发电机组厂家介绍电流互感器浅析电流互感器的工作状态接近短路

电力系统的一次电压很高，电流很大，且运行的额定参数千差万别，用以对一次系统进行测量、控制的仪器仪表及保护装置无法直接接入一次系统，一次系统的大电流需要使用电流互感器进行隔离，使二次的继电保护、自动装置和测量仪表能够安全准确地获取电气一次回路电流信息。电流互感器有电磁式电流互感器和电子式电流互感器两种，下面介绍的是电磁式的电流互感器。
电流互感器原理是依据电磁感应原理制成的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因为它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表与保护回路中，电流互感器在工作之时，它的二次侧回路始终是闭合的状态，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小了，电流互感器的工作状态接近短路。
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发电机组基本原理
 
电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流I1通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流I2。二次绕组的匝数较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。由于一次绕组与二次绕组有关系I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比为。电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。
 
穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组，载流导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)的铁心，起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。
多抽头电流互感器，一次绕组不变，在绕制二次绕组时，增加几个抽头，以获得多个不同变比。当需要某变比时，就将其对应的二次绕组抽头取出接线使用。此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比，调换二次接线端子的接线来改变变比，而不需要更换电流互感器，给使用提供了方便。
电流互感器的型号
电流互感器的型号是由2～4位拼音字母及数字组成。通常能表示出电流互感器的线圈型式、绝缘种类、导体的材料及使用场所等。横线后面的数字表示绝缘结构的电压等级（4级）。电流互感器型号中字母的含义如下：
第一字母：L—电流互感器
第二字母：A—穿墙式；Z—支柱式；M—母线式；D—单匝贯穿式；V—结构倒置式；J—零序接地检测用；W—抗污秽；R—绕组裸露式
第三字母：Z—环氧树脂浇注式；C—瓷绝缘；Q—气体绝缘介质；W—与微机保护专用
第四字母：B—带保护级；C—差动保护；D—D级；Q—加强型；J—加强型ZG
第五数字：电压等级 产品序号
电流互感器的作用
电流互感器的作用之一就是用于测量，经常用于计费或测量运行中设备的电流大小。在对大的交变电流进行测量时，为方便仪表测量，并且降低直接测量高压电的危险性，经常需要使用电流互感器将其转变为较统一的电流，在此，电流互感器就起到变流和电气隔离的作用。电流互感器将高电流按要求成比例的转换为低电流，用于测量时将电流互感器的一次侧接一次系统，二次侧接测量仪表或继电保护装置等。
电流互感器的作用之二就是用于保护，经常与继电装置配合使用，当线路发生短路或者过载等故障时，电流互感器就向继电装置发送信号使其切断故障电路，从而达到保护供电系统安全的目的。保护用电流互感器不同于测量用电流互感器，其需要在电流比正常电流大几倍或几十倍的情况下仍可以有效的进行工作，并且其要求绝缘可靠、具有足够大的准确限值系数、具有足够的热稳定性和动稳定性。
电流互感器的主要参数
1. 额定电流变比
额定电流变比是指一次额定电流与二次额定电流之比（有时简称电流比）。额定电流比一般用不约分的分数形式表示，如一次额定电流I1e和二次额定电流I2e分别为100、5 A，则KI＝I1e/I2e＝100/5。所谓额定电流，就是在这个电流下，互感器可以长期运行而不会因发热损坏。当负载电流超过额定电流时，叫作过负载。如果互感器长期过负载运行，会把它的绕组烧坏或缩短绝缘材料的寿命。
2. 准确度等级
由于电流互感器存在着一定的误差，因此根据电流互感器允许误差划分互感器的准确度等级。国产电流互感器的准确度等级有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2．0.5、1.0、3.0、5.0、0.2S级及0.5S级。0.1级以上电流互感器，主要用于试验室进行精密测量，或者作为标准用来检验低等级的互感器，也可以与标准仪表配合，用来检验仪表，所以也叫作标准电流互感器。用户电能计量装置通常采用0.2级和0.5级电流互感器，对于某些特殊要求（希望电能表在0.05～6A之间，即额定电流5A的1％～120％之间的某一电流下能作准确测量）可采用0.2S级和0.5S级的电流互感器。
计量、测量一般采用0.1、0.2、0.5等，如0.5级表示在额定工况下，电流互感器的传递误差不大于0.5%。保护一般采用P级，如5P20表示在20倍额定电流下的误差为5%，所以保护级虽然精度不如测量级，但具有很强的抗饱和能力。
3. 额定容量
电流互感器的额定容量，就是额定二次电流I2e通过二次额定负载Z2e时所消耗的视在功率S2e，所以S2e＝I2eZ2e。电流互感器在使用中，二次连接线及仪表电流线圈的总阻抗，不能超过铭牌上规定的额定容量且不低于1／4额定容量时，才能保证它的准确度。制造厂铭牌标定的额定二次负载通常用额定容量表示，其输出标准值有2.5、5、10、15、25、30、50、60、80、100V·A等。
4. 额定电压
电流互感器的额定电压，是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压（有效值）。它只是说明电流互感器的绝缘强度，而和电流互感器额定容量没有任何关系。它标在电流互感器型号后面。例如LC W－35，其中“35”是指额定电压，它以kV为单位。
5. 极性
为了保证测量及校验工作的接线正确，电流互感器一次和二次绕组的端子应标明极性标志。
（1）一次绕组首端标为L1，末端标为L2。当多量限一次绕组带有抽头时，首端标为L1，自第一个抽头起依次标为L2，L3……。
（2）二次绕组首端标为K1，末端标为K2。当二次绕组带有中间抽头时，首端标为K1，自第一个抽头起以下依次标为K2，K3……。
（3）对于具有多个二次绕组的电流互感器，应分别在各个二次绕组的出线端标志“K”前加注数字，如1K1，1K2，1K3……；2K1，2K2，2K3……。
（4）标志符号的排列应当使一次电流自L1端流向L2端时，二次电流自K1流出，经外部回路流回到K2。
从电流互感器一次绕组和二次绕组的同极性端子来看，电流I1、I2的方向是相反的，这样的极性关系称为减极性，反之称为加极性。电流互感器一般都按减极性表示。
电流互感器的使用原则
接线方式
所谓电流互感器的接线方式是指电流互感器与电流继电器之间的联接方式。电流互感器在三相电路中有以下四种接线方式。
 
