為了保證電力系統安全經濟執行,必須對電力裝置的運**況進行監視和測量.但一般的測量和保護裝置不能直接接入一次高壓裝置,而需要將一次系統的高電壓和大電流按比例變換成低電壓和小電流,供給測量儀表和保護裝置使用.執行這些變換任務的裝置,最常見的就是我們通常所說的互感器.
進行電壓轉換的是電壓互感器(voltage transformer),而進行電流轉換的互感器為電流互感器(current transformer),簡稱為ct.本文將討論電流互感器的相關基本知識.
1. 電流互感器的基本原理
1.1 電流互感器的基本等值電路如圖1所示.
圖1 電流互感器基本等值電路
圖中,es—二次感應電勢,us—二次負荷電壓,ip—一次電流,ip/kn—二次全電流,is—二次電流,
ie—勵磁電流,n1—一次繞組匝數,n2—二次繞組匝數,kn—匝數比,kn=n2/n1,xct—二次繞組電抗(低漏磁互感器可忽略),rct—二次繞組電阻,zb—二次負荷阻抗(包括二次裝置及連線導線),ze—勵磁阻抗.
電流互感器的一次繞組和二次繞組繞在同乙個磁路閉合的鐵心上.如果一次繞組中有電流流過,將在二次繞組中感應出相應的電動勢.在二次繞組為通路時,則在二次繞組中產生電流.
此電流在鐵心中產生的磁通趨於抵消一次繞組中電流產生的磁通.在理想條件下,電流互感器兩側的勵磁安匝相等,二次電流與一次電流之比等於一次繞組與二次繞組匝數比。
即：ipn1=isn2
is＝ip×n1/n2=ip/kn
1.2. 電流互感器極性標註
電流互感器採用減極性標註的方法，即同時從一二次繞組的同極性段通入相同方向的電流時，它們在鐵芯中產生的磁通方向相同。當從一次繞組的極性端通入電流時，二次繞組中感應出的電流從非極性端流出，以極性端為參考，一二次電流方向相反，因此稱為減極性標準。
由於電流方向相反，且鐵心中合成磁通為零。因此得下式：
n1ip-n2is=0(本來勵磁安匝的和為零，但考慮到兩個電流的流動方向相對於極性端不同，因此兩者為減的關係)。
推出：is=n1/n2*ip
可見，一二次電流的方向是一致的，是同相位的，因此我們可以用二次電流來表示一次電流（考慮變比折算）。這正是減極性標註的優點。
1.3. 電流互感器的誤差
在理想條件下，電流互感器二次電流is＝ip/kn，不存在誤差。但實際上不論在幅值上（考慮變比折算）和角度上，一二次電流都存在差異。這一點我們可以在圖1中看到。
實際流入互感器二次負載的電流is＝ip/kn－ie，其中ie為勵磁電流，即建立磁場所需的工作電流。這樣在電流幅值上就出現了誤差。正常執行時勵磁阻抗很大，勵磁電流很小，因此誤差不是很大經常可以被忽略。
但在互感器飽和時，勵磁阻抗會變小，勵磁電流增大，使誤差變大。考慮到勵磁阻抗一般被作為電抗性質處理，而二次負載一般為阻抗性質，因此在二次感應電勢es的作用下，is和ie不同相位，因此造成了一次電流ip＝is＋ie與二次電流is存在角度誤差δ，且角誤差與二次負載性質有關。圖2表示了二次負載為純阻性的情況。
。圖中，二次感應電勢es領先鐵芯中磁通фm90度。可以近似認為勵磁電流ie與фm同相。
es加在xct、rct、zb上產生二次電流is。is與ie合成ip。可見，圖中is與ip不同相位，兩者夾角即為角度誤差。
對互感器誤差的要求一般為，幅值誤差小於10％，角度誤差小於7度。
1.4. 電流互感器的簡單分類
根據用途電流互感器一般可分為保護用和計量用兩種。兩者的區別在於計量用互感器的精度要相對較高，另外計量用互感器也更容易飽和，以防止發生系統故障時大的短路電流造成計量表計的損壞。
根據對暫態飽和問題的不同處理方法，保護用電流互感器又可分為p類和tp類。p（protection，保護）類電流互感器不特殊考慮暫態飽和問題，僅按通過互感器的最大穩態短路電流選用互感器，可以允許出現一定的穩態飽和，而對暫態飽和引起的誤差主要由保護裝置本身採取措施防止可能出現的錯誤動作行為（誤動或拒動）。tp（transient protection，暫態保護）類電流互感器要求在最嚴重的暫態條件下不飽和，互感器誤差在規定範圍內，以保證保護裝置的正確動作。
