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          電流互感器原理

          上海互凌電氣有限公司 / 2017-03-03
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           電流互感器原理

          一、 電流互感器結構原理

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

          穿心式電流互感器結構原理圖
          由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數,I1N1=I2N2,電流互感器額定電流比: 。電流互感器實際運行中負荷阻抗很小,二次繞組接近于短路狀態,相當于一個短路運行的變壓器。
          2 穿心式電流互感器結構原理
          穿心式電流互感器其本身結構不設一次繞組,載流(負荷電流)導線由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荷串聯形成閉合回路,見圖2。

          穿心式電流互感器結構原理圖
          由于穿心式電流互感器不設一次繞組,其變比根據一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數確定,穿心匝數越多,變比越小;反之,穿心匝數越少,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。

           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,每個抽頭設置各自的接線端子,這樣就形成了多個變比,見圖3。多抽頭電流互感器

          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點是可以根據負荷電流變比,調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不同、各自獨立的繞組,以滿足同一負荷電流情況下不同變比、不同準確度等級的需要,見圖4。

          不同變比電流互感器原理圖

          例如在同一負荷情況下,為了保證電能計量準確,要求變比較小一些(以滿足負荷電流在一次額定值的2/3左右),準確度等級高一些(如1K1、1K2為200/5、0.2級);而用電設備的繼電保護,考慮到故障電流的保護系數較大,則要求變比較大一些,準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,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、不同準確度等級的獨立繞組。一次繞組與裝置在互感器外側的連接片連接,通過變更連接片的位置,使一次繞組形成串聯或并聯接線,從而改變一次繞組的匝數,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,一次繞組匝數相應改變,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的連接片)。
          帶抽頭的二次獨立繞組的不同變比和不同準確度等級,可以分別應用于電能計量、指示儀表、變送器、繼電保護等,以滿足各自不同的使用要求。例如當電流互感器一次繞組串聯時(圖5a),1K1、1K2,1K2、1K3,2K1、2K2,2K2、2K3為300/5,1K1、1K3,2K1、2K3為150/5;當電流互感器一次繞組并聯時(圖5-5b),1K1、1K2,1K2、1K3,2K1、2K2,2K2、2K3為600/5,1K1、1K3,2K1、2K3為300/5。其接線圖和準確度等級標準在銘牌上或使用說明書中。
          (a)一次串聯(兩匝)
          (b)一次并聯(一匝)
          一次繞組匝數可調、二次多繞組的電流互感器原理圖

           

           

           

           

           

          基礎概述

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

          互感器工作原理 電流互感器工作原理圖

          二 、工作原理

            在發電、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、保護和控制需要轉換為比較統一的電流,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是安培級的(如5A等)。對于數字化儀表,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,一般用于擴大儀表量程。)

          電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作,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)的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流,用來進行保護、測量等用途。

          如變比為400/5的電流互感器,可以把實際為400A的電流轉變為5A的電流。

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