盧東來(lái)

一、概述

1.概念簡(jiǎn)介.根據(jù)變壓器的原理，對(duì)電流互感器的工作原理進(jìn)行分析.電流互感器是由一個(gè)封閉的鐵心和一個(gè)繞組組成的.它的一次側(cè)繞組匝數(shù)是少的，在電流測(cè)量電路是必要的，所以它往往有一個(gè)線路的所有電流流量.二次繞組匝數(shù)較多，串聯(lián)在測(cè)量?jī)x器和保護(hù)電路上，電流互感器在工作時(shí)，二次側(cè)電路，從開始到結(jié)束是關(guān)閉的，所以測(cè)量?jī)x器和保護(hù)電路串聯(lián)線圈阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近一個(gè)短路電路.電流互感器是將大電流變?yōu)樾‰娏鳒y(cè)量的兩方，兩方不能打開.

2.工作原理.在發(fā)電、變電、輸電、和配電的生產(chǎn)線路中，電流互感器起著電流轉(zhuǎn)換和電氣隔離的作用.電流互感器和變壓器的原理是類似的，都是根據(jù)電磁感應(yīng)的工作原理來(lái)進(jìn)行的，變壓器是電壓和電流互感器的變換器.電流互感器連接被測(cè)繞組電流（轉(zhuǎn)向N1），叫作一次繞組（或初級(jí)繞組），測(cè)量?jī)x器的繞組（轉(zhuǎn)向N2）的稱為二次繞組（或副邊繞組、次級(jí)繞組）.電流互感器一次繞組的電流I1和I2兩次繞組的電流的比值，稱為k的實(shí)際電流比.

3.課本中對(duì)于電流互感器的常規(guī)解讀.電流互感器反映了電路中的電流大小的數(shù)值，因此電流互感器可以使用電路中電流的串聯(lián)連接中.一些教科書認(rèn)為，可以將變壓器原來(lái)的線圈匝做少，而匝數(shù)的二次線圈做的更多，那么電流的二次線圈比原來(lái)的線圈電流變小.如果原線圈串聯(lián)連接在電路中，二次線圈的兩端與普通的交流電流表連接，可以測(cè)量大電流.這樣的變壓器被稱為電流互感器.

二、常見的對(duì)電流互感器的錯(cuò)誤解讀

1.電流互感器中的輸出電流與副線圈回路中的“負(fù)載”無(wú)關(guān).根據(jù)共同演繹的思想，電流互感器輸出電流I2只有原始、次級(jí)線圈匝數(shù)比n1/n2和電流I1決定，與次級(jí)線圈回路狀態(tài)無(wú)關(guān)和循環(huán)中的“負(fù)載”是不相關(guān)的.可以由下式看出，I2=n1I1/n2.然而，無(wú)論是電壓還是電流互感器，它們的工作過(guò)程都屬于電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)的范疇.在法拉第電磁感應(yīng)定律中，只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將獨(dú)立的“回路”狀態(tài)和負(fù)載撇開.

2.電流互感器輸出端電流值變?yōu)榱銜r(shí)輸入端電流亦變?yōu)榱?電流互感器原線圈中電流是否對(duì)于副線圈中的電流很依賴，這是一個(gè)值得思考的問題.理想狀況下設(shè)定一種“極端”狀況，那就是接在副線圈兩端的電流表因“故障”而斷路，也就是電阻值區(qū)域無(wú)窮大，無(wú)電流通過(guò)，則電流I2會(huì)趨于0.此時(shí)原線圈中電流是否會(huì)隨著副線圈電路中的斷路而趨于0呢？答案是顯然的，那就是原線圈中的電流不會(huì)隨著副線圈電路中的斷路而趨于0，也不會(huì)出現(xiàn)I1等于0的結(jié)果.

3.電流互感器的正確解讀.控制理想（理想電壓互感器）變壓器，并聯(lián)接入電路，輸入電壓與輸出的變化（即輸入端接電壓源）的理想電流互感器的特點(diǎn)是串聯(lián)接入原電路（感知電路和傳輸線）和輸入電流I1不隨產(chǎn)量變化的特征變化（連接到電流源的輸入端）.參考電壓互感器的分析思路，對(duì)電流互感器在工作中的電流和電壓進(jìn)行初步的定量分析如下.電流互感器空載時(shí)，副線圈無(wú)電流輸出，原、副線圈兩端電壓為U10、U20.U10=E自1=L1ΔI1/Δt.U20=E互2=MΔI1/Δt.當(dāng)電流互感器副線圈有電流輸出，會(huì)使原線圈兩端電壓增大為U1.U1由副線圈電流I2在原線圈兩端產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)和I1在原線圈兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)疊加構(gòu)成，有U1=L1ΔI1/Δt+ MΔI2/Δt.當(dāng)L1趨向零時(shí)，有U10=0，這時(shí)有U1=MΔI2/Δt.由于ΔI2/Δt正比于I2，故有電流互感器原線圈兩端電壓正比于輸出電流I2.因此，要使電流互感器副線圈電流的輸出對(duì)原電路（“被感電路”或輸電線路）幾乎無(wú)影響，U1應(yīng)該很小，也只有讓I2很小.此時(shí)在副線圈中的輸出電壓U2，有U2=MΔI1/Δt+I2ΔI2/Δt.在電流互感器中，由于I2遠(yuǎn)小于I1（否則過(guò)大的U1會(huì)對(duì)輸電電路產(chǎn)生明顯影響），而M與L2的數(shù)量級(jí)相當(dāng). 這樣有U2≈MΔI1/Δt.因此具備所有“理想條件”（ 包括“I2遠(yuǎn)小于I1”）的電流互感器（ 所有可能對(duì)原電路產(chǎn)生的影響都應(yīng)該忽略），有U2=MΔI1/Δt∝MI1.電工學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)都表明，互感系數(shù)M與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2的積成正比.這樣有I2=kn1n2I1.比例系數(shù)k是由負(fù)載決定的，影響互感系數(shù)和交變電流的頻率等因素的影響，這是獨(dú)立的N1、N2和I1.在正常情況下，電流互感器的應(yīng)用總是遠(yuǎn)小于1，即使有一個(gè)“故障”的問題，“負(fù)載”的變化反映在相應(yīng)的k值的變化.

眾所周知，所有的電流互感器將嘗試設(shè)計(jì)原來(lái)的線圈匝數(shù)盡可能少.這完全是為了避免電流互感器電路串聯(lián)連接，從而在原電路的電流（初級(jí)線圈電路）有重大影響的實(shí)際需要，也是實(shí)現(xiàn)電流互感器的“理想”——初級(jí)線圈電感L1趨于0的要求.次級(jí)線圈的匝數(shù)是足夠的互感效應(yīng)（增加互感）.他們對(duì)二次線圈的電位有相同的貢獻(xiàn).