电磁式电流互感器工作原理

    目前电力系统中广泛应用的是电磁式电流互感器，在正常条件下使用时，其一次绕组串联在被测回路中，二次绕组经某些负荷而闭合，二次电流与一次电流成正比。

    电磁式电流互感器的结构和变压器类似，主要由铁芯、一次绕组、二次绕组、绝缘材料及其他附件构成。其一次绕组常用铜或铝制成，二次绕组则一般采用漆包铜线。铁芯常用材料为冷轧硅钢片、坡莫合金和超微晶合金。冷轧硅钢片价格最便宜，应用也最普遍，既适用于制造保护用电流互感器，也适用于制造测量用电流互感器，但用其制成的互感器往往精度不高。坡莫合金和超微晶合金多用于制造对精度要求较高的互感器。坡莫合金是一种在较弱磁场下有较高的磁导率的铁镍合金，它在铁镍的基础上添加一些其他元素，以增加材料的电阻率，减小做成铁芯后的涡流损失，而且添加元素还可以提高材料的硬度。坡莫合金具有较高的初始磁导率、矫顽力低，磁性能稳定，但其价格贵，加工和热处理复杂，频率大于10kHz时，损耗和有效磁导率不理想。超微晶合金是20世纪80年代发现的一种软磁材料，它是利用制作非晶合金的工艺，首先获得非晶材料，再经过热处理后获得直径为10～20nm的微晶而制成的，具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能。超微晶合金饱和磁感应强度和起始磁导率高，损耗低，稳定性好，价格比坡莫合金便宜，用其制成的互感器体积小、质量轻、精度高。电流互感器常见的铁芯型式有叠片铁芯、卷铁芯、开口铁芯等。叠片铁芯由冲剪成的铁芯片叠积而成，主要用于35kV及以下的小电流互感器。卷铁芯有圆环形、扁圆形等形状，主要用于35kV及以上的大电流互感器。开口铁芯带有气隙，主要用于暂态保护电流互感器。

    电磁式电流互感器的基本工作原理和变压器相似，但有自己的特点。

    (1)一次绕组串联在被测电路中，并且匝数很少，仅为一匝或几匝，因此一次电流值只受一次回路参数的影响，而与二次电流大小无关。

    (2)电流互感器二次绕组的负载是测量仪表和继电器等的电流线圈，阻抗很小，所以正常运行时，电流互感器在接近短路的状态下运行，二次电流的大小由一次电流决定，几乎不受二次负荷的影响。

    当电流互感器一次绕组流过电流1时，由于电磁感应，将在二次绕组中产生感应电动势，若二次绕组经过测量仪表和电流线圈等形成回路，则二次绕组将流过电流2。与变压器类似，其磁动势平衡关系为

    1N1+2N2=0N1    (1)

式中：0为励磁电流；N1为一次绕组的匝数；N2为二次绕组的匝数。

    当一次电流未超过额定电流时，励磁电流远小于一次电流，因此0可忽略不计。此时，一次电流和二次电流的大小存在如下关系

    I1N1=I2N2    (2)

    可见，理想情况下电流互感器绕组中的电流与匝数成反比。额定一次电流I1N与额定二次电流I2N之比称为电流互感器的额定电流比，用K：表示，即

    Ki=I1N/I2N≈N2/N1    (3)

    目前，很多测量用电流互感器的二次绕组都引出中间抽头，以改变二次绕组的匝数，得到不同的额定电流比。对于110kV及以上的电流互感器，为了适应一次电流的变化和减少产品规格，常将一次绕组分成几组，如两组或四组，通过切换可以将其连接方式变为串联或并联，以获得不同的额定电流比。