電流互感器——工作原理和應用

在使用能源系統時，通常需要將某些電量轉換成與它們相似的類似物，並按比例改變數值。這使您可以模擬電氣裝置中的某些過程並安全地進行測量。

電流互感器 (CT) 的操作基於 電磁感應定律在以交變正弦幅度的諧波形式變化的電場和磁場中工作。

它將電源電路中流動的電流矢量的初級值轉換為次級降低值，尊重模數比例和精確的角度傳輸。

電流互感器的工作原理

該圖解釋了變壓器內部電能轉換過程中發生的過程的演示。

電流 I1 流過匝數為 w1 的電源初級繞組，克服其阻抗 Z1。圍繞該線圈形成磁通量 F1，該磁通量由垂直於矢量 I1 方向的磁路捕獲。當電能轉換為磁能時，這種方向確保電能損失最小。

穿過繞組 w2 的垂直定位匝，磁通 F1 在其中感應電動勢 E2，在其影響下，次級繞組中出現電流 I2，克服線圈 Z2 和連接的輸出負載 Zn 的阻抗。在這種情況下，在次級電路的端子處形成電壓降 U2。

稱為 K1 的量，由向量 I1 / I2 轉換係數的比率確定...它的值在設備設計期間設置，並在現成結構中測量。實際模型的指標與計算值之間的差異通過計量特性 - 電流互感器的精度等級來評估。

在實際操作中，線圈中的電流值並不是恆定值。因此，變換係數通常用標稱值來表示。例如，他的表達式 1000/5 表示初級工作電流為 1 千安時，5 安培負載將作用於次級匝數。這些值用於計算該電流互感器的長期性能。

來自次級電流 I2 的磁通量 F2 會降低磁路中磁通量 F1 的值。在這種情況下，其中產生的變壓器 Ф 的磁通量由向量 Ф1 和 Ф2 的幾何求和確定。

電流互感器運行過程中的危險因素

在絕緣失效的情況下能夠受到高壓電勢的影響

由於 TT 的磁路由金屬製成，具有良好的導電性和磁性連接絕緣繞組（初級和次級），如果絕緣層破裂，會增加人員觸電或設備損壞的風險。

為了防止這種情況發生，變壓器次級端子之一的接地用於在發生事故時排出其兩端的高壓電勢。

該端子始終標記在設備外殼上，並在連接圖上標明。

次級電路故障時受高壓電勢影響的可能性

次級繞組的末端標有 «I1» 和 «I2»，因此電流流動的方向是極性的，在所有繞組中重合。當變壓器運行時，它們必須始終連接到負載。

這是因為流過初級繞組的電流具有很高的潛在功率（S = UI），它被轉換成低損耗的次級電路，當它被中斷時，電流分量急劇下降到值通過環境洩漏，但同時下降顯著增加了破碎部分的應力。

初級迴路中電流通過時，次級繞組開路觸點處的電位可達幾千伏，非常​​危險。

因此，電流互感器的所有次級電路必須始終安全組裝，並聯短路必須始終安裝在停止運行的繞組或鐵芯上。

電流互感器電路中使用的設計方案

電流互感器作為一種電氣設備，是為解決電氣裝置運行過程中的某些問題而設計的。該行業生產各種各樣的產品。但是，在某些情況下，在改進結構時，使用具有成熟技術的現成模型比重新設計和製造新模型更容易。

創建單匝 TT（在初級電路中）的原理是基本的，如左圖所示。

這裡的初級繞組被絕緣覆蓋，由穿過變壓器磁路的直線母線L1-L2組成，次級繞組繞在其上並連接到負載。

右圖顯示了創建具有兩個鐵芯的多匝 CT 的原理。這裡取兩個單匝變壓器及其次級電路，一定匝數的功率繞組通過它們的磁路。這樣，不僅功率增加了，而且輸出連接電路的數量也進一步增加了。

這三個原則可以以不同的方式改變。例如，在單個磁路周圍使用多個相同的線圈被廣泛使用，以創建單獨、獨立的自主運行的次級電路。這些被稱為核。這樣，不同用途的開關或線路（互感器）的保護就連接到一台電流互感器的電流迴路上。

具有強大磁路的組合電流互感器，用於設備緊急模式，以及通常的電流互感器，設計用於在標稱網絡參數下進行測量，在電力設備中工作。纏繞在鋼筋上的線圈用於操作保護裝置，而傳統線圈用於測量電流或功率/電阻。