對於其它型別的互感器，比如光互感器，電子式電流互感器等實際應用還很少，因此這裡不作介紹。
2. 電流互感器的飽和
前面我們講到電流互感器的誤差主要是由勵磁電流ie引起的。正常執行時由於勵磁阻抗較大，因此ie很小，以至於這種誤差是可以忽略的。但當ct飽和時，飽和程度越嚴重，勵磁阻抗越小，勵磁電流極大的增大，使互感器的誤差成倍的增大，影響保護的正確動作。
最嚴重時會使一次電流全部變成勵磁電流，造成二次電流為零的情況。引起互感器飽和的原因一般為電流過大或電流中含有大量的非週期分量，這兩種情況都是發生在事故情況下的，這時本來要求保護正確動作快速切除故障，但如果互感器飽和就很容易造成誤差過大引起保護的不正確動作，進一步影響系統安全。因此對於電流互感器飽和的問題我們必須認真對待。
互感器的飽和問題如果進行詳細分析是非常複雜的，因此這裡僅進行定性分析。
所謂互感器的飽和，實際上講的是互感器鐵心的飽和。我們知道互感器之所以能傳變電流，就是因為一次電流在鐵芯中產生了磁通，進而在纏繞在同一鐵芯中上的二次繞組中產生電動勢u＝4.44f*n*b*s×10-8。
式中f為系統頻率，hz；n為二次繞組匝數；s為鐵芯截面積，m2；b為鐵芯中的磁通密度。如果此時二次迴路為通路，則將產生二次電流，完成電流在一二次繞組中的傳變。而當鐵芯中的磁通密度達到飽和點後，b隨勵磁電流或是磁場強度的變化趨於不明顯。
也就是說在n,s,f確定的情況下，二次感應電勢將基本維持不變，因此二次電流也將基本不變，一二次電流按比例傳變的特性改變了。我們知道互感器的飽和的實質是鐵芯中的磁通密度b過大，超過了飽和點造成的。而鐵芯中磁通的多少決定於建立該磁通的電流的大小，也就是勵磁電流ie的大小。
當ie過大引起磁通密度過大，將使鐵芯趨於飽和。而此時互感器的勵磁阻抗會顯著下降，從而造成勵磁電流的再增大，於是又進一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和，這其實是乙個惡性迴圈的過程。從圖1中我們可以看到，xe的減小和ie的增加，將表現為互感器誤差的增大，以至於影響正常的工作。
鐵芯的飽和我們可以一般可以分成兩種情況來了解。其一是穩態飽和，其二為暫態飽和。
對於穩態飽和，我們可以借助圖一進行分析。在圖中我們可以知道，ie和二次電流is是按比例分流的關係。我們假設勵磁阻抗ze不變。
當一次電流由於發生事故等原因增大時，ie也必然會按比例增大，於是鐵芯磁通增加。如果一次電流過大，也會引起ie的過大，從而又會走入上面我們所說的那種迴圈裡去，進而造成互感器飽和。
暫態飽和，是指發生在故障暫態過程中，由暫態分量引起的互感器飽和。我們知道，任何故障發生時，電氣量都不是突變的。故障量的出現必然會伴隨著或多或少的非週期分量。
而非週期分量，特別是故障電流中的直流分量是不能在互感器一二次間傳變的。這些電流量將全部作為勵磁電流出現。因此當事故發生時伴有較大的暫態分量時，也會造成勵磁電流的增大，從而造成互感器飽和。
3. 電流互感器的誤差分析和計算
當我們知道電流互感器的誤差主要是由於勵磁電流ie引起的之後，就有必要根據實際運**況來檢驗所使用的電流互感器的誤差是否符合要求。互感器的誤差包括角度誤差和幅值誤差。就繼電保護專業而言，角度誤差的測量過於繁複且實際情況下誤差也極少出現超標的情況，我們更關注的是幅值的誤差。
我們一般要求一次電流ip等於保護安裝處可能的最大短路電流時，幅值誤差小於等於10％，這也就說我們平時所說的10％誤差分析中的要求。
