电流互感器变比、结构特点、误差

　　电流互感器主要由三部分组成：铁心、一次线圈和二次线圈。由于铁心磁阻的存在，电流互感器在传变电流的过程中，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁心磁化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流，电流互感器的误差就是由于铁心所消耗的励磁电流引起的。由于激磁电流和铁损的存在，电流互感器一次电流和二次电流的差值是一个向量，误差包括比值差和相角差。

电流互感器——作用

　　（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。

　　（2）隔离高压电路。互感器一次侧和二次侧没有电的联系，只有磁的联系。使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

　　要注意的是，互感器在线路中二次侧（接电流表的那一边）是绝对不允许开路的（断开接线），否则有可能会因为二次侧的高电压而发生危险或事故。

电流互感器——变比

电流互感器——种类及结构特点

　　电流互感器的类型有很多，以下以单匝式和多匝式电流互感器以及它们的二次绕组为例，分别阐述它们的结构特点。

　　1．单匝式电流互感器的结构特点

　　（1）芯柱型电流互感器。芯柱型电流互感器的结构是一次绕组为装在穿墙瓷套管内的铜杆或铜管，穿墙瓷套管作为一次绕组和二次绕组之间、一次绕组对地的主绝缘，铁芯是用硅钢片弯成螺旋式制成环形，这样可以加快制造过程和减少铁芯损耗。其结构特点是体积小、造价低廉。在10kV及以下的配电装置中被广泛采用。

　　（2）母线型电流互感器。在额定电压10--20kV、额定电流2000A及以上时，母线型电流互感器的中间是空的，一次绕组用穿过电流互感器瓷套管的载流母线来代替。

　　（3）套管型电流互感器。套管型电流互感器的铁芯用硅钢片制成环形，广泛使用在35kV及以上的变压器和多油断路器的绝缘套管上，利用其中的载流导体作为一次绕组，二次绕组绕在环型铁芯上。

　　2．多匝式电流互感器的结构特点

　　（1）线圈型电流互感器。线圈型电流互感器的结构是制成支柱式、干式绝缘，从500V到10kV的电流互感器采用环氧树脂浇注式绝缘，以代替过去的瓷绝缘，广泛应用于户内。

　　（2）线环型电流互感器。线环型电流互感器的结构是将一次绕组装在两个瓷套管内，瓷套管上装有带二次绕组的铁芯，铁芯是用“L”形的硅钢片叠成。

　　（3）“8”字形电流互感器。“8”字形电流互感器的结构是一次绕组与带有二次绕组的铁芯，好像两个互相套着的环，形成一个“8”字形，铁芯是由卷成螺旋形的矽钢片制成。铁芯及绕组装在盛有变压器油的支柱式瓷绝缘外壳内，在瓷绝缘外壳的顶部装有可伸缩长度的膨胀器。额定电压为35～110kV的有2～3个铁芯，电压为220kV的有4个铁芯。根据需要电压越高，铁芯的个数越多。

　　（4）“U”字形电流互感器。“U”字形电流互感器的结构是一次绕组做成“U”字形（现已改进为“U”、“O”形等），采用电容结构，主绝缘全部包在一次绕组上，可使用环形铁芯和C形铁芯。为了提高主绝缘强度，在绝缘中放置一定数量的同心圆筒形电容屏，最外层电容屏接地，各电容屏间形成一个串联的电容器组，所以叫做电容型绝缘。由于其电场分布比较接近于均匀，绝缘包制实行机械化，在110kV及以上高压电流互感器中得到广泛的应用。

　　（5）串级型电流互感器。额定电压在220kV及以上时，电流互感器采用串级式结构，可以节省大量的绝缘材料。串级式电流互感器由多个电流互感器相互叠置而成。但由于经数次变流，误差较大。为了保持一定的准确度，必须增加导线和铁芯截面，在一般情况下，串级式电流互感器不宜超过两个绕组。

　　3．电流互感器二次绕组的结构特点

　　（1）由于同一电路中，往往需要数量很多的电流互感器供给测量仪表、继电保护装置、安全自动装置等使用，为了节省材料和空间，高压电流互感器常用多个没有磁联系的独立铁芯和二次绕组，与共同的一次绕组构成单电流比、多二次绕组的由流互感器，这样，一台电流互感器可当多台使用。

　　（2）对于110kV及以上的电流互感器，为了适应线路电流的变化和减少产品规格，常把一次绕组分成几组，通过切换来改变一次绕组的串、并联，二次绕组中间引出抽头，以获得2种或3种电流变比。