一相式接线方式：一相式接线方式如图所示，电流线圈通过的电流，反映一次电路相应相的相电流，通常用于负荷平衡的三相电路如低压动力线路中，供测量电流或接过负荷保护装置之用。
 
三相式完全星形接线：三相式完全星形接线方式如图所示，这种方式对各种故障都起作用。当故障电流相同时，对所有故障都同样灵敏，对相同短路动作可靠，至少有两个继电器动作，因此主要用于高压大电流接地系统以及大型变压器、电动机的差动保护、相间短路保护和单相接地短路保护和负荷一般不平衡的三相四线制系统，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，作三相电流、电能测量。
 
两相不完全星形接线：两相不完全星形接线如图所示，在正常运行及三相短路时，中线通过电流为I0=Ia+Ic=-Ib，反映的是未接电流互感器那一相的相电流。如两只互感器接于A相和C相，AC相短路时，两只继电器均动作；当AB相或BC相短路时，只有一个继电器动作。而在中性点直接接地系统中，当B相发生接地故障时，保护装置不动作。所以这种接线保护不了所有单相接地故障和某些两相短路，但刚好满足中性点不直接接地系统允许一相接地继续运行一段时间的要求。因此，这种接线广泛应用在中性点不接地系统。
 
严禁开路运行
二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流I1全部成为磁化电流，引起φm和E2骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈;同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。电流互感器在正常工作时，二次侧与测量仪表和继电器等电流线圈串联使用，测量仪表和继电器等电流线圈阻抗很小，二次侧近似于短路。CT二次电流的大小由一次电流决定，二次电流产生的磁势，是平衡一次电流的磁势的。若突然使其开路，则励磁电动势由数值很小的值骤变为很大的值，铁芯中的磁通呈现严重饱和的平顶波，因此二次侧绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波，其值可达到数千甚至上万伏，危及工作人员的安全及仪表的绝缘性能。
另外，二次侧开路使二次侧电压达几百伏，一旦触及将造成触电事故。因此，电流互感器二次侧都备有短路开关，防止二次侧开路。在使用过程中，二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停电处理。一切处理好后方可再用。
装设
电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载串联。
按被测电流大小，选择合适的变比，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故。
为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障滤波等装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母线断路器、旁路断路器等回路中均设2～8个二次绕阻的电流互感器。
对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如：若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。
为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。
为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。