电流互感器——工作原理和应用

在使用能源系统时，通常需要将某些电量转换成与它们相似的类似物，并按比例改变数值。这使您可以模拟电气装置中的某些过程并安全地进行测量。

电流互感器 (CT) 的操作基于 电磁感应定律在以交变正弦幅度的谐波形式变化的电场和磁场中工作。

它将电源电路中流动的电流矢量的初级值转换为次级降低值，尊重模数比例和精确的角度传输。

电流互感器的工作原理

该图解释了变压器内部电能转换过程中发生的过程的演示。

电流 I1 流过匝数为 w1 的电源初级绕组，克服其阻抗 Z1。围绕该线圈形成磁通量 F1，该磁通量由垂直于矢量 I1 方向的磁路捕获。当电能转换为磁能时，这种方向确保电能损失最小。

穿过绕组 w2 的垂直定位匝，磁通 F1 在其中感应电动势 E2，在其影响下，次级绕组中出现电流 I2，克服线圈 Z2 和连接的输出负载 Zn 的阻抗。在这种情况下，在次级电路的端子处形成电压降 U2。

称为 K1 的量，由向量 I1 / I2 转换系数的比率确定...它的值在设备设计期间设置，并在现成结构中测量。实际模型的指标与计算值之间的差异通过计量特性 - 电流互感器的精度等级来评估。

在实际操作中，线圈中的电流值并不是恒定值。因此，变换系数通常用标称值来表示。例如，他的表达式 1000/5 表示初级工作电流为 1 千安时，5 安培负载将作用于次级匝数。这些值用于计算该电流互感器的长期性能。

来自次级电流 I2 的磁通量 F2 会降低磁路中磁通量 F1 的值。在这种情况下，其中产生的变压器 Ф 的磁通量由向量 Ф1 和 Ф2 的几何求和确定。

电流互感器运行过程中的危险因素

在绝缘失效的情况下能够受到高压电势的影响

由于 TT 的磁路由金属制成，具有良好的导电性和磁性连接绝缘绕组（初级和次级），如果绝缘层破裂，会增加人员触电或设备损坏的风险。

为了防止这种情况发生，变压器次级端子之一的接地用于在发生事故时排出其两端的高压电势。

该端子始终标记在设备外壳上，并在连接图上标明。

次级电路故障时受高压电势影响的可能性

次级绕组的末端标有 «I1» 和 «I2»，因此电流流动的方向是极性的，在所有绕组中重合。当变压器运行时，它们必须始终连接到负载。

这是因为流过初级绕组的电流具有很高的潜在功率（S = UI），它被转换成低损耗的次级电路，当它被中断时，电流分量急剧下降到值通过环境泄漏，但同时下降显着增加了破碎部分的应力。

初级回路中电流通过时，次级绕组开路触点处的电位可达几千伏，非常​​危险。

因此，电流互感器的所有次级电路必须始终牢固组装，并联短路必须始终安装在停止运行的绕组或铁芯上。

电流互感器电路中使用的设计方案

电流互感器作为一种电气设备，是为解决电气装置运行过程中出现的某些问题而设计的。该行业生产各种各样的产品。但是，在某些情况下，在改进结构时，使用具有成熟技术的现成模型比重新设计和制造新模型更容易。

创建单匝 TT（在初级电路中）的原理很基本，如左图所示。

这里的初级绕组被绝缘覆盖，由穿过变压器磁路的直线母线L1-L2组成，次级绕组绕在其上并连接到负载。

右图显示了创建具有两个铁芯的多匝 CT 的原理。这里取两个单匝变压器及其次级电路，一定匝数的功率绕组通过它们的磁路。这样，不仅功率增加了，而且输出连接电路的数量也进一步增加了。

这三个原则可以以不同的方式改变。例如，在单个磁路周围使用多个相同的线圈被广泛使用，以创建单独、独立的自主运行的次级电路。这些被称为核。这样，不同用途的开关或线路（互感器）的保护就连接到一台电流互感器的电流回路上。

具有强大磁路的组合电流互感器，用于设备紧急模式，以及通常的电流互感器，设计用于在标称网络参数下进行测量，在电力设备中工作。缠绕在钢筋上的线圈用于操作保护装置，而传统线圈用于测量电流或功率/电阻。

