电流互感器工作原理及特点

第三章互感器
第2节电流互感器
一、电流互感器的工作原理及特点
电流互感器是二次回路中，供测量和保护用的电流源。

通过它正确反映电气一次没备的正常运行和故障情况下的电流。

目前农村配电网中均采用电磁式电流互感器（用字母TA表示）。

其特点是：一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关；电流互感器二次绕组所接仪表和继电器电流线圈阻抗很小所以在正常情况下，电流互感器在接近短路状态下运行。

电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比，即Ki=I1e/I2e。

LZZJ-10 LA-10Q LCWD-10
500kV断路器及TA
电流互感器工作原理
二、电流互感器的误差
电流互感器的等值电路及相量图，如图所示。

图中以二次电流I 2为基准，画在第一象限水平轴上，即I 2初相角为0。

二次电压U 2较I 2超前二次负荷功率因数角Ψ2，E 2超前I 2二次总阻抗角a 。

铁芯磁通φ超前E 290℃。

励磁磁势N I 10对φ超前铁芯损耗角Ψ。

根据磁势平衡原理N I N I N I 102211=+和相量图可知，一次通过的实际电流与二次电流测量值乘以额定互感比以后所得的值在数值和相位上都有差异，即有测量误差。

这是由于电流互感器存在励磁损耗和磁饱和等而引起的。

这种误差，通常用电流误差和角误差（相对误差）来表示，其定义如下：
电流误差为二次电流测量值乘额定互感比所得的值与实际一次电流之差，以后者的百分数表示，即
%1001
12⨯-
=i i i k f i i
由磁势平衡方程可知，当励磁损耗很小时， N N K I I N 1221=≈ ，所以上式也可以写成：
角误差为二次电流相量旋转180 后与一次电流相量所夹的角，并规定'-I 2超前'I 1时，角误差为正值；反之，为负值。

当误差角很小时，上式也可写成：
%100)sin(1
110⨯+-=αψN I N I f i
角误差的公式如下：
分3440)cos(sin 1
110⨯+=αψδδN I N I i
i 00
1001
11
122⨯-=
N I N I N I f i
三、电流互感器的运行参数对误差的影响
如前所述，电流互感器的误差主要由励磁损耗和磁饱和等因素而引起。

励磁损耗的大小直接影响着误差的大小，而励磁损耗又主要由互感器的结构参数决定。

有关这种因素应在互感器的设计和制造中予以综合考虑。

下面仅就互感器运行参数对误差的影响进行分析。

1．一次电流的影响 一次电流I 1与互感电势E 2和磁感应强度B 成正比，而且还与磁导率μ及铁芯损耗角ψ有关。

铁芯损耗角ψ随磁场强度的大小而变化。

为了减少电流互感器的误差，一般铁芯选用的磁感强度不大，在额定二次负荷下，一次电流为额定值时，约为0.4T 。

当—次电流I 1减小，µ值将逐渐下降，由于磁导率下降励磁损耗增大，故误差f i 和δi 随I 1减小而增大，但由于µ随H 减小而减小，故δi 比f i 增加快些，其误差变化特性曲线如图所示。

当系统发生短路，一次电流为数倍的额定电流时，由于铁芯开始饱和，μ值下降，因而误差随I 1增加而加大，其变化特性曲线f i 比δi 增加快些。

2．二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响 当功率因数不变时，增加二次负荷阻抗Z2 ，I 2减小，依磁势平衡
N I N I N I 1
2
2
1
1
=+，N I
10
将增加，因而f i 和δi 增大。

当二次负荷功率因数角ψ2增加时，则a 角增大，使f i 增大，而δi 减小。

反之ψ2减小时，f i 减小，而δi 增大。

3．电流互感器二次绕组开路的影响
二次绕组开路会产生下列现象：电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，即 ，励磁磁势由正常为数很小的 骤增为 ，由于铁芯饱和，磁通的波形畸变为矩形波，而二次绕组感应电势是与磁通的变化率 成正比的，因此二次绕组将在磁通过零时．感应产生很高的尖顶波电势，其值可达上万伏。

产生的后果是：危及工作人员的人身安全和仪表、继电器的绝缘，磁感应强度骤增使铁芯损耗增加，引起过热使铁芯和线圈都有被损坏的危险；在铁芯中还会产生励磁使互感器误差增大。

因此电流互感器一次侧通有电流时，二次线圈是不允许开路的。

四、电流互感器的准确级和额定容量 1．电流互感器的准确级
电流互感器的准确级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大误差。

电流互感器根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级。

对于测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度，而保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，—般只要求3—10级，但是对在可能出现的短路电流范围内，则要求互感器最大误差限值不得超过—10％。

当电流互感器所通过的短路电流为一次额定电流n 倍时，其误差达到-10％，那么这个n 称为10％倍数，而10%倍数与互感器二次允许最大负荷阻抗Z 2e 的关系曲线n ＝f （Z 2e ）便叫做电流互感器的10％误差曲线。

通常，10％误差曲线由制造厂家提供，只要电流互感器实际二次负荷不超过按最大一次电流倍数从曲线上查出的Z 2e 值，就保证了误差不超过—10％。

（如效果好，把此图改为p38图3-6）
2．电流互感器的额定容量
电流互感器的额定容量是指电流互感器在额定二次电流I2和额定二次阻抗Z2e下运行时，二次绕组输出的容量。

通常，电流互感器的二次额定电流为5A或1A，故其容量也常用额定二次阻抗来表示．
五、电流互感器的类型和结构
按安装地点分：户内型和户外型；
按安装方式分：穿墙式、支持式和装入式；
按绝缘方式分：油浸式、干式、浇注式；
按一次绕组匝数分：单匝式、多匝式。

符号表达式
第一个字母第二个字母第三个字母第四个字母
字母含义字母含义字母含义字母含义
L电流互感器A穿墙式
B支持式
C瓷箱式
D单匝式
F复匝式
J接地保护
M母线式
Q线圈式
R装入式
Y低压式
Z支柱式C瓷绝缘
G改进的
J树脂浇注
K塑料外壳
L电容式绝缘
M母线式
P中频的
S速饱和的
W户外式
Z浇注绝缘
B保护级
D差动保护
J加大容量
Q加强型
Z浇注绝缘
农村发电厂、变电站常用的电流互感器有穿墙式、套管式、浇注式和支柱式。

第三节电压互感器
（a）单相接线；（b）星形接线；（c）不完全星形接线。