电流互感器手册

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电流互感器的比值差不超过±1%或±3%。

保护用电流互感器是在线路发生过负荷或短路故障时起作用的，这时线路上瞬时通过电流互感器的电流往往比额定电流大很多倍，这样大的电流一方面产生热量，一方面产生电动力，因此电流互感器必须能承受这样的热量和电动力，而不被它们所破坏。

在二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒钟内所能承受而无损伤的一次电流有效值叫做额定短时热电流。

在二次绕组短路情况下，电流互感器能承受其电磁力的作用而无电的或机械的损伤的一次电流峰值，叫做额定动稳定电流。

保护用电流互感器最常用的有下列三种：

（1） 过负荷保护电流互感器，用来保护线路的过负荷。

（2） 差动保护电流互感器，一般用来保护变压器内部故障。这种电流

互感器过去称为D级。

（3） 接地保护电流互感器，一般用来保护单相或两相接地。这种电流

互感器过去称为J级，也叫做零序电流互感器。

二、电流互感器的容量

在电流互感器的铭牌上，除了标明电流比以外，还标有额定容量或额定负荷和额定电压。

电流互感器的负荷，就是指电流互感器二次所接电气仪表和联结导线的总阻抗，它包括这些仪表或继电器的阻抗，以及联结导线的电阻和联结点的接触电阻等所有二次外接负载的全部阻抗。

电流互感器的负荷与电流互感器所接的线路上的负荷没有任何直接的关系。只要电流互感器的二次接线不变，不管线路上的负荷如何变化，电流互感器的负荷都不变。

由于电流互感器二次的接线是随着线路的要求而改变的，所以每个电流互感器的实际负荷都不同。为了制造和使用的方便，对于各种电流互感器，也都规定有标准的负荷，叫做额定负荷。

至于电流互感器的额定容量，是指电流互感器在额定电流和额定负载下运行时二次所输出的容量，容量的单位为伏安（VA）。所以额定容量Sn和额定负荷Zn之间的关系，可以用下面的公式来表示：

Sn=I2n2 *Zn （5） 前已说过，对于一般电力系统用的电流互感器，额定二次电流I2n=5A，因此：

Sn=52*Zn=25Zn（VA） （6） 这就是说，额定容量额定负载之间只差一个系数（例如上式中的系数25），额定容量和额定负载一样，都是说明电流互感器二次允许连接的各种电气仪表（包括连接导线和接触电阻）的全部阻抗。因此额定负荷也可以用额定容量的伏安数表示。

按照标准规定，电流互感器的额定二次负荷标准值应为：5、10、15、20、30、40、50、60、80或100VA。对于额定二次电流为5A的电流互感器，额定负荷的阻抗为：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4、3.2或4.0?。

对于额定电流不足5A的，额定二次负荷还有0.25、0.5、1、2、2.5VA。相应于额定二次电流为1A时，其额定二次负荷阻抗为0.25、0.5、1、2、2.5?；相

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应于0.5A时，为1、2、4、8、10?。对于额定二次电流为0.1和0.05A的，其额定二次负荷一般为50或100?。

电流互感器的额定电压，是指一次绕组所接线路上的线电压。电流互感器一次绕组是串联接在线路上的，所以电流互感器额定电压并不是电流互感器一次绕组两端的电压，而是电流互感器一次绕组对二次绕组和地的绝缘电压，因而电流互感器的额定电压只是说明电流互感器的绝缘强度，而和电流互感器的容量没有任何直接的关系。

由上面计算公式也可以看出，电流互感器的额定容量只与额定负荷有关，而与电流互感器的额定电压没有关系。如果按照变压器容量的概念来理解电流互感器的容量，认为额定容量为额定电压与额定电流的乘积，那显然是错误的，这是因为变压器的额定电压就是变压器一次或二次绕组的额定电压，而电流互感器的额定电压，即不是它一次绕组的电压，也不是它二次绕组的电压。

电流互感器二次绕组电压（指二次绕组两端的电压），等于二次电流和二次负荷的乘积。在线路上改变电流互感器的二次负荷时，二次电流基本不变，二次绕组的电压就随着二次负荷成正比的变化。电流互感器一次绕组的电压（指一次绕组两端的电压），也相应的随着二次绕组电压而增大或减小。但是，由于电流互感器运行在短路状态，绕组内阻抗压降很大，以致一次绕组电压与二次绕组电压的比例关系也不完全是固定不变的 。因为电流互感器一次绕组和二次绕组电压是随着二次负荷的改变而改变，所以在所有电流互感器中都不标明一次绕组和二次绕组的电压。在电力系统中所用电流互感器，电流比都大于1，一次绕组电压一般都小于二次绕组电压。

