维普资讯 http://www.cqvip.com 电力互感器技术讲座（２） 电流互感器的工作原理及误差 ●湖南省电力公司 陈向群 电流互感器的工作原理及误差 电流互感器相当于一台电流变换器，其与电流变换器的 区别，一是互感器对电流变换的比例以及变换前后的相位有 电流互感器的工作原理可用图３中的电流互感器等值电 路来说明。与电压互感器一样，电流互感器的等值电路本来也 可较直观的画成两个独立的回路，但为便于分析，这里通过类 严格的要求，而电流变换器对这些要求不高；二是前者主要传 输被测电流的有关信息，即电流的大小和相位给测量仪表，后 者主要用于改变电路的输出阻抗，为负载提供大小合适的电 流。 似于电压互感器的方法，将其变换成“Ｔ”型等值电路。电网电 流Ｉ。加于一次绕组Ｎ。，则在二次绕组Ｎ 产生感应电势Ｅｚ，从 而产生二次电流Ｉ 。由于互感器二次绕组内存在电阻ｒ２与电 抗成分Ｘ ，联结于二次回路中电能表等仪表也存在电阻ｒｂ与 电抗成份ｘｈ。在此，电抗为感性，设互感器变比为ｌ。实际上当 １．１ 电流互感器的工作原理 电流互感器结构如图ｌ，在电路图中的符号如图２所示。 Ｎ。≠Ｎ 时，可将二次回路的参数折算成一次回路的参数，折算 系数为互感器的变比值（理想的情况下，变比值Ｋｌ：Ｉ１／Ｉ２＝Ｎ ／ Ｎ ）。折算成一次回路后的各参数 １ Ｅ ｚ＝ＫｌＥ２，Ｕ ＫｌＵ２，Ｉ ２－一 ＾ｌ Ｉ２ ｒ ２＝Ｋ２ｔｒ２，Ｘ ２＝Ｋ２ｔＸ２，ｒ ｈ＝Ｋ２１ｒｂ，Ｘ ｈ＝Ｋ２ｌｘｂ 通过折算可将互感器二次回路各参数放到互感器Ｔ型等 值图中，使这个等值图成为任意变化比值的电压互感器等值图。 圈１电流互感器结构 ＫＪ Ｋ２ 圈２电流互感器的符号 图３变比为１的电流互感器等值电路 电流互感器二次回路所接仪表的阻抗是很小的，其运行 工作状态相当于变压器的短路状态，在设计制造时采取较大 １．２ 电流互感的误差 的铁芯截面，以降低磁通密度和激磁电流来提高准确度。因 此，可近似地认为，其一次绕组的安匝数等于二次绕组的安匝 数，即ＩｔＮｌ：Ｉ２Ｎ２。 电流互感器误差是互感器输出电流Ｉ 与输入电流Ｉ，，两 个相量的相对差别，因此分为比值差和相位差两个方面： 比值差——额定变化与实际变比之差对实际变比的百分 比。 实际上，在满足一定准确度情况下，可以认为两电流的变 比是恒定的，即 ＫＩ＝Ｉｌ／Ｉ２＝Ｎ２／Ｎｌ （１－１） 相位差——为一次电流Ｉ，的相量与二次电流Ｉｚ反向后相 量的夹角８，当一Ｉ 相量超前Ｉ。的相量时，角差为正，滞后为负。 通常相位差是以“分”或“弧度”表示。 电流互感器的复数误差８，是反转１８０。的二次电流相量 根据上述关系式，可以由二次电流的大小Ｉｚ来测出一次 未知的电流Ｉ。，即Ｉ２＝Ｉ。／Ｋｌ。 维普资讯 http://www.cqvip.com 按额定电流比折算到一次后， 与实际一次电流相量之差的比 值，用百分数表示，即： ３ 电流互感器误差与工作条件的关系 电流互感器的工作条件是指互感器工作时它的一次电 ＫｈＩ２－Ｉ１×１００％ Ｉ（１２） 流、二次负荷及其功率因数等的状况。当这些条件偏离额定值 时，将对互感器的误差产生影响。 ３．１ 一次电流对误差的影响 ｉ 复数误差包含比值差和相位差： ｅ－－ｆ＋ｊ８ ‘ 由于激磁电流Ｉ 对互感器铁芯中磁通 的非线性，因此 在不同 的数值时互感器有不同的误差，即使电流互感器在 ２ 电流互感器的主要参数 ２，ｌ准确度等级 正常电压范围运行，若电流升高，铁芯磁密将增大，则磁导率 和损耗角０增大。因此，当电流增大时，互感器的误差减小，同 时，比值差减小得少，相位差减得多。 ３．２二次负荷对误差的影响 按照ＪＪＧ３１３—１９９４（测量用电流互感器检定规程》，电流互 感器准确度可分：０．００ｌ、０、０ｏ２、０．０ｏ５、０．０ｌ、０．０２、０．０５、０．１、０．２、 ０．５、ｌ级。