2.2　電流互感器

電流互感器依據電磁感應原理，由閉合的鐵芯和繞組組成。它的一次側繞組匝數很少，串在需要測量電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過，二次側繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，由于測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，因此電流互感器的工作狀態接近短路。電流互感器是把一次側大電流轉換成二次側小電流來使用，二次側不可開路。

2.2.1　電流互感器的分類及特點

（1） 電流互感器的分類

①按用途分

a.測量用電流互感器（或電流互感器的測量繞組）：在正常電壓范圍內，向測量、計量裝置提供電網電流信息。

b.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。

②按安裝地點分

戶內型電流互感器：一般用于35kV及以下電壓等級。

戶外型電流互感器：一般用于35kV及以上電壓等級。

③按絕緣介質分　有干式絕緣、油絕緣、澆注絕緣和氣體絕緣。

④按安裝方式分

a.貫穿式電流互感器：用來穿過屏板或墻壁的電流互感器。

b.支柱式電流互感器：安裝在平面或支柱上，兼作一次電路導體支柱用的電流互感器。

c.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。

d.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。

⑤按電流變換原理分

a.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。

b.光電式電流互感器：通過光電變換原理實現電流變換的電流互感器。

⑥按一次繞組匝數分

a.單匝式電流互感器：大電流互感器常用單匝式，如圖2-8（a）、（b）、（c）所示。

b.多匝式電流互感器：中、小電流互感器常用多匝式，如圖2-8（d）、（e）所示。

如圖2-8所示，圖（a）、（b）、（c）三種結構均為單匝式。圖2-8（a）的結構是本身不帶一次繞組，所謂母線式和套管式都屬于此種。電氣設備的母線或套管的導電桿就是電流互感器的一次繞組。圖2-8（b）是用導電桿（管）制成的一次繞組的單匝式電流互感器結構原理。圖2-8（c）為一次繞組是U字形的結構。圖2-8（d）和（e）為多匝式電流互感器的結構原理。

⑦按電流比分

a.單電流比電流互感器：即一、二次繞組匝數固定，電流比不能改變，只能實現一種電流比變換的互感器。

b.多電流比電流互感器：即一次繞組或二次繞組匝數可改變，電流比可以改變，可實現不同電流比變換。

c.多個鐵芯電流互感器：這種互感器有多個各自具有鐵芯的二次繞組，以滿足不同精度的測量和多種不同的繼電保護裝置的需求。為了滿足某些裝置的要求，其中某些二次繞組具有多個抽頭。

⑧按保護用電流互感器技術性能分

a.穩態特性型：保證電流在穩態時的誤差，如P、PR、PX級。

b.暫態特性型：保證電流在暫態時的誤差，如TPX、TPY、TPZ、TPS級等。

（2） 電流互感器的極性

電流互感器極性端的標注方法和符號與電壓互感器相同，如圖2-9所示。一次電流的正方向從極性端H₁流入一次繞組，從H₂端流出；二次電流的正方向從二次繞組的極性端K₁流出，從K₂流入，即“頭進頭出”。

（3）電流互感器的特點

①電流互感器的一次繞組（原繞組）串聯在一次電路中，并且匝數很少，因此，一次繞組中的電流完全取決于被測電路的一次負荷，而與二次電流無關。

②電流互感器二次繞組（副繞組）與測量儀表、繼電器等的電流線圈串聯，由于測量儀表和繼電器等的電流線圈阻抗都很小，電流互感器的正常工作方式接近于短路狀態。因此電流互感器在運行中不允許二次側（連接二次繞組回路）開路。如果二次側開路，二次電流為零，這時電流互感器的一次電流全部用來勵磁，鐵芯中的磁通密度驟增，在互感器的二次繞組中將感應出很高的電壓，其峰值可達到數千伏。這一高電壓對設備絕緣和運行人員的安全都是危險的。為了防止電流互感器二次側開路。對運行中的電流互感器，當需要拆開所連接的儀表和繼電器時，必須先短接其二次繞組。

③電流互感器的變比。電流互感器一次繞組為ω₁匝，額定電流為I_1N；二次繞組為ω₂匝，額定電流為I_2N。則一、二次繞組額定電流之比稱為電流互感器的額定變比。

2.2.2　電流互感器的接線方式

電流互感器的接線應遵守串聯原則，即一次繞組應和被測電路串聯，二次繞組應和儀表或繼電保護或自動裝置的電流線圈相串聯。電流互感器常見的接線方式有：單相接線、三相完全星形接線、兩相不完全星形接線、零序接線等。

（1）單相接線

如圖2-10所示，在三相電路中，電流互感器只接在一相上，反映被測相電流。適用于測量三相對稱負荷的一相電流、變壓器中性點的零序電流。

（2）三相完全星形接線

如圖2-11所示，三個型號相同的電流互感器的一次繞組分別串接到一次系統三相回路中，二次繞組與二次負載連接成星形接線。這種接線方式在中性點直接接地的電力系統中，對于任何形式的短路故障都能起到保護作用。在中性點不直接接地的電力系統中，對單相接地以外的任何故障能起到保護作用。這種接線可以作為容量較大的發電機和變壓器的保護。