根據一般的電路原理我們可知，在圖一中，為滿足10％誤差的要求（ie小於等於10％的ip/kn），則必須保證勵磁阻抗ze大於等於9倍的二次迴路總負載阻抗（xct＋rct＋zb）。因此為了進行10％誤差分析，我們必須知道保護安裝處的最大短路電流、對應於該電流的互感器勵磁阻抗值和電流互感器的二次迴路總負載阻抗。下面我們分別進行討論。
3.1. 勵磁阻抗的測量
勵磁阻抗的測量試驗就是我們平時所說的伏安特性試驗，試驗一般以圖二所示的互感器簡化示意圖為基礎。我們自互感器二次測施加電壓u，測得勵磁電流ie（因為此時互感器一次側開路，因此電流只能流過勵磁阻抗ze，所以此電流一定是勵磁電流。另外，還需注意此項試驗一般應在一次開路的情況下進行，以防止一次迴路分流，產生誤差）。
改變外加電壓u,會得到不同的ie。多組u和ie的組合，就構成了我們的伏安特性試驗資料。將這些資料所對應的點在u－ie座標系中繪出並連成曲線，就是互感器的伏安特性曲線。
該曲線上任一點的切線，就近似是該點的資料所對應的勵磁阻抗。
圖二電流互感器伏安特性示意圖
圖三電流互感器伏安特性曲線
圖三是比較典型的伏安特性曲線。由圖中可見，勵磁阻抗並不是乙個恆定的值，而是隨著ie的變化不斷變化的。曲線在初始階段基本為一條直線，勵磁阻抗的值基本保持不變，這對應著互感器的線性工作區。
而當超過飽和點o點後，曲線急劇趨於水平，u很小的變化都會帶來ie極大的增加。說明此時勵磁阻抗的值突然變得很小，這對應於互感器的飽和工作區。
這種u－ie曲線，我們說只能近似表示勵磁阻抗的特性。因為從圖一中可以看到，真正加在勵磁阻抗ze上的電壓並不是u，而是e。用u來計算勵磁阻抗實際上是將二次繞組電阻rct和二次繞組電抗xct包含在內了。
實際工作中，我們一般用二次繞組電阻來近似代替整個二次繞組阻抗zct（底漏磁互感器，xct可忽略）。
繼電保護技術問答提供資料如下：對於110kv以上電壓等級的互感器一般取zct＝r ，35kv貫串式或常用饋電線互感器取zct＝3r ，r 為互感器二次繞組直流電阻值。
這樣以來我們就可以得出勵磁電壓e＝u－ie×zct
從而的求得勵磁阻抗 ze=e/ie
然而，通過這種計算我們僅僅是將上面的伏安特性試驗資料變成了一組勵磁阻抗的數值。為了確定在最大短路電流情況下互感器是否滿足10%誤差要求，還必須確認哪乙個勵磁阻抗的數值是在最大短路電流情況下的勵磁阻抗。因此在進行下一步計算前，必須確定最大短路電流，從而確定伏安特性資料中用那一組資料來計算勵磁阻抗。
3.2. 電流倍數m的確定
電流倍數m的確定，根據不同的保護型別有不同的計算方法。下面分別進行一些說明。
3.2.1 縱差保護
m＝krel*ikmax/i1n
式中 ikmax―― 最大穿越故障短路電流。縱差保護的整定一般是對過區外故障時的最大不平衡電流的。因此，這裡取最大穿越故障電流以考量這是互感器的誤差是否滿足要求。
krel―― 考慮非週期分量影響後的可靠係數。採用速飽和變流器的，因為對非週期分量有一定的抑止作用，因此取值較小一般為1.3。不帶速飽和變流器的，取較大值，一般為2。
電流互感器接線
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電流互感器匹配
因為電流互感器誤差的跟二次電路的負載有關，所以每台電流互感器都標定乙個額定負載，單位為 va 因為二次標定電流是已知的，例如5a，所以可用額定阻抗值來表示，這樣用起來更直觀。當其二次電路的實際負載小於該值時，能保證標定的準確度，否則就不能保證保證標定的準確度。若電流互感器的標定額定負載和二次電流分別...
電流互感器檢驗標準
企業標準 2010 07 26 發布 2010 07 30 實施發布前 言為了提高公司產品質量，對 商提供的電流互感器加強質量檢查，特制訂 電流互感器檢驗標準 該項企業標準，供檢驗人員作為電流互感器進料的驗收標準，同時供技術人員參考。本標準由零件質檢部提出。本標準由智慧型儀表研究所負責起草。本標準由...