他們這樣稱呼：

• 標有索引«P»的保護線圈（繼電器）；

• 由計量精度等級 TT 的數字表示的測量值，例如 «0.5»。

電流互感器正常運行期間的保護繞組提供初級電流矢量的測量，精度為 10%。有了這個價值，他們就被稱為“百分之十”。

測量誤差

確定變壓器精度的原理允許您評估照片中所示的等效電路。在其中，初級量的所有值都有條件地減少到二級循環中的作用。

等效電路描述了在繞組中運行的所有過程，同時考慮了用電流 I 磁化鐵芯所消耗的能量。

建立在其基礎上的矢量圖（三角形SB0）表明電流I2與I'1的值不同，I的值朝向我們（磁化）。

這些偏差越大，電流互感器的精度越低，為將CT測量誤差考慮在內，引入以下概念：

• 以百分比表示的相對電流誤差；

• 根據以弧度表示的弧長 AB 計算的角度誤差。

初級和次級電流矢量偏差的絕對值由交流段決定。

電流互感器的常見工業設計被製造為在 0.2 特性定義的精度等級中運行； 0.5； 1.0; 3% 和 10%。

電流互感器的實際應用

在位於小外殼中的小型電子設備和占據幾米大尺寸的能源設備中都可以找到他們的各種模型。它們根據操作特性進行劃分。

電流互感器的分類

根據協議，它們分為：

• 測量，將電流傳輸到測量儀器；
• 受保護，連接到電流保護電路；
• 實驗室，具有很高的準確性；
• 用於再轉化的中間體。

操作設施時，使用 TT：

• 戶外室外安裝；

• 用於封閉裝置；

• 內置設備；

• 從上方 — 插入套筒；

• 便攜，讓您可以在不同的地方進行測量。

按TT設備的工作電壓值有：

• 高壓（超過 1000 伏）；

• 對於高達 1 千伏的標稱電壓值。

此外，電流互感器還根據絕緣材料的方法、變換步驟的數量和其他特性進行分類。

完成的任務

外部測量電流互感器用於測量電能的電路的操作，線路或電力自耦變壓器的測量和保護。

下圖為電力自耦變壓器110kV開關櫃接線盒各相線路位置及二次迴路安裝情況。

外部開關設備 330 kV 的電流互感器執行相同的任務，但考慮到更高電壓設備的複雜性，它們的尺寸要大得多。

在電力設備上，常採用電流互感器的嵌入式設計，直接放置在電站機殼上。

它們具有次級繞組，導線放置在密封外殼中的高壓套管周圍。來自 CT 夾具的電纜被佈線到此處連接的接線盒。

內部高壓電流互感器通常使用特殊的變壓器油作為絕緣體。此類設計的示例如圖所示，用於設計在 35 kV 下運行的 TFZM 系列電流互感器。

高達 10 kV 和包括 10 kV 時，固體介電材料用於在盒子製造過程中繞組之間的絕緣。

KRUN、封閉式開關設備和其他類型開關設備中使用的電流互感器 TPL-10 示例。

連接 110 kV 斷路器的 REL 511 保護芯之一的二次電流電路的示例以簡化圖顯示。

電流互感器故障及其查找方法

連接到負載的電流互感器可能會在熱過熱、意外機械影響或安裝不當的影響下破壞繞組絕緣的電阻或其導電性。

在運行設備中，絕緣最常被損壞，導致繞組匝間短路（傳輸功率降低）或通過隨機產生的短路電路出現洩漏電流。

為了找出電源電路安裝質量差的地方，定期用熱像儀對工作電路進行檢查。基於它們，斷開觸點的缺陷立即被消除，設備的過熱減少。

由繼電保護和自動化實驗室的專家檢查輪與輪之間是否合閘：

• 取電流-電壓特性；

• 從外部電源為變壓器充電；

• 工作方案中主要參數的測量。

他們還分析了變換係數的值。

在所有工作中，初級和次級電流矢量之間的比率是通過幅度來估計的。由於缺乏用於在計量實驗室檢查電流互感器的高精度相位測量設備，因此無法執行它們的角度偏差。

介電性能的高壓測試分配給絕緣服務實驗室的專家。