互感器的误差包括比值差和相位差，每一个准确等 级的互感器都对此有明确的要求。 ２、２额定电流比 互感器误差与二次负荷的大小成正比。当二次负荷增大 时，铁芯的磁密增大，导磁率也略有增大，所以，互感器的误差 随着二次负荷的增大而增大，但小于成正比的增大。 Ｋｌ＝Ｉｌ／Ｉ２＝Ｎ２／Ｎｌ 额定一次电流与额定二次电流的比值： 二次负荷的功率因数对误差的影响。二次负荷的功率因 数角‘ｐ的增大，将引起互感器的比值差增大，相位差减小。 ３＿３频率影响 与电压互感器不同的是，电流互感器额定电流比与一次 匝数成反比，与二次匝数成正比，即与匝数比成反比。 ２＿３额定一次电流 若互感器绕组的漏抗和分布电容都不很大，则频率改变 对电流互感器误差的影响也不大，其频率具有２５￣１０００Ｈｚ的 宽频带。 测量用电流互感器额定的输入一次回路电流Ｉ。 。根据 ＧＢ１２０８—１９９７｛电流互感器》国家标准，额定一次电流的标准值： １５、２０、２５、３ｏ、４０、５０、６０、 （１）单电流比互感器为：Ｌｏ、１２．５、般５０Ｈｚ的电流互感器，只要留有一定的误差裕度并使 ７５Ａ以及它们的十进倍数或小数，有下标线的是优选值； （２）多电流比互感器为：额定一次电流的最小值，采用（１） 中所列的标准值。 ２，４额定二次电流 铁芯不处于饱和状态，就可以用于４０￣－６０Ｈｚ的频率范围。 小资料 电流互感器的额定输出二次回路电流Ｉ 。电力系统常用 二次电流为：１Ａ、５Ａ。１Ａ规格主要用于高压线路的互感器。 ２．５额定负荷和下限负荷 ｌ乜流 感器的用途 电流互感器是一种电流变换装置。它将高压和低压大 电流变成电压较低的小电流，供给仪表和继电保护装置， 并将仪表和保护装置与高压电路隔开。它的二次侧电流均 为５安或１安，这使得测量仪表和继电保护装置使用安全、 方便．也使其在制造上可以标准化。 二次回路阻抗，用欧姆和功率因数表示。负荷通常以视在 功率伏安值表示。额定负荷是互感器在规定的功率因数和额 定负荷下运行时二次所汲取的视在功率（ＶＡ），是确定互感器 准确级所依据的负荷值。 二次回路额定负载输出的视在功率（ＶＡ） Ｓ ＝Ｉ （２－１） 电流互感器的构造是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接 线端子及绝缘支撑物等组成。其一次绕组的匝数较少，串 接在需要测量电流的线路中，流过较大的被测电流，二次 绕组的匝数较多，串接在测量仪表或继电保护回路里。 根据ＧＢ１２０８—１９９７（电流互感器》国家标准，额定输出的 标准值：２．５、５、ｌ０、ｌ５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、８０、ｌ０ｏＶＡ。 电流互感器的二次回路不允许开路。它在工作时，二 次回路始终是闭合．但因测量仪表和保护装置的串联绕组 根据检定规程规定，互感器的二次负荷必须在１００％￣ ２５％额定负荷范围内，方能保证其误差合格，一般情况下，将 ２５％额定负荷称作“下限负荷”。具体的情况见互感器检定规程。 例如额定容量为２０ＶＡ，额定二次电流为５Ａ的电流互感 器，求其额定负荷和下限负荷。由式（２一１）得到 额定负荷：ｚ ＝ ＝０．８ｎ 的阻抗很小．其工作情况接近短路状态，一次电流所产生 的磁化力大部分被二次电流所补偿，总磁通密度不大，二 次绕组电势也不大。当电流互感器开路时，二次回路阻抗 无限大．电流等于零，一次电流完全变成励磁电流，在二次 绕组产生很高的电势，威胁人身安全，造成仪表、保护装 置、互感器二次绝缘损坏。 电流互感器二次回路Ｉ必须接地．以防止一次绝缘击 下限负荷Ｚ ＝２５％Ｚ．－０．２５％ｘ０．８＝０、 ２．６额定二次负荷的功率因数 穿，二次串入高压，威胁人身安全，损坏设备。 （栏目编辑／谭春霞） 互感器二次回路所带负载的额定功率因数。
