為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行,必須對電力設(shè)備的運行情況進行監(jiān)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設(shè)備,而需要將一次系統(tǒng)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(zhí)行這些變換任務(wù)的設(shè)備,最常見的就是我們通常所說的互感器.進行電壓轉(zhuǎn)換的是電壓互感器voltagetransformer,而進行電流轉(zhuǎn)換的互感器為電流互感器currenttransformer,簡稱為CT.本文將討論電流互感器的相關(guān)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(yīng)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(shù),N2—二次繞組匝數(shù),Kn—匝數(shù)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設(shè)備及連接導線,Ze—勵磁阻抗. 電流互感器的一次繞組和二次繞組繞在同一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(yīng)出相應(yīng)的電動勢.在二次繞組為通路時,則在二次繞組中產(chǎn)生電流.此電流在鐵心中產(chǎn)生的磁通趨于抵消一次繞組中電流產(chǎn)生的磁通.在理想條件下,電流互感器兩側(cè)的勵磁安匝相等,二次電流與一次電流之比等于一次繞組與二次繞組匝數(shù)比。 即：IpN1=IsN2 Is＝Ip×N1/N2=Ip/Kn 1.2.電流互感器極性標注 電流互感器采用減極性標注的方法，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(chǎn)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(yīng)出的電流從極性端流出，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。 由于電流方向相反，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于極性端不同，因此兩者為減的關(guān)系。 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）。這正是減極性標注的優(yōu)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(xiàn)了誤差。正常運行時勵磁阻抗很大，勵磁電流很小，因此誤差不是很大經(jīng)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�？紤]到勵磁阻抗一般被作為電抗性質(zhì)處理，而二次負載一般為阻抗性質(zhì)，因此在二次感應(yīng)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(zhì)有關(guān)。圖2表示了二次負載為純阻性的情況。 。 圖中，二次感應(yīng)電勢Es領(lǐng)先鐵芯中磁通Фm90度�？梢越�似認為勵磁電流Ie與Фm同相。Es加在Xct、Rct、Zb上產(chǎn)生二次電流Is。Is與Ie合成Ip�？梢�，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，幅值誤差小于10％，角度誤差小于7度。 1.4.電流互感器的簡單分類 根據(jù)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(qū)別在于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(fā)生系統(tǒng)故障時大的短路電流造成計量表計的損壞。 根據(jù)對暫態(tài)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(tài)飽和問題，僅按通過互感器的最大穩(wěn)態(tài)短路電流選用互感器，可以允許出現(xiàn)一定的穩(wěn)態(tài)飽和，而對暫態(tài)飽和引起的誤差主要由保護裝置本身采取措施防止可能出現(xiàn)的錯誤動作行為（誤動或拒動）。TP（transientprotection，暫態(tài)保護）類電流互感器要求在最嚴重的暫態(tài)條件下不飽和，互感器誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，以保證保護裝置的正確動作。 對于其它類型的互感器，比如光互感器，電子式電流互感器等實際應(yīng)用還很少，因此這里不作介紹。 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。正常運行時由于勵磁阻抗較大，因此Ie很小，以至于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周期分量，這兩種情況都是發(fā)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(tǒng)安全。因此對于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復雜的，因此這里僅進行定性分析。 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(chǎn)生了磁通，進而在纏繞在同一鐵芯中上的二次繞組中產(chǎn)生電動勢U＝4.44f*N*B*S×10-8。式中f為系統(tǒng)頻率，HZ；N為二次繞組匝數(shù)；S為鐵芯截面積，m2；B為鐵芯中的磁通密度。如果此時二次回路為通路，則將產(chǎn)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后，B隨勵磁電流或是磁場強度的變化趨于不明顯。也就是說在N,S,f確定的情況下，二次感應(yīng)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(zhì)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于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，將使鐵芯趨于飽和。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，于是又進一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和，這其實是一個惡性循環(huán)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(xiàn)為互感器誤差的增大，以至于影響正常的工作。 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(wěn)態(tài)飽和，其二為暫態(tài)飽和。 對于穩(wěn)態(tài)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(guān)系。我們假設(shè)勵磁阻抗Ze不變。當一次電流由于發(fā)生事故等原因增大時，Ie也必然會按比例增大，于是鐵芯磁通增加。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循環(huán)里去，進而造成互感器飽和。 暫態(tài)飽和，是指發(fā)生在故障暫態(tài)過程中，由暫態(tài)分量引起的互感器飽和。我們知道，任何故障發(fā)生時，電氣量都不是突變的。故障量的出現(xiàn)必然會伴隨著或多或少的非周期分量。而非周期分量，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(xiàn)。因此當事故發(fā)生時伴有較大的暫態(tài)分量時，也會造成勵磁電流的增大，從而