《第一部分_电流互感器概述》.docVIP

电流互感器 一 电流互感器的原理与结构 （一）电流互感器的电气原理图 1 原理图 单级电磁式电流互感器的电气原理和等效电路如图1-1所示。从图中可以看出，绕在同一个铁心3上的一次绕组1和二次绕组2是电流互感器电流变换的基本部件。一次绕组串联地接在高压载流导线4上（在截断处），从而不断地通过电流I1；二次绕组接有仪表PA或继电器。当电流互感器工作时，二次绕组总是经负荷而闭合的。 一次绕组与高压回路一起称为一次回路。从电流互感器的二次绕组直到测量处的外部回路（即负载和连接导线）称为二次回路。由二次绕组和与其连接的二次回路所形成的回路称为二次电流支路。 从电流互感器的电气原理图可以看出，一次和二次绕组之间没有电气联系，它们彼此间按可 (a) 电气原理图 （b） 等效电路 图 1-1 电流互感器的原理图 能出现的各种过电压绝缘。这样就可以直接将测量仪表或继电器接到二次绕组上，同时使维护人员避免受到一次绕组上的高电压的作用。因为两个绕组都绕在一个铁心上，所以它们之间有磁的联系。 图1-1只表示出那些参加电流变换的电流互感器的部件。当然电流互感器还有许多其它部件，如保证绝缘水平的部件，防止大气作用的部件，安装和其他必要的部件。但是，这些部件不参加电流变换，此处不再详述。 （2）电流互感器的作用原理 流过电流互感器一次绕组的电流I1称为一次电流。一次电流值只由一次回路的参数决定。因此在分析电流互感器的作用原理时，一次电流值可以认为是给定值。当一次绕组流过一次电流时，铁心中产生和电流I1同一频率变化的交变磁通Φ1，磁通Φ1交链一次和二次绕组的线匝。当磁通Φ1穿过二次绕组线匝时，由于磁通本身的作用产生感应电势。如果二次绕组经过某些负荷，即经过与其连接的二次回路闭合，那么在“二次绕组对二次回路”这个支路里，在感应电势的作用下就有电流流过。根据楞茨定律，流过二次绕组的电流I2在铁心中产生交变磁通 Φ2，也与磁通Φ1方向相反，因此铁心中由一次电流产生的磁通将减少。 由于磁通Φ1和Φ2叠加的结果，铁心中的合成磁通Φ0=Φ1-Φ2，为磁通Φ1的百分之几。合成磁通Φ0是在电流变换过程中从一次绕组向二次绕组传输电能的转换环节。 合成磁通Φ0在穿过两个绕组线匝时，由于本身的变化，在一次绕组中感应出反电势E1，而在二次绕组中感应出电势E2，因为一次和二次绕组线匝交链铁心的磁通（如果忽略漏磁通）几乎相同，所以在两个绕组的每一线匝里就感应出同一电势。在电势E1的作用下，流过二次绕组的电流I2称为二次电流。 如果一次绕组的匝数用W1表示，二次绕组的匝数用W2表示，它们流过的电流分别为I1和I2，则一次绕组中形成的磁势F1=I1W1，称为一次磁势，二次绕组中的磁势F2=I2W2称为二次磁势。磁势的单位为安匝。 电流变换过程中没有能量消耗时，磁势F1和F2在数量上应相等，但方向相反。 电流变换过程中没有能量消耗的电流互感器称为理想电流互感器，对于理想电流互感器，下面的矢量等式成立： F1=-F2 （1-1） 或I1W2=I2W2 （1-2） 从等式（1-2）得 I1/I2=W2/W1=η （1-3） 即理想电流互感器绕组中的电流与匝数成反比。 一次电流与二次电流比（I1/I2）或二次绕组匝数与一次绕组匝数比（ω2/ω1）称为理想电流互感器的电流比η。 等式（1-3）可写成 I1=I2 （1-4） 即一次电流I1等于二次电流I2乘上电流互感器的电流比η。 在实际电流互感器中，由于铁心中产生磁通、铁心的发热和交变励磁以及二次绕组和二次回路导线的发热，电流变换将消耗能量。这些能量的消耗破坏了上面建立的磁势F1和F2绝对值的等式。在实际电流互感器中，一次磁势应保证建立所必须的二次磁势，以及一个同时发生并花费在铁心励磁和补偿其它能量消耗上的附加磁势。这样，实际电流互感器的方程式（1-1-1）具有以下的形式 F1=F2+F0 （1-5） 式中：F0——消耗于产生铁心磁通Φ0、铁心发热和交变励磁的全励磁磁势。 因此，式（1-2）将为以下形式 I1W1=I2W2+I0W1 （1-6） 式中。I0——使铁心中产生磁通Φ0的励磁电流，是一次电流I1的一部分。 用W1除方程式（1-6）的各项，得 I1=I2 +I0 （1-7） 当电流互感器的一次电流未超过额定电流时，励磁电流一般不大于一次的电流的1～3%，因此励磁电流可忽略不计。此时，方程式（1-7