電流互感器原理

　　電磁式電流互感器原理

　　電流互感器的主要所用是用來將交流電路中的大電流轉換為一定比例的小電流（我國標準為5安倍），以供測量和繼電保護只之用。大家應該知道在發電、變電、輸電、配電過程中由于用電設備的不同，電流往往從幾十安到幾萬安都有，而且這些電路還可能伴隨高壓。那么為了能夠對這些線路的電路進行監控、測量，同時又要解決高壓、高電流帶來的危險，這時就需要用到電流互感器了。有些人可能見過電工用的鉗形表，這是一種用來測量交流電流的設備，它那個“鉗”便是穿心式電流互感器。

　　電流互感器

　　電流互感器的結構如下右圖所示，可用它擴大交流電流表的量程。在使用時，它的原線圈應與待測電流的負載線路相串聯，副邊線圈則與電流表串接成閉合回路，如圖中右邊的電路圖所示。

　　電流互感器的原線圈是用粗導線繞成，其匝數只有一匝或幾匝，因而它的阻抗極小。原線圈串接在待測電路中時，它兩端的電壓降極小。副線圈的匝數雖多，但在正常情況下，它的電動勢E2并不高，大約只有幾伏。

　　1普通電流互感器結構原理

　　電流互感器的結構較為簡單，由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構架、殼體、接線端子等組成。（〕其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的匝數(N1)較少，直接串聯于電源線路中，一次負荷電流()通過一次繞組時，產生的交變磁通感應產生按比例減小的二次電流()；二次繞組的匝數(N2)較多，與

　　儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷(Z)串聯形成閉合回路，見圖1。

　　互感器原理電流互感器結構及原理

　　圖1普通電流互感器結構原理圖

　　由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數，I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比：。電流互感器實際運行中負荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態，相當于一個短路運行的變壓器。

　　穿心式電流互感器結構原理

　　穿心式電流互感器其本身結構不設一次繞組，載流(負荷電流)導線由L1至L2穿過由硅鋼片搟卷制成的圓形(或其他形狀)鐵心起一次繞組作用。二次繞組直接均勻地纏繞在圓形鐵心上，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷串聯形成閉合回路，見圖2。

　　互感器原理電流互感器結構及原理

　　穿心式電流互感器結構原理圖

　　由于穿心式電流互感器不設一次繞組，其變比根據一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數確定，穿心匝數越多，變比越小；反之，穿心匝數越少，變比越大，額定電流比：。〔)

　　式中I1——穿心一匝時一次額定電流；

　　n——穿心匝數。

　　3特殊型號電流互感器

　　3.1多抽頭電流互感器。這種型號的電流互感器，一次繞組不變，在繞制二次繞組時，增加幾個抽頭，以獲得多個不同變比。它具有一個鐵心和一個匝數固定的一次繞組，其二次繞組用絕緣銅線繞在套裝于鐵心上的絕緣筒上，將不同變比的二次繞組抽頭引出，接在接線端子座上，每個抽頭設置各自的接線端子，這樣就形成了多個變比，見圖3。

　　互感器原理電流互感器結構及原理

　　圖3多抽頭電流互感器原理圖

　　互感器原理電流互感器結構及原理

　　例如二次繞組增加兩個抽頭，K1、K2為100/5，K1、K3為75/5，K3、K4為50/5等。〔]此種電流互感器的優點是可以根據負荷電流變比，調換二次接線端子的接線來改變變比，而不需要更換電流互感器，給使用提供了方便。

　　3.2不同變比電流互感器。這種型號的電流互感器具有同一個鐵心和一次繞組，而二次繞組則分為兩個匝數不同、各自獨立的繞組，以滿足同一負荷電流情況下不同變比、不同準確度等級的需要，見圖4。

　　互感器原理電流互感器結構及原理

　　圖4不同變比電流互感器原理圖

　　例如在同一負荷情況下，為了保證電能計量準確，要求變比較小一些(以滿足負荷電流在一次額定值的2/3左右)，準確度等級高一些(如1K1、1K2為200/5、0.2級)；而用電設備的繼電保護，考慮到故障電流的保護系數較大，則要求變比較大一些，準確度等級可以稍低一點(如2K1、2K2為300/5、1級)。

　　3.3一次繞組可調，二次多繞組電流互感器。這種電流互感器的特點是變比量程多，而且可以變更，多見于高壓電流互感器。其一次繞組分為兩段，分別穿過互感器的鐵心，二次繞組分為兩個帶抽頭的、不同準確度等級的獨立繞組。一次繞組與裝置在互感器外側的連接片連接，通過變更連接片的位置，使一次繞組形成串聯或并聯接線，從而改變一次繞組的匝數，以獲得不同的變比。帶抽頭的二次繞組自身分為兩個不同變比和不同準確度等級的繞組，隨著一次繞組連接片位置的變更，一次繞組匝數相應改變，其變比也隨之改變，這樣就形成了多量程的變比，見圖5(圖中虛線為電流互感器一次繞組外側的連接片)。

　　互感器原理電流互感器結構及原理

　　帶抽頭的二次獨立繞組的不同變比和不同準確度等級，可以分別應用于電能計量、指示儀表、變送器、繼電保護等，以滿足各自不同的使用要求。（）例如當電流互感器一次繞組串聯時(圖5a)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3為300/5，1K1、1K3，2K1、2K3為150/5；當電流互感器一次繞組并聯時(圖5－5b)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3為600/5，1K1、1K3，2K1、2K3為300/5。其接線圖和準確度等級標準在銘牌上或使用說明書中。

　　零序電流互感器原理

　　電子式電流互感器原理

　　一種裝置，由連接到傳輸系統和二次轉換器的一個或多個電壓或電流傳感器組成，用以傳輸正比于被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。在數字接口的情況下，一組電子式互感器共用一臺合并單元完成此功能，主要包含電壓傳感器與電流傳感器。

　　單獨用于測量電流的電子式互感器就稱為電子式電流互感器。

　　電子式電流互感器可分為以下幾類:

　　(1)光學電流互感器。是指采用光學器件作被測電流傳感器，光學器件由光學玻璃、全光纖等構成。傳輸系統用光纖，輸出電壓大小正比于被測電流大小。由被測電流調制的光波物理特征，可將光波調制分為強度調制、波長調制、相位調制和偏振調制等。

　　(2)空心線圈電流互感器。又稱為Rogowski線圈式電流互感器。空心線圈往往由漆包線均勻繞制在環形骨架上制成，骨架采用塑料、陶瓷等非鐵磁材料，其相對磁導率與空氣的相對磁導率相同，這是空心線圈有別于帶鐵心的電流互感器的一個顯著特征。

　　(3)鐵心線圈式低功率電流互感器(LPCT)。它是傳統電磁式電流互感器的一種發展。其按照高阻抗電阻設計，在非常高的一次電流下，飽和特性得到改善，擴大了測量范圍，降低了功率消耗，可以無飽和的高準確度測量高達短路電流的過電流、全偏移短路電流，測量和保護可共用一個鐵心線圈式低功率電流互感器，其輸出為電壓信號。

　　電容式互感器

　　電容式電壓互感器利用若干個電容器串聯，利用電容器串聯分壓的原理（等同于電阻串聯分壓），抽取某個電容器上的電壓，再經變壓器變壓，以電容比換算出電壓比。