。

电流互感器按其用途和性能特点可分为两大类:一类是测量用电流互感器,主要在电力系统正常运行时将相应电路的电流变换供给测量仪表积分仪表和其他类似电器,用于状态监视记录和电能计量等用途。另一类是保护用互感器,主要在电力系统非正常运行和故障状态下,将相应电路的电流变换供给继电保护装置和其他类似电器,以便启动有关设备清除故障,

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也可实现故障监视和录波。

测量用和保护用两类电流互感器的工作范围和性能差别很大一般不能共用。但可组装在一组电流互感器内,由不同的铁心和二次绕组分别实现测量和保护功能。

二.电流互感器技术参数及意义

实际一次电流Ip 实际一次电流方均根值（有效值）；

额定一次电流Ipn 作为电流互感器性能基准的一次电流值，是长期连续正常运行一次电流值；

国标GB1208-1997 规定标准值（以下简称标准值）：

10 12.5 15 20 25 30 40 50 60 75A 以及它们十进制倍数或小数，

一般10-500kV 电流互感器额定一次电流50-2500A, 用于100-600MW 大型发电机

10-20kV 出线侧的电流互感器一次电流可达到6000-25000A 。

额定仪表限值一次电流I PL 测量用电流互感器在二次负荷等于额定负荷，且复合误差等于或大于10%时的最小一次电流值。

仪表保安系数FS 测量用电流互感器额定仪表限值一次电流I PL 对额定一次电流Ipn 之比，标准值为 5 和10。

额定准确限值一次电流Ipal 保护用电流互感器在稳态情况能满足复合误差要求的最大一次电流值；

准确限值系数Kalf( 或ALF) 保护用电流互感器额定准确限值一次电流Ipal 与额定一次电流Ipn 之比，

Kalf = Ipal /Ipn ；

标准值： 5 10 15 20 30 ，产品样本中最大可达到40。

测量用电流互感器二次极限感应电势仪表保安系数FS、二次额定电流及额定负荷与二次绕组阻抗的相量和乘积。

保护用电流互感器二次极限感应电势由准确限值系数Kalf( 或ALF) 、二次额定电流及额定负荷与二次绕组阻抗的相量和乘积。

实际二次电流Is 测量条件下通过的实际二次电流方均根值（有效值）；

额定二次电流Isn 作为电流互感器性能基准的二次电流值，是长期连续正常运行二次电流值；

额定电流比Kn kn= Ipn/ Isn;

负荷二次回路阻抗，用欧姆和功率因数表示。负荷通常以视在功率伏安值表示，它是在规定功率因数及额定二次电流下所汲取的。

额定负荷确定互感器准确等级所依据的负荷值。

额定输出在额定二次电流及接有额定负荷条件下，互感器所供给二次回路的视在功率值（在规定功率因数下以伏安表示）。

标准值为： 2.5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100 VA 。

电流误差(比误差)εI εI= （kn Is- Ip ）/ Ip ×100% ；

复合误差εc 稳态条件下一次电流瞬时值ip 与二次电流瞬时值is 乘以Kn 两者之差的方均根值，

准确等级对电流互感器所给定的等级，互感器在规定使用条件下的误差应在规定限度内。

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对于测量用电流互感器，以额定一次电流情况下互感器二次侧接入额定负荷(VA) 时的二次电流误差限值为互感器的准确等级，（例如15VA0.2 级、30VA 0.5 级等）。

标准值为：0.1 0.2 0.5 1 3 5。

对于保护用电流互感器，以保护用互感器类型（P、PR、PX 和TPS、TPX 、TPY 、TPZ 等）、额定准确限值一次电流下的复合误差值、Kalf( 或ALF) 准确限值系数、

额定输出（VA）等参数标注准确等级（例如：30VA 5P10、15VA 10P20 等）

标准值为：5P 10P

励磁电流Ie 在一次绕组和其他绕组开路的情况下，以额定频率的正弦波电压时驾驭二次接线端子时，二次绕组所汲取的电流方均根值。

三、电流互感器试验

电流互感器试验分为出厂试验、交接验收试验、大修试验、预防性试验。按试验性质和

要求分为绝缘试验和特性试验。

电流互感器特性试验项目包括：

a. 测量二次绕组的直流电阻；

b. 极性试验；

c. 变比试验；

d. 伏安特性试验。

1.测量二次绕组的直流电阻：

电流互感器的二次绕组直流电阻较小，应使用双臂电桥测试比较准确。也可采用直流压

降法，通入直流电流，测量电流、电压计算求得。现场试验一般不要求测试。但是如果需要

根据伏安特性绘制误差特性曲线，使用到二次绕组直流电阻值。如果没有互感器的出厂测试值，就要在现场测试二次绕组的直流电阻值。

2.极性试验：

极性试验的目的是为了检查一、二次绕组之间的极性关系是否正确。电流互感器一、

二次绕组规定为减极性。所谓减极性，就是当从一侧绕组的参考正极性端通入交流电流时，

同时在另一侧绕组中产生感应电势，如果另一侧绕组外部端子接有负载或短接，将有电流从另一侧绕组的参考极性端流出，由非极性端返回。两侧绕组电流所产生的磁势相减。

极性试验的方法一般采用直流法，试验接线如图3。

s

+

+ +

v

E

-

-

-

互感器

图2

图3 中电源 E 一般使用 1.5-3V 干电池，试验时加在匝数少的绕组侧，匝数多的绕组侧

接一个直流电压表，电压表的量程根据两侧绕组匝数比确定，匝数比越大，量程选的越大。

试验时，当开关S 闭合时，如果电压表V 指针正偏转，两侧绕组的极性关系为减极性，指

针反偏转为加极性。

3．变比试验：

变比试验的目的是为了检查电流互感器的实际变流比是否于额定变流比相否，也称为误

差试验。理想的电流互感器应当是一、二次侧电流值按额定变流比变换，相位一致。由于二

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