电流互感器

电流互感器的一次绕组串联接入被测电路之内，电流互感器一次绕组中的电流完全取决于被测电路中电流的大小，与电流互感器二次电流无关。电流互感器二次绕组所接的负荷是仪表和继电器的电流线圈，这些负荷的阻抗值都很小，故电流互感器二次绕组正常工作时近于短路状态。
电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定变比KNI，其值为：
　IN1 N2
KNI＝━━━≈━━━━
　IN2 N1
(1)电流互感器的工作状态。电流互感器正常工作时，二次回路近于短路状态。这时二次电流所产生的二次绕组磁动势F2对一次绕组磁动势F1有去磁作用，因此合成磁势F0＝F1-F2不大，合成磁通φ0也不大，二次绕组内感应电动势E2的数值最多不超过几十伏。因此，为了减少电流互感器的尺寸和造价，互感器铁心的截面是根据电流互感器在正常工作状态下合磁磁通φ0很小而设计的。
使用中的电流互感器如果发生二次回路开路，二次绕组磁动势F2等于零，一次绕组磁动势F1仍保持不变，且全部用于激磁，合成磁势F0=F1，这时的F0较正常时的合成磁势(F1-F2)增大了许多倍，使得铁心中的磁通急剧地增加而达到饱和状态。由于铁心饱和致使磁通波形变为平顶波，因为感应电动势正比于磁通的变化率dφ/dt，所以这时二次绕组内将感应出很高的感应电动势e2。二次绕组开路时二次绕组的感应电动势e2是尖顶的非正弦波，其峰值可达数千伏之高，这对工作人员和二次设备以及二次电缆的绝缘都是极危险的。(普通电压表仅能测量电压的平均值，故尖顶的非正弦波电压幅值用普通电压表不能测出，应该用示波器测量。)另一影响是，因铁心内磁通的剧增，引起铁心损耗增大，造成严重发热也会使电流互感器烧毁。第三个影响是因铁心剩磁过大，使电流互感器的误差增加。因此，使用中的电流互感器二次回路是不允许开路的，在电流互感器二次回路内也不允许安装熔断器。使用中电流互感器的二次仪表或继电器因工作需要必须断开时，应先将电流互感器二次绕组短接后，再断开其二次仪表或继电器电流线圈。同理，恢复二次仪表或继电器的工作时，应先接入二次仪表或继电器电流线圈，然后再拆除原有的短接线，即保持使用中的电流互感器二次回路处于近似短路工作状态。
(2)电流互感器的误差与准确度级。由于电流互感器的一、二次绕组中存在着损耗，使得一、二次电流在数值上或相位上有差异，即测量误差。测量误差一般用变比误差和角误差表示。
1)变比误差(△I%)。变比误差是指用电流互感器测出的电流KNII2和实际电流I1之差与实际电流I1之比的百分值。
电流互感器变比误差与合成磁动势F0、一次绕组磁动势F1、二次绕组磁动势F2以及二次负荷的相位角有关。运行中的电流互感器F0为确定值，所以电流互感器误差将随一次绕组磁动势F1和副边电流I2的大小而变化。当一次通过电流比额定值小得多时，由于F1较小，变比误差较大；当一次通过电流逐渐增大到(1.0～1.2)IN1时由于F1增大，变比误差则减小；一次通过的电流再继续增大时，因电流互感器铁心磁路的饱和，造成误差的迅速增大；二次负荷中的感性负荷相对增加时，因ψ2的加大使变比误差亦增大；二次总负荷增加时，因I2的减小而使变比误差增大。
(2)角误差(δ)。角误差是指电流互感器一次电流I1与反向二次电流-I2之间的夹角δ值。
当一次侧通过电流较额定值小得多时，由于一次绕组磁动势F1较小，角误差会增大；当一次侧电流逐渐增加到(1.0～1.2)IN1时，由于一次绕组磁动势F1的增大，使角误差减小；当一次侧电流再继续增大时，由于铁心饱和， 又会使角误差迅速增大；如果二次感性负荷增加时，由于ψ2的加大，使角误差反而减小。
(3)电流互感器的额定容量。电流互感器二次绕组之外所接的全部阻抗为其二次负荷。电流互感器正常工作时，因二次绕组处在近于短路状态，故二次负荷应包括它所连接的全部测量仪表和继电器电流线圈的阻抗、二次电缆的电阻和接头的接触电阻等几部分。
电流互感器的额定容量(SN)是指电流互感器在二次侧电流为额定电流、误差不超过规定值的条件下，二次绕组所允许输出的最大容量。 电流互感器额定容量也可以用阻抗表示，该阻抗称为额定二次负荷，两者关系为：
SN＝I2N2ZN
式中 SN─电流互感器的额定容量，VA；
IN2─电流互感器的二次额定电流,A；
ZN─电流互感器的二次额定负荷，Ω。
由于电流互感器的误差与二次负荷的大小有关， 因此同一台电流互感器处在不同准确度级下工作时，便有不同的额定容量。例如某电流互感器二次额定电流为5A，工作在0.5级时，其额定容量为30VA(1.2Ω)；当工作在1级时，其额定容量为60VA(2.4Ω)。
(4)电流互感器的接线。常用电气仪表和继电器，接入电流互感器有三种接线方式，如教材图1—1所示。

图1—1电流互感器接线
(a)单相式；(b)三相式；(c )两相式

图1—1(a)所示接线图为单相式接线，适用于三相对称电路，由于