什麼是電流互感器?


電流互感器 (C.T.) 是一種儀器互感器,用於電力系統中的保護和測量目的。C.T. 主要用於測量電力系統中的高交流電流。

電流互感器的結構

電流互感器的磁芯由矽鋼薄片構成。CT 的一次繞組只有一匝(也稱為棒式一次繞組),並承載滿載電流,而二次繞組則具有大量匝數。因此,電流互感器是一種升壓降流變壓器(見圖)。

電流互感器的一次繞組承載要測量的電流,二次繞組承載與要測量的電流成比例的電流。測量儀器(低量程交流電流表)連線到二次繞組的端子上。一次繞組和二次繞組都與磁芯以及彼此絕緣。

如果需要測量高精度,則 CT 的磁芯應由高磁導率鎳鋼製成。

電流互感器的原理

電流互感器的一次繞組串聯在要測量電流的線路中,而二次繞組連線到低量程(通常為 0-5 A)交流電流表(如圖所示)。

CT 的線路電流或一次電流 (IP) 與電流表電流或二次電流 (IS) 之間的關係如下所示:

$$\mathrm{𝑁_{𝑃}\:𝐼_{𝑃} = 𝑁_{𝑆}𝐼_{𝑆}}$$

$$\mathrm{\frac{𝐼_{𝑃}}{𝐼_{𝑆}}=\frac{𝑁_{𝑆}}{𝑁_{𝑃}}… (1)}$$

公式 (1) 稱為電流轉換比C.T. 比,即:

$$\mathrm{C. T.\:ratio =\frac{𝐼_{𝑃}}{𝐼_{𝑆}}… (2)}$$

因此,線路電流由下式給出:

$$\mathrm{𝐼_{𝑃} = C. T.\:ratio × 𝐼_{𝑆} … (3)}$$

因此,線路電流等於 CT 比與交流電流表讀數的乘積。

電流互感器的應用

電流互感器的一些重要應用如下:

  • 電流互感器用於測量電力系統中的高交流電流。

  • 電流互感器用於電力系統保護應用,例如啟用保護繼電器。

為什麼 CT 二次側永遠不能開路?

電流互感器的二次繞組絕不能開路。當電流流過電流互感器的一次繞組時,其二次繞組絕不能開路。當電流流過一次繞組時,電流也會流過二次繞組,並且每個繞組產生的磁動勢相等且方向相反。

然後,在正常執行期間開啟二次繞組會消除二次繞組產生的反向磁動勢,並允許 CT 磁芯中的磁通量達到僅由一次磁動勢決定的值。結果,磁芯中的磁通量大大增加,導致以下有害影響:

  • 增加的磁通量可能會使 CT 的磁芯飽和,這會導致 CT 具有較大的剩磁值,並嚴重影響未來的精度。

  • 磁芯中的磁通量以非常高的速度增加,在電流互感器的開路二次繞組中感應出高電壓。此高電壓足以造成生命危險並導致絕緣擊穿。

因此,鑑於以上討論,如果我們必須從 CT 的二次電路中取出儀表。我們必須首先短路二次側,然後取下儀表。二次繞組的短路可以在二次電路再次閉合後移除。

數值示例

一個 100/5 A 的電流互感器用於測量輸電線路中的電流。如果電流表讀數為 4 A,則電力線中的電流是多少?

解決方案

$$\mathrm{線路電流,𝐼 = CT 比 × 電流表讀數}$$

$$\mathrm{\Rightarrow\:𝐼 =\frac{100}{5}× 4 = 80 \:A}$$

更新於:2021 年 8 月 14 日

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