电流互感器的绝缘方式与使用场景分析

电流互感器（TA，旧称CT）是一种专门用于变换电流的特种变压器，广泛应用于发电厂、变电所等输电、供电系统中，供测量、保护用，它能将电力系统中的大电流变换为标准小电流，用以给测量仪表和继电保护装置供电。

电流互感器的作用有以下几个方面：

1）测量作用：测量电力线路中的电流、电能（与电压互感器配合）。

2）标准化、小型化作用：电流互感器可以将不同的额定一次电流变换成较小的标准电流，这样可以减小仪表和继电器的尺寸，简化其规格，有利于仪表和继电器标准化、小型化。

3）绝缘作用：由于电流互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘强度，对二次设备进行维护时，不需中断一次系统的运行，二次设备出现故障时也不会影响到一次侧，提高了一次系统和二次系统的安全性和可靠性。

4）保护作用：把很大的故障电流传给保护装置，保护装置使电网断电，保护了电网，通过电流互感器的适当接线，还可以取得零序电流，供保护及自动装置使用。

1.工作原理与接线

图3-10为电流互感器基本结构原理图，由一次绕组、铁心、二次绕组组成。一次绕组匝数少且粗，有的型号直接利用穿过铁心的一次电流回路作为一次绕组；而二次绕组匝数很多，导体较细。电流互感器的一次绕组串接在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭合回路，阻抗很小，工作时二次回路接近短路状态。

电流互感器的电流比用K_i表示，则

图3-10 电流互感器结构原理

1—铁心 2—一次绕组 3—二次绕组

式中，I_1N、I_2N为电流互感器一次侧和二次侧的额定电流；N₁、N₂为一次和二次绕组匝数。

电流比一般表示成如“100/5”的形式。

图3-11 电流互感器接线方式

电流互感器的接线方式有4种。图3-11a所示是单相式接线，电流互感器线圈中通过的电流为一次电路对应的电流，适用于负荷平衡的三相电路。图3-11b所示是两相式不完全星形接线，广泛用作相负荷平衡或不平衡三相装置中的测量仪表用。图3-11c所示是两相电流差接线（又叫两相一继电器式接线），适用于中性点不接地系统，作过电流保护之用。图3-11d所示是三相星形接线，广泛用于三相不平衡高压或低压系统中，作三相电流、电能测量及过电流保护之用。

2.型号及技术参数

（1）类型与型号

电流互感器的种类很多，按安装地点分为户内式和户外式，20kV及以下制成户内式，35kV及以上制成户外式。按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式三种。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管；支持式安装在平面或支柱上；装入式嵌套在35kV及以上变压器或多油断路器油箱内的套管上，故也称为套管式。按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式等，干式用绝缘胶浸渍，适用于低压户内的电流互感器；浇注式利用环氧树脂做绝缘，目前仅用于35kV及以下的电流互感器；油浸式多为户外型。按一次绕组的匝数分为单匝式（包括母线式、心柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）。按一次电压分为高压和低压两大类。按用途分为测量用和保护用两大类。

高压电流互感器多制成不同准确级的两个铁心和两个绕组，分别接测量仪表和继电器，以满足测量和保护的不同要求。电气测量用的电流互感器的铁心在一次电路短路时应易于饱和，以限制二次电流的增长倍数。而继电保护用的电流互感器的铁心则在一次电路短路时不应饱和，使二次电流与一次电流成比例增长，以适应保护灵敏度的要求。

图3-12是户内高压LQJ-10型电流互感器外形图。它有两个铁心和两个二次绕组，分别为0.5级和3级，其中0.5级用于测量，3级用于继电保护。图3-13是户内低压LMZJ1-0.5型（500～800A/5A）的外形图。它不含一次绕组，穿过其铁心的母线就是一次绕组（相当于1匝）。它用于500V及以下的配电装置中。

图3-12 LQJ-10型电流互感器

图3-13 LMZJ1-0.5型电流互感器

电流互感器型号表示如下：

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如LFC-10/200型电流互感器，表示10kV、200A、瓷绝缘、多匝贯穿式电流互感器。

（2）技术参数

1）额定工作电压，互感器允许长期运行的最高相同电压有效值，单位为kV。

2）额定一次电流，作为互感器性能基准的一次电流值，单位为A。

3）额定二次电流，作为互感器性能基准的二次电流值，通常为5A或1A。

4）额定电流比，额定一次电流与额定二次电流之比。

5）额定负荷，确定互感器准确级所依据的负荷值。电流互感器二次K₁、K₂端子以外的回路阻抗都是电流互感器的负荷。通常以视在功率伏安或以阻抗欧姆表示。

6）额定功率因数，二次额定负荷阻抗的有功部分与额定阻抗之比。

7）准确度等级，在规定使用条件下，互感器的误差在该等级规定的限值之内。常用的准确度有0.2级、0.5级、0.2S级、0.5S级、P级等，如0.5级一般用于测量回路，0.2S级一般用于计量回路，P级用于保护装置。

（3）注意事项

1）电流互感器工作时二次回路不得开路，否则一方面互感器铁心由于磁通剧增而产生过热，可能烧毁电流互感器，并产生剩磁，降低互感器的准确度；一方面在二次侧会感应出较高的电压，危及人身和设备安全。为防止二次侧开路，规定在电流互感器二次侧不准装设熔断器。拆换二次接线前，应先将其两端短接，拆换后再拆去短接线。

2）电流互感器二次侧必须有一端接地，防止一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧高压窜入二次侧，危及二次设备和人身安全。

3）电流互感器在接线时，必须注意其端子的极性。

3.选型与校验

（1）额定电压及一、二次电流的选择

互感器的一次额定电压和电流必须大于等于装置地点的额定电压和计算电流。互感器的二次额定电流有5A和1A两种。一般弱电系统用1A，强电系统用5A。

（2）电流互感器种类和型式的选择

在选择电流互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。

（3）电流互感器的准确级和额定容量的选择

为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。

为了保证电流互感器的准确级，互感器二次侧所接负荷S₂应不大于该准确级所规定的额定容量S_2N。二次负荷S₂由二次回路的阻抗来决定，即

式中，是二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈阻抗；为连接导线阻抗；R_XC为接头接触电阻。

对于保护用电流互感器来说，通常采用10P准确级，也就是说电流互感器的复合误差为10%。由上式可知，在互感器准确度级一定即允许的二次负荷S₂值一定的条件下，其二次负荷阻抗与其二次电流或一次电流的平方成反比。所以一次电流越大，允许的二次阻抗越小；反过来，一次电流越小，则允许的二次阻抗越大。生产厂家一般按照出厂试验绘制出当电流互感器误差为10%时的一次电流倍数K₁（即I₁/I_1N）与最大允许的二次负荷阻抗的关系曲线，如图3-14所示，一般称为电流互感器的10%误差曲线。如果已知互感器的一次电流倍数K₁，可从互感器的10%误差上查得对应的允许二次负荷阻抗。假设实际的二次负荷阻抗，则说明此互感器满足准确级要求。

图3-14 某型电流互感器的10%误差曲线

（4）热稳定校验

电流互感器的热稳定度是以热稳定倍数K_t来表示的，所以其热稳定度校验条件为：（K_tI_1N）²t≥（I_∞³）²t_ima，多数电流互感器的热稳定试验时间t取1s。