电流互感器的种类和结构特点和工作原理和作用

 

电流互感器按安装地点分，可分为户内式、户外式、套管式。按安装方法分，可分为穿墙式、支持式。按绝缘方式分，可分为干式、浇注式、油浸式、充气式。按一次绕组匝数分，可分为单匝式、多匝式。单匝式又可分为芯柱型、母线型、套管型。多匝式又可分为线圈型、线环型、“8”字形、“U”字形、“O”字形、串级型。

此外，还可以按绕组的绝缘类型和铁芯的构造来分类。

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。

 

 

1.电流互感器的工作特点

（1）运行中的电流互感器一次绕组的电流取决于被测量电路中流过的电流，与二次侧的负荷无关。这一特点是与变压器和电压互感器的情况正好相反。

（2）由于串接在电流互感器二次绕组中的测量仪表、继电保护装置、安全自动装置等的线圈阻抗很小，电流互感器在接近于短路的工作状态下运行。这一特点也是与变压器和电压互感器的情况正好相反的。

2.电流互感器的工作原理

电流互感器的工作原理与变压器和电压互感器相似，是专门用作变换电流的特种变压器。它是由闭合的铁芯和绕组组成，一次绕组的匝数比较少，串联在被测量电流的线路中，线路的电流就是电流互感器的一次电流。二次绕组的匝数比较多，外部串接有测量仪表、继电保护装置、安全自动装置等负荷。电流互感器在工作时，其二次回路始终是闭合的，但因其各种负荷的串联线圈阻抗很小，电流互感器在工作状态下接近于短路，而且其一次电流与二次回路的阻抗无关。当一次绕组中通过一次电流I1时，在铁芯中产生的磁势为I1N1，这个磁势绝大部分被二次电流I2所产生的磁势I2N2所平衡，即电流互感器一、二次侧的电流，与其各侧的匝数成反比，一次侧电流与二次侧电流的比值I1/I2或二次侧匝数与一次侧匝数的比值N2/N1，称为电流互感器的变流比，用符号K1表示。在理想情况下，一次侧电流的向量与二次侧电流的相量相差180°，没有变比误差和角误差。但在实际工程中，电流互感器的铁芯同样会产生能量损耗和漏磁，使电流互感器产生一定的误差，即变比误差和角误差。

电流互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘强度，从而保证了所有的低压二次设备与高电压隔离开来。电力线路的电流各不相同，通过电流互感器的一、二次绕组不同匝数比的配置，可将大小悬殊的线路电流变成大小相当、便于测量的电流值。因为一次绕组的额定电流I1已经标准化了，二次绕组的额定电流I2统一规定为5A和1A，所以，电流互感器的变比也已经标准化了。