电流互感器及其应用

(一)电流互感器的工作原理

同电力变压器一样,电流互感器也是根据电磁感应原理工作,当一次侧流过电流时,在电流互感器的铁芯中产生交变磁通,此磁通在二次绕组产生感应电势,由此产生二次回路电流。电流互感器的一次、二次额定电流之比称为额定电流比。根据磁势平衡原理,如果忽略励磁电流,其电流比也可以认为就是电流互感器的二次绕组和一次绕组之比。一次绕组匝数较少,串接在需要测量的回路中,一次绕组流过的电流就是被测回路的电流,随着负荷的大小而变化,电流变化很大。二次绕组的匝数较多,串接在测量仪表或继电保护回路里。因测量仪表、继电保护回路阻抗很小,所以电流互感器二次绕组回路在正常工作时近于短路状态。电流互感器的作用是把大电流按一定比例变为小电流,提供给各种仪表、继电保护及自动装置用,并将二次系统与高电压隔离。它不仅保证了人身和设备的安全,也使仪表和继电器的制造简单化、标准化,提高了经济效益。

(二)电流互感器的技术参数

(1)变流比:常以分数形式标出,分子表示一次绕组的额定电流(A),分母表示二次绕组的额定电流(A)。

(2)容量:是指允许带的负荷功率,即伏安数。除了用伏安数来表示之外,也可以用二次负载的欧姆值来表示。

(3)热稳定及动稳定倍数:指电力系统故障时,电流互感器承受由短路电流引起的热作用和电动力作用而不致受到破坏的能力。热稳定的倍数,是指热稳定电流(即不致使电流互感器的发热超过允许限度的电流)与电流互感器额定电流之比;动稳定倍数是电流互感器所能承受的最大电流的瞬时值与其额定电流之比。

(4)极性:即铁芯在同一磁通作用下,一次绕组和二次绕组将感应出电动势,其中两个同时达到高电位的一端或同时为电位低的一端都称为同极性端。而对电流互感器而言,一般采用减极性标示法来定同极性端,即先任意选定一次绕组端头作始端,当一次绕组电流瞬时由始端流进时,二次绕组电流流出的一端就标为二次绕组的始端,这种符合瞬时电流关系的两端称为同极性端。

(5)比差、角差:在理想的电流互感器中,励磁损耗电流为0,由于初级绕组和次级绕组被同一交变磁通所交链,则在数值上初级绕组和次级绕组的安培匝数相等,并且一次电流和二次电流的相位相同。但是,在实际的电流互感器中,由于有励磁电流存在,所以一次绕组与二次绕组的安匝数不相等,并且一次电流与二次电流的相位也不相同。因此实际的电流互感器通常有变比误差(以下简称比差)和相位角误差(以下简称角差)。(www.xing528.com)

比差:

其中　K=I1e/I2e

式中:K为电流互感器的变比;I2为二次电流实测值;Ile为电流互感器的一次额定电流值。

角差d是指二次电流相量旋转180°以后,与一次电流相量间的夹角d,并且规定二次电流相量超前于一次电流相量,角差d为正,反之为负。影响TA的误差的因数有:①TA的角差主要由铁芯的材料和结构来决定,若铁芯损耗小,导磁率高,则角差的绝对值就小,采用硅钢片卷成圆环铁芯互感器的角差小。因此,高精度的电流互感器多采用优质硅钢片卷成的圆环形铁芯;②二次回路阻抗Z(即负载)增大会使误差增大,这是因为在二次电流不变的情况下Z增大,将使感应电势E2增大,从而磁通φ增加,铁芯损耗则会增加,因此使误差增大,负载功率因数的降低,则会使比差增大,而角差减小;③一次电流的影响。当系统发生短路故障时,一次电流则急剧增加,致使TA工作在磁化曲线的非线性部分(即饱和部分),这样比差和角差都将增加。

(6)准确等级:指互感器变比误差的百分值。互感器一次在额定电流下,二次负载越大则变比误差和角误差就越大;当一次电流低于电流互感器额定电流时,互感器的变比误差和角误差也就随着增大。在某一准确级工作时的标称负载,就是互感器二次在这样负载欧姆值之下,互感器变比误差不超过这一准确等级所规定的数值。根据使用要求,常用电流互感器分为0.2、0.5、1、3、10五个准确等级,使用时应根据负荷的要求来选用。

(7)末屏接地:为了改善其电场分布,使电场分布均匀,在绝缘中布置一定数量的均压极板—电容屏,最外层电容屏(末屏)必须接地。如果末屏不接地,则因在大电流作用下,其绝缘电位是悬浮的,电容屏不能起均压作用,当一次通有大电流后,将会导致电流互感器绝缘电位升高,而烧毁电流互感器。