電流互感器原理

一、 電流互感器結(jié)構(gòu)原理

普通電流互感器結(jié)構(gòu)原理
電流互感器的結(jié)構(gòu)較為簡單，由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構(gòu)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(shù)(N1)較少，直接串聯(lián)于電源線路中，一次負(fù)荷電流( )通過一次繞組時，產(chǎn)生的交變磁通感應(yīng)產(chǎn)生按比例減小的二次電流( )；二次繞組的匝數(shù)(N2)較多，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負(fù)荷(Z)串聯(lián)形成閉合回路，見圖1。


由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)，I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比： 。電流互感器實際運(yùn)行中負(fù)荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態(tài)，相當(dāng)于一個短路運(yùn)行的變壓器。
2 穿心式電流互感器結(jié)構(gòu)原理
穿心式電流互感器其本身結(jié)構(gòu)不設(shè)一次繞組，載流(負(fù)荷電流)導(dǎo)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(fù)荷串聯(lián)形成閉合回路，見圖2。


由于穿心式電流互感器不設(shè)一次繞組，其變比根據(jù)一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數(shù)確定，穿心匝數(shù)越多，變比越小；反之，穿心匝數(shù)越少，變比越大，額定電流比： 。
式中I1——穿心 ;匝時一次額定電流；
n——穿心匝數(shù)。

　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(shù)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(shè)置各自的接線端子，這樣就形成了多個變比，見圖3。

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(yōu)點是可以根據(jù)負(fù)荷電流變比，調(diào)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(shù)不同、各自獨(dú)立的繞組，以滿足同一負(fù)荷電流情況下不同變比、不同準(zhǔn)確度等級的需要，見圖4。

例如在同一負(fù)荷情況下，為了保證電能計量準(zhǔn)確，要求變比較小一些(以滿足負(fù)荷電流在一次額定值的2/3左右)，準(zhǔn)確度等級高一些(如1K1、1K2為200/5、0.2級)；而用電設(shè)備的繼電保護(hù)，考慮到故障電流的保護(hù)系數(shù)較大，則要求變比較大一些，準(zhǔn)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(diào)，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(zhǔn)確度等級的獨(dú)立繞組。一次繞組與裝置在互感器外側(cè)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(lián)或并聯(lián)接線，從而改變一次繞組的匝數(shù)，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(zhǔn)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(shù)相應(yīng)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(cè)的連接片)。
帶抽頭的二次獨(dú)立繞組的不同變比和不同準(zhǔn)確度等級，可以分別應(yīng)用于電能計量、指示儀表、變送器、繼電保護(hù)等，以滿足各自不同的使用要求。例如當(dāng)電流互感器一次繞組串聯(lián)時(圖5a)，1K1、1K2，1K2、1K3，2K1、2K2，2K2、2K3為300/5，1K1、1K3，2K1、2K3為150/5；當(dāng)電流互感器一次繞組并聯(lián)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(zhǔn)確度等級標(biāo)準(zhǔn)在銘牌上或使用說明書中。
(a)一次串聯(lián)(兩匝)
(b)一次并聯(lián)(一匝)

基礎(chǔ)概述

   電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側(cè)繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次側(cè)繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時，它的二次側(cè)回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。 電流互感器是把一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量 ，二次側(cè)不可開路。

二 、工作原理

  在發(fā)電、變電、輸電、配電和用電的線路中電流大小懸殊，從幾安到幾萬安都有。為便于測量、保護(hù)和控制需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓一般都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到電流變換和電氣隔離作用。

 對于指針式的電流表，電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級的（如5A等）。對于數(shù)字化儀表，采樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。

 微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。 微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴(kuò)大儀表量程。）

電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。

電流互感器接被測電流的繞組（匝數(shù)為N1），稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；接測量儀表的繞組（匝數(shù)為N2）稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。

電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。電流互感器在額定電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。

Kn=I1n/I2n

電流互感器（Current transformer 簡稱CT）的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。

如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉(zhuǎn)變?yōu)?A的電流。