电流互感器的额定容量，即在额定电流和额定负荷时二次输出的容量，也等于二次额定电流和这时二次绕组电压的乘积，也就等于二次额定电流的平方和额定负荷的乘积，这就是上面所列的公式（5）。

电流互感器的额定电压，也按照线路上的额定电压规定为：0.5、10、15、20、35、60、110、220、330KV等几种电压等级。

国产各种电压等级电流互感器的电流规格如表2所示。 表2 各种电压等级电流互感器的电流规格 额定电压（KV） 0.5 10 15~20 35 额定一次电流（A） 5~25000 额定电压（KV） 60 5~6000 800~15000 15~1500 110 220 330 额定一次电流（A） 20~600 75~2000 300~1200 300~1200

电流互感器的额定电压一般都以KV为单位，标在电流互感器的型号后面，例如LA-10即为10KV电流互感器。

[例5] LMZJ-0.5型电流互感器的额定容量为10VA，问它的额定负荷多大？ 由式（6）可以求得额定负荷

Zn=Sn/25=10/25=0.4?

[例6] 例5LMZJ-0.5型电流互感器的额定电压多高？

型号上所标的0.5，说明其额定电压为0.5 KV，即为500V低压电流互感器。 [例7] 额定负荷为0.2的电流互感器，其额定容量多大？ 由式（6）可以求得额定容量

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Sn=25Zn=25*0.2=5VA

[例8] 额定容量为5VA的电流互感器，如果其额定二次电流为1A，求它的额定负荷。

由式（5）可以求得额定负荷

Zn=Sn/In2=5/ In2=5?

[例9] 额定容量为5VA的100/5电流互感器，在20%额定电流时的容量多大？

由例7计算结果知道5VA互感器的额定负荷是0.2欧，所以在20%In时的容量为：

S=I2*Zn=（20%*5）2*0.2=0.2VA

由此可见，电流互感器的额定容量或者简称电流互感器的容量，都是指在额定电流和额定负荷时的容量。当电流不是额定值时，例如10%In时互感器的容量只有额定容量的1%。

100/5、5VA电流互感器，在20%In即二次电流比为1A时，由以上计算可知其容量只有0.2VA。而20/1、5VA电流互感器，在二次电流为1A时，其容量即为5VA。

由例7和例8计算结果可见，额定容量为5VA的电流互感器，如额定二次电流为5A时，其额定负荷为0.2?，如额定二次电流为1A时，其额定负荷则为5?。

从以上几个例子更可以清楚地看出，100/5和20/1电流互感器，不仅两者的一次和二次额定电流不同，而且在相同的电流下，两者的容量相差25倍，在相同的容量时，两者所带的二次负荷阻抗值，也相差25倍，所以100/5与20/1互感器除了比例数字相同外，实际上是很不同的。在一般情况下，100/5互感器都不能作为20/1互感器使用。

[例10] 5/0.05电流互感器的额定二次负荷为100?，其额定容量是多少？ 由式（5）可以求得额定容量

Sn=（I2n）2*Zn=0.052*100=0.25VA

[例11] 例10这台电流互感器党二次电流为额定值时，二次输出电压有多大？

二次输出电压为二次电流和二次负荷阻抗的乘积，因此当I2n=0.05A，Zn=100欧时，二次输出电压Un为

Un=I2nZn=0.05*100=5V

[例12] 额定容量为5VA的电流互感器，其额定二次电流为5A，求额定二次输出电压。

U2n=I2n*Zn=Sn/I2n=5/5=1V

由例11和12可见，额定二次电流小的互感器（例如I2n=0.05A），尽管其额定容量小（例如0.25VA），但其额定二次输出电压却比较高（例如5V）。

微机一般要求输入电压为5V，因此给微机供电用的电流互感器应选用额定二次电流为0.1或0.05A的，这样，只要较小的容量就可以得到较大的输出电压。

三、电流互感器的基本结构

电流互感器的基本结够主要由一次绕组、二次绕组和铁心构成，一次、二次和铁心之间都有绝缘。最简单的电流互感器，有一个一次绕组一个二次绕组和一个铁心。这样的电流互感器也只有一个电流比。

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为了提高电流互感器的准确度，一般都对电流互感器的误差进行补偿。这样除了上述一次、二次绕组和铁心之外，有的还另外绕制辅助线圈或加入辅助铁心。

10KV以上高压电流互感器，为了使用上的方便，经常把几个独立的互感器铁心绕组，通过公用的一个一次绕组，绝缘和外壳，装在一个互感器上，制成多次电流互感器。这样，一台电流互感器就相当于两台或三台互感器，两个或三个次级可以分别用于测量或保护线路。

0.2级以上精密电流互感器，一般都是做成多电流比的，即一台互感器有许多电流比，供使用时选择，多电流比互感器的一次绕组或二次绕组都做成中间抽头式的，如果一次（或二次）绕组不变，相应于二次（或一次）的每一个抽头绕组，就得到一种电流比。这样一次和二次绕组组合，就有许多电流比。