他们这样称呼：

• 标有索引«P»的保护线圈（继电器）；

• 由计量精度等级 TT 的数字表示的测量值，例如 «0.5»。

电流互感器正常运行期间的保护绕组提供初级电流矢量的测量，精度为 10%。有了这个价值，他们就被称为“百分之十”。

测量误差

确定变压器精度的原理允许您评估照片中所示的等效电路。在其中，初级量的所有值都有条件地减少到二级循环中的作用。

等效电路描述了在绕组中运行的所有过程，同时考虑了用电流 I 磁化铁芯所消耗的能量。

建立在其基础上的矢量图（三角形SB0）表明电流I2与I'1的值不同，I的值朝向我们（磁化）。

这些偏差越大，电流互感器的精度越低，为将CT测量误差考虑在内，引入以下概念：

• 以百分比表示的相对电流误差；

• 根据以弧度表示的弧长 AB 计算的角度误差。

初级和次级电流矢量偏差的绝对值由交流段决定。

电流互感器的常见工业设计被制造为在 0.2 特性定义的精度等级中运行； 0.5； 1.0; 3% 和 10%。

电流互感器的实际应用

在位于小外壳中的小型电子设备和占据几米大尺寸的能源设备中都可以找到他们的各种模型。它们根据操作特性进行划分。

电流互感器的分类

根据协议，它们分为：

• 测量，将电流传输到测量仪器；
• 受保护，连接到电流保护电路；
• 实验室，具有很高的准确性；
• 用于再转化的中间体。

操作设施时，使用 TT：

• 户外室外安装；

• 用于封闭装置；

• 内置设备；

• 从上方 — 插入套筒；

• 便携，让您可以在不同的地方进行测量。

按TT设备的工作电压值有：

• 高压（超过 1000 伏）；

• 对于高达 1 千伏的标称电压值。

此外，电流互感器还根据绝缘材料的方法、变换步骤的数量和其他特性进行分类。

完成的任务

外部测量电流互感器用于测量电能的电路的操作，线路或电力自耦变压器的测量和保护。

下图为电力自耦变压器110kV开关柜接线盒各相线路位置及二次回路安装情况。

外部开关设备 330 kV 的电流互感器执行相同的任务，但考虑到更高电压设备的复杂性，它们的尺寸要大得多。

在电力设备上，常采用电流互感器的嵌入式设计，直接放置在电站机壳上。

它们具有次级绕组，导线放置在密封外壳中的高压套管周围。来自 CT 夹具的电缆被路由到此处连接的接线盒。

内部高压电流互感器通常使用特殊的变压器油作为绝缘体。设计在 35 kV 下运行的 TFZM 系列电流互感器的照片中显示了此类设计的示例。

高达 10 kV 和包括 10 kV，固体电介质材料用于在盒子制造中绕组之间的绝缘。

KRUN、封闭式开关设备和其他类型开关设备中使用的电流互感器 TPL-10 示例。

连接 110 kV 断路器的 REL 511 保护芯之一的二次电流电路的示例以简化图显示。

电流互感器故障及其查找方法

连接到负载的电流互感器可能会在热过热、意外机械影响或安装不当的影响下破坏绕组绝缘的电阻或其导电性。

在运行设备中，绝缘最常被损坏，导致绕组匝间短路（传输功率降低）或通过随机产生的短路电路出现泄漏电流。

为了找出电源电路安装质量差的地方，定期用热像仪对工作电路进行检查。基于它们，断开触点的缺陷立即被消除，设备的过热减少。

由继电保护和自动化实验室的专家检查轮与轮之间是否合闸：

• 取电流-电压特性；

• 从外部电源为变压器充电；

• 工作方案中主要参数的测量。

他们还分析了变换系数的值。

在所有工作中，初级和次级电流矢量之间的比率是通过幅度来估计的。由于缺乏用于在计量实验室检查电流互感器的高精度相位测量设备，因此无法执行它们的角度偏差。

介电性能的高压测试分配给绝缘服务实验室的专家。