　　（3）为了适应线路负荷电流的变化，有些电流互感器在二次绕组中引出多个抽头，用改变二次绕组匝数的方法来实现不同的电流变比，以满足各种负荷对电流变比的不同要求。

电流互感器——误差

　　互感器误差包括比值差和相角差两种。影响误差的因素：

　　1、电流互感器的内部参数是影响电流互感器误差的主要因素。

　　⑴ 二次线圈内阻R2和漏抗X2对误差的影响： 当R2增大时比差和角差都增大; X2增大时比差增大，但角差减校因此要改善误差应尽量减小R2和适当的X2值。由于二次线圈内阻R2和漏抗X2与二次负载Rfh和Xfh比较而言值很小，所以改变R2和X2对误差的影响不大，只有对小容量的电流互感器影响才较显著。

　　⑵ 铁芯截面对误差的影响：铁芯截面增大使铁芯的磁通密度减少，励磁电流减小，从而改善比差和角差。没有补偿的电流互感器在额定条件下铁芯的磁通密度已经很小，所以减少磁通密度也相对减小了导磁系数，使励磁电流减小不多，而且磁通密度越小效果越差。

　　⑶ 线圈匝数对误差的影响： 增加线圈匝数就是增加安匝，增加匝数可以使磁通密度减小，其改善误差的效果比增加铁芯截面显著得多。但是线圈匝数的增加会引起铜用量的增加，同时引起动稳定倍数的减少和饱和倍数的增加。此外，对于单匝式的电流互感器（如穿心型或套管型电流互感器一次线圈只允许一匝）不能用增加匝数的办法改善误差。

　　⑷ 减少铁芯损耗和提高导磁率。在铁芯磁通密度不变的条件下，减少铁芯励磁安匝和损耗安匝也将改善比差和角差，因此采用优质的磁性材料和采取适宜的退火工艺都能达到提高导磁率和减少损耗的目的。铁芯磁性的优劣还影响饱和倍数，铁芯磁性差时饱和倍数较校。

　　2、运行中的电流互感器的误差 当电流互感器已经定型，其内部参数就确定了，那么它的误差大小将受二次电流（或一次电流）、二次负载、功率因数以及频率的影响。这些因素称为外部因素，在运行中的电流互感器的误差主要受这四个因素影响。

　　⑴ 电流频率的变动对误差的影响比较复杂，一般系统频率变化甚小，其影响可忽略不计。假使频率变化过大，例如额定频率为50Hz的电流互感器用于60Hz的系统中，就应当考虑频率的影响，因为频率变动不但影响铁芯损耗、磁通密度和线圈漏抗的大小，也同时影响了二次侧负载电抗值的大校

　　⑵ 当一次电流减小时，磁通密度按比例相应减少，但在低磁通密度时，励磁安匝的减少比磁通密度减少要慢，因此比差和角差的绝对值就相对增大。

　　⑶ 电流互感器误差具有以下特征：当一次电流在规定的范围内变化时，二次电流按比例变化，当二次负载阻抗在规定范围内变化时，不影响二次电流的大校所以当二次负载在额定范围内减少时，磁通密度也减少，由于二次电流不变，励磁电流减小，误差也将减校电流互感器的出厂说明书一般会标明额定二次负载阻抗值，在运行中其误差应按给定接线方式下的最大二次负载阻抗值来校核。

　　⑷ 二次负载的功率因数增大，也就是Rfh增大，Xfh减小，角差将增大而比差将减少。对于饱和倍数而言，互感器厂家说明书注明的饱和倍数是指功率因数为0.8时的饱和倍数，此值相当于的饱和倍数的“极小值”，因此功率因数无论增大或减小，饱和倍数都增大。

　　减小误差的措施：

　　励磁电流是造成电流互感器误差的主要原因，因此减小励磁电流就可以减小误差：

　　⑴ 采用高导磁率的材料做铁芯，因为铁心磁性能不但影响比差和角差，也影响饱和倍数。

　　⑵ 增大铁心截面，缩短磁路长度；增加线圈匝数。增减铁心截面或线圈安匝会相应增大和减小饱和倍数，在采取增加铁心截面或线圈安匝以改善比差和角差时，必须考虑到对饱和倍数的影响。

　　⑶ 限制二次负载的影响。在现场一般用增加连接导线的有效截面的方法，如采用较大截面的电缆，或多芯并联使用，以减少二次负载的阻抗值。还可以把两个同型号、变比相同的电流互感器串联使用，使每个电流互感器的负载成为整个负载的一半。

　　⑷ 适当增大电流互感器变比。在现场运行中选用较大变比的互感器。