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

　　電流互感器的一次繞組和二次繞組繞在同一個(gè)磁路閉合的鐵心上.如果一次繞組中有電流流過(guò),將在二次繞組中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì).在二次繞組為通路時(shí),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(lì)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(biāo)注電流互感器相關(guān)知識(shí)

　　電流互感器采用減極性標(biāo)注的方法，即同時(shí)從一二次繞組的同極性段通入相同方向的電流時(shí)，它們?cè)阼F芯中產(chǎn)生的磁通方向相同。當(dāng)從一次繞組的極性端通入電流時(shí)，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(chēng)為減極性標(biāo)準(zhǔn)。

　　由于電流方向相反，且鐵心中合成磁通為零。因此得下式：電流互感器相關(guān)知識(shí)

　　N1Ip-N2Is=0(本來(lái)勵(lì)磁安匝的和為零，但考慮到兩個(gè)電流的流動(dòng)方向相對(duì)于極性端不同，因此兩者為減的關(guān)系)。

　　推出：Is=N1/N2*Ip

　　可見(jiàn)，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(lái)表示一次電流(考慮變比折算)。這正是減極性標(biāo)注的優(yōu)點(diǎn)。

　　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(shí)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(diǎn)我們可以在圖1中看到。實(shí)際流入互感器二次負(fù)載的電流Is=Ip/Kn-Ie，其中Ie為勵(lì)磁電流，即建立磁場(chǎng)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(yùn)行時(shí)勵(lì)磁阻抗很大，勵(lì)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(shí)，勵(lì)磁阻抗會(huì)變小，勵(lì)磁電流增大，使誤差變大。考慮到勵(lì)磁阻抗一般被作為電抗性質(zhì)處理，而二次負(fù)載一般為阻抗性質(zhì)，因此在二次感應(yīng)電勢(shì)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(fù)載性質(zhì)有關(guān)。圖2表示了二次負(fù)載為純阻性的情況。

　　圖中，二次感應(yīng)電勢(shì)Es**鐵芯中磁通Фm90度。可以近似認(rèn)為勵(lì)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。可見(jiàn)，圖中Is與Ip不同相位，兩者夾角即為角度誤差。

　　對(duì)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(jiǎn)單分類(lèi)

　　根據(jù)用途電流互感器一般可分為保護(hù)用和計(jì)量用兩種。兩者的區(qū)別在于計(jì)量用互感器的精度要相對(duì)較高，另外計(jì)量用互感器也更容易飽和，以防止發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)大的短路電流造成計(jì)量表計(jì)的損壞。

　　根據(jù)對(duì)暫態(tài)飽和問(wèn)題的不同處理方法，保護(hù)用電流互感器又可分為P類(lèi)和TP類(lèi)。P(protection，保護(hù))類(lèi)電流互感器不特殊考慮暫態(tài)飽和問(wèn)題，僅按通過(guò)互感器的*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(duì)暫態(tài)飽和引起的誤差主要由保護(hù)裝置本身采取措施防止可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作行為(誤動(dòng)或拒動(dòng))。TP(transientprotection，暫態(tài)保護(hù))類(lèi)電流互感器要求在*嚴(yán)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(hù)裝置的正確動(dòng)作。

　　對(duì)于其它類(lèi)型的互感器，比如光互感器，電子式電流互感器等實(shí)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(lì)磁電流Ie引起的。正常運(yùn)行時(shí)由于勵(lì)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(dāng)CT飽和時(shí)，飽和程度越嚴(yán)重，勵(lì)磁阻抗越小，勵(lì)磁電流極大的增大，使互感器的誤差成倍的增大，影響保護(hù)的正確動(dòng)作。*嚴(yán)重時(shí)會(huì)使一次電流全部變成勵(lì)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(guò)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(shí)本來(lái)要求保護(hù)正確動(dòng)作快速切除故障，但如果互感器飽和就很容易造成誤差過(guò)大引起保護(hù)的不正確動(dòng)作，進(jìn)一步影響系統(tǒng)**。因此對(duì)于電流互感器飽和的問(wèn)題我們必須認(rèn)真對(duì)待。

　　互感器的飽和問(wèn)題如果進(jìn)行詳細(xì)分析是非常復(fù)雜的，因此這里僅進(jìn)行定性分析。

　　所謂互感器的飽和，實(shí)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?yàn)橐淮坞娏髟阼F芯中產(chǎn)生了磁通，進(jìn)而在纏繞在同一鐵芯中上的二次繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)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(shí)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(dāng)鐵芯中的磁通密度達(dá)到飽和點(diǎn)后，B隨勵(lì)磁電流或是磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化趨于不明顯。也就是說(shuō)在N,S,f確定的情況下，二次感應(yīng)電勢(shì)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(shí)質(zhì)是鐵芯中的磁通密度B過(guò)大，超過(guò)了飽和點(diǎn)造成的。而鐵芯中磁通的多少?zèng)Q定于建立該磁通的電流的大小，也就是勵(lì)磁電流Ie的大小。當(dāng)Ie過(guò)大引起磁通密度過(guò)大，將使鐵芯趨于飽和。而此時(shí)互感器的勵(lì)磁阻抗會(huì)顯著下降，從而造成勵(lì)磁電流的再增大，于是又進(jìn)一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和，這其實(shí)是一個(gè)惡性循環(huán)的過(guò)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。