（3）兩相不完全星形接線

如圖2-12所示，兩個型號相同的電流互感器一次繞組分別串接在系統U、W兩相回路中。可測量三相不平衡電流，常用于三相三線制中性點不直接接地系統中，用作相間保護和電流測量，而V相接地時保護不動作。

（4） 兩相電流差接線

如圖2-13所示，兩只型號相同的電流互感器的一次繞組分別串接在U、W兩相上，一個二次負載接于二次繞組的兩相電流差回路。這種接線僅適用于作為線路或電動機的保護，不適用于Yd或Yyn接線的變壓器，因為變壓器二次側u、v相間短路或v相對地短路時，流過繼電器的故障電流為零。

（5） 零序接線

如圖2-14所示，三個型號相同的電流互感器的極性端連接起來，同時將非極性端也連接起來，然后再與負載相連接，組成零序電流濾過器。這種接線方式主要用于繼電保護及自動裝置回路，測量儀表回路一般不用。

2.2.3　電流互感器的誤差和準確度

（1）電流互感器的誤差

在理想的電流互感器中，勵磁損耗電流為零，一、二次電流之比完全與其匝數成反比，并且一、二次電流的相位也沒有誤差。但是，在實際的電流互感器中，由于不可避免地存在勵磁電流，因此通常存在電流幅值上的誤差（簡稱變比誤差或比差）和相位上角度的誤差（簡稱角差）。

電流互感器的比差

　　（2-2）

式中　K——電流互感器的變比；

I₂——二次電流的實測值，A；

I₁——一次電流的實際值，A。

電流互感器的角差是指二次電流相量旋轉180°以后，與一次電流相量間的夾角δ。并且規定二次電流相量超前于一次電流相量時，角差δ為正，反之為負。

（2）電流互感器的準確度等級

電流互感器的準確度等級通常分為0.2、0.5、1、3、10、10P10、10P20幾個等級。所謂準確度等級，就是電流互感器比差所具有的百分值。例如準確度等級為0.5級，表示該電流互感器的比差（在額定電流時）為0.5%。當一次電流低于其額定電流時，電流互感器的比差及角差也隨之增大，不同的一次電流，其允許誤差是不同的。一般情況下，0.2級用于精密測量，0.5級用于電度表，1級用于配電盤儀表，3級用于過電流保護，10級用于非精密測量繼電器等。

由于電流互感器二次側所接的阻抗（即負載）大小，影響電流互感器的準確度等級，所以，電流互感器銘牌中規定的準確度等級均規定有相應的容量（V·A值或負載Z值）。二次側所帶的負載超過規定的容量時，其誤差也將超出準確度等級的規定。因此，在選用電流互感器時，應特別注意二次負載所消耗的功率不應超過電流互感器的額定容量。

2.2.4　電流互感器選擇和配置應符合的要求

（1）電流互感器的選擇應符合的要求

①應滿足一次回路的額定電壓、最大負荷電流及短路時的動、熱穩定電流的要求。

②應滿足二次回路測量儀表、繼電保護和自動裝置的要求。

③500kV保護用電流互感器的暫態特性應滿足繼電保護的要求。

（2） 電流互感器的配置應符合的要求

①電流互感器二次繞組的數量度與準確度等級應滿足繼電保護自動裝置和測量表計的要求。

②用于保護裝置時，應減少主保護的不保護區。保護接入電流互感器二次繞組的分配，應注意避免當一套線路保護停用而線路繼續運行時，出現電流互感器內部故障時的保護死區。

③對中性點直接接地系統，可按三相配置；對中性點非直接接地系統，依具體要求可按兩相和三相配置。

④當采用一臺半斷路器接線時，對獨立式電流互感器每串宜配置三組。

⑤用于自動調整勵磁裝置時，應布置在發電機定子繞組的出線側。

2.2.5　電流互感器二次回路的要求

（1）電流互感器的二次回路應滿足的要求

①電流互感器的接線應滿足測量儀表、遠動裝置、繼電保護和自動裝置檢測回路的具體要求。

②為防止電流互感器一、二次繞組之間絕緣損壞而被擊穿時，高電壓侵入二次回路危及人身和二次設備安全，在電流互感器二次側必須有一個可靠的接地點。但不允許有多個接地點，否則會使繼電保護拒絕動作或儀表測量不準確。

③由于電流互感器正常運行時，近似于短路狀態。一旦二次回路出現開路故障，在二次繞組兩端，會出現危險的過電壓，對二次設備和人身安全造成很大的威脅。因此，運行中的電流互感器嚴禁二次回路開路。

④為保證電流互感器能在要求的準確級下運行，其二次負載阻抗不應大于允許值。

⑤保證極性連接正確。

（2） 電流互感器防止二次回路開路的措施

①電流互感器二次回路不允許裝設熔斷器。

②電流互感器二次回路一般不進行切換。當必須切換時，應有可靠的防止開路措施。

③繼電保護與測量儀表一般不合用電流互感器。當必須合用時，測量儀表要經過中間變流器接入。

④對于已安裝而尚不使用的電流互感器，必須將其二次繞組的端子短接并接地。

⑤電流互感器二次回路的端子應使用試驗端子。

⑥電流互感器二次回路的連接導線應保證有足夠的機械強度。