电流互感器的铁心有方形、圆环形两种形式：

方形，也就是叠片式，如图2所示。用一片一片的硅钢片叠成方形铁心。这种铁心的优点是线圈绕制方便，绕组可以预先在机器上绕制好后，再套在硅钢片铁心上成为绕组；缺点是铁心之间有气隙，磁性能低，绕组漏磁大，且叠片和安装都比较麻烦。

圆环形，如图3所示，圆环形铁心开头都采用硅钢片冲成圆环片一片一片的叠起来，现在绝大部分都改为用硅钢片带直接卷制铁心。这种铁心的优点是没有气隙，磁性能高，卷制也很方便。如绕组均匀绕线，则漏磁很小。因此，0.2级以上精密电流互感器都采用这种带绕铁心。它的缺点是绕制绕组特别是绕粗导线绕组比较困难，不易实现机械化绕线。

电流互感器的一次绕组结构有单匝式、多匝式两种形式：

单匝式：一次绕组只有一匝，结构比较简单。一次电流在300至600A以上的多采用。它又分杆式、母线型两种。

杆式：一次绕组就是一根铜杆、铜管或铜排，从铁心内孔中穿过，如现在生产的LA-10型电流互感器，原边电流从300至1000A。

母线型：在电流互感器上没有一次绕组，制作最方便。安装时，母线从互感器铁心窗口中间穿过，主要用于600A以上大电流的电流互感器。现在生产的LMZJ-0.5型电流互感器就是采用母线型的，其一次电流最小达到100A（1匝穿心时）而且在安装时，母线还可以在电流互感器铁心窗口上绕2、3、或4……等匝，而得到较小电流比的互感器。

多匝式：一次绕组多于一匝，因而结构比单匝式复杂。一般用于一次电流在300至600A以下的电流互感器，它分绕组式、回链式、8字型三种。

绕组式：一次绕组由普通绕组构成，绕组绕制好后，再套在铁心上，如现在生产的LQG-0.5型电流互感器。

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回链型：一次绕组从两个绝缘套管的孔中穿过，绕成回链型，结构最复杂，绕制也最困难。现在只有LFC-10型一种电流互感器上采用，而且正在被绕组式所代替。

8字型：一次绕组从圆环形铁心内孔穿过，并在一次绕组上包扎主绝缘。这样，一次绕组和铁心构成一个8字型。主要用在35KV以上高压户外式电力互感器。如现在生产的LCW-35、110或220型等电流互感器。

此外，根据电力互感器安装的不同，又可分为户内式、户外式、装入式三种。 户内式：10KV以下的电流互感器和仪用电流互感器大多是户内式的，采用干式绝缘。

户外式：35KV以上的电流互感器都是户外式的，利用瓷瓶和变压器油绝缘。 装入式：这种电路互感器只有铁心和二次绕组，装在油断路器或变压器的套管上，也叫套管互感器。油断路器或变压器的导电杆，就是互感器的一次绕组（1匝），有断路器的套管绝缘，也就是互感器一次和二次之间的主绝缘。所以这种互感器的结构最简单，实际上相当于油断路器或变压器的一个附件。

电流互感器的误差和计算

一、没有误差时的电流互感器

如果电流互感器的铁心不消耗能量，那么根据能量不灭定律，这时原边的能量就会全部传到副边，即：

E1I1=E2I2 （ 7） 式中 E1和E2分别表示一次和二次绕组的感应电势。

由电磁感应原理知道，绕组的感应电势和匝数成正比，即：

E1/E2=W1/W2 （8） 式中 W1和W2分别表示一次和二次绕组匝数。

将式（8）代入式（7），就可以求得没有误差时电流比和匝数的关系：

9） K=I1/I2=W2/W1 （

即电流互感器一次、二次电流大小与一次二次绕组匝数成反比。这是电流互感器计算的最基本公式。因为电流互感器误差比较小，所以在粗略计算时，可以略去互感器的误差不计，由式（9）即可求出电流比，或者算出一次或二次绕组的匝数。

由式（9）还以得到：

I1 W1 =I2 W2 （10） 电流与匝数的乘积，单位为安匝（A），所以也叫做安匝数。由式（10）可见，一台电流互感器的一次安匝数等于二次安匝数。采用一次和二次安匝数相等，来计算一次或二次绕组匝数，有时是很方便的。

[例13] 一台额定二次电流为5A的电流互感器，一次绕组25匝，二次绕组150匝，求它的电流比。

由式（9）即可求得电流比

K=I1/I2=W2/W1=150/25=30/5 其电流比为30/5。

[例14] 上述这台电流互感器，要改为50/5，它的一次绕组要改成多少匝？

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