电流互感器的工作原理及差别

1.电流互感器的工作原理

电流互感器的内部结构和原理与一般变压器相似，由两个绕制在闭合铁芯上、彼此绝缘的绕组——一次绕组（原端）和二次绕组 （副端）组成，其匝数分别为N1和N2，其内部结构和接线符号分别如图2.4 （a）、（b）所示。图2.4 （b）中一次侧的L1和二次侧的K1是一对同名端，即为同极性端。一次电流I.1从L1端流入时，二次电流I.2应从K1端流出。

图2.4　电流互感器的内部结构和接线符号

（a）内部结构；（b）接线符号

一次绕组与被测电路串联，二次绕组与电能表的电流线圈串联。电能表的电流线圈内阻很小，所以电流互感器相当于二次短路运行的变压器。电流互感器磁路中的磁力线密度设计得很低，一般在0.08～0.1T范围内，磁损耗较小。这种情况下，用来在铁芯中建立磁场传递能量的激磁安匝数I0N1很小，I0N1在一次安匝数I1N1中所占比例也很小，大约为0.3% ～1%。电流互感器的相量图如图2.5 （a）所示，其中Φ.为由激磁安匝数I.0N1在铁芯中建立起的磁通，U.2为二次的感应电压，二次回路阻抗为感性，因此二次回路电流I.2滞后U.2一个角度φ2，一次安匝数I.1N1与二次安匝数I.2N2的相量和等于激磁安匝数I.0N1，即

图2.5　电流互感器的误差来源

（a）电流互感器的相量图；（b）铁芯线圈的磁化曲线

上式表明：理想电流互感器的电流大小和它的绕组匝数成反比。电流互感器的一次额定电流与二次额定电流的比值称为额定变比（也称为额定电流比），用KI表示标在铭牌上，即

(www.xing528.com)

2.电流互感器的比差、角差

电流互感器在实际运行中会产生变比误差，简称比差；还有相位角误差，简称角差。从图2.5 （a）可以看出，—I.2N2与I.1N1并没有完全重合，—I.2N2超前于I.1N1，长度却比I.1N1要短，这是因为I.0N1并不为零的缘故，因此会引起电流互感器的比差fI和角差δI。角差δI一般为正，比差fI一般为负。为保证电流互感器的准确度，制造电流互感器时二次匝数N2要适当减少0.5～2匝，以补偿实际电流互感器由于存在很小的激磁安匝数I0N1而引起的负的比差。

电流互感器的比差fI、角差δI和一次实际电流I.1的有效值关系分别为

式中：θ为I.0N1与Φ.之间的夹角；φ2 为I.2N2与U.2之间的夹角，即二次负荷的阻抗角。从上两式可看出比差和角差均与一次实际电流的大小成反比，一次实际电流越小，比差、角差的绝对值越大，比差、角差与一次实际电流的关系曲线如图2.6 （a）所示。一次实际电流小于一次额定电流的30%时，比差很大，一般称为 “大马拉小车”，“大马”指的是一次额定电流很大的互感器，“小车”指的是小负荷电流，此时比差一般为负，少计电量，给供电公司带来损失。

电流互感器的比差、角差还与其二次绕组出线端连接的总阻抗值Z2（简称为二次负荷）有关，Z2等于电能表电流线圈的阻抗Zb与二次连线电阻RL及各接头接触电阻Rk（0.01～0.5Ω间）之和，如图2.6 （c）所示。一般Z2越小，比差、角差的绝对值越小，比差、角差与Z2的关系曲线如图2.6 （b）所示。

图2.6　电流互感器的误差特性

（a）与一次实际电流的关系；（b）与二次总阻抗值Z2的关系；（c）TA二次线圈总阻抗

综上所述，一次实际电流越接近额定电流、电流互感器二次绕组外的总阻抗越小，电流互感器的比差、角差越小。

因此电流互感器二次回路中只允许串接有功、无功电能表的电流线圈，不允许再串接其他监视仪表。为了减小二次连线的总阻抗，要求电流互感器二次连线须用单芯铜线，不能太长太细，截面积不小于4mm2，所有接线的连接端头要接触可靠，去除氧化层。

基于铁芯线圈电磁感应原理的电流互感器，由于铁芯线圈磁化曲线的非线性也会产生误差。图2.5 （b）是电流铁芯线圈的磁化曲线 （仅画出了第一象限），其中虚线是理想磁化曲线，Φi随着电流i的增长成正比的线性增长。实线是实际磁化曲线，当一次负荷电流i＞i1e时，铁芯进入磁饱和区，此时电流i再增加，使饱和加深，Φi随i增加很缓慢，Φi小于理想值，i值越大相差越多，会产生较大的负误差，少计电量，这是铁芯式电流互感器的致命弱点，因此电流互感器不允许过载。

电流互感器的比差和角差都可以用互感器校验装置检验出来，经过检验合格的电流互感器的实际变比认为等于额定变比。