2.2 电流互感器
电流互感器依据电磁感应原理，由闭合的铁芯和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，由于测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，因此电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来使用，二次侧不可开路。
2.2.1 电流互感器的分类及特点
（1） 电流互感器的分类
①按用途分
a.测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）：在正常电压范围内，向测量、计量装置提供电网电流信息。
b.保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）：在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。
②按安装地点分
户内型电流互感器：一般用于35kV及以下电压等级。
户外型电流互感器：一般用于35kV及以上电压等级。
③按绝缘介质分 有干式绝缘、油绝缘、浇注绝缘和气体绝缘。
④按安装方式分
a.贯穿式电流互感器：用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。
b.支柱式电流互感器：安装在平面或支柱上，兼作一次电路导体支柱用的电流互感器。
c.套管式电流互感器：没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。
d.母线式电流互感器：没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。
⑤按电流变换原理分
a.电磁式电流互感器：根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。
b.光电式电流互感器：通过光电变换原理实现电流变换的电流互感器。
⑥按一次绕组匝数分
a.单匝式电流互感器：大电流互感器常用单匝式，如图2-8（a）、（b）、（c）所示。
b.多匝式电流互感器：中、小电流互感器常用多匝式，如图2-8（d）、（e）所示。
图2-8 电流互感器结构原理示意图
如图2-8所示，图（a）、（b）、（c）三种结构均为单匝式。图2-8（a）的结构是本身不带一次绕组，所谓母线式和套管式都属于此种。电气设备的母线或套管的导电杆就是电流互感器的一次绕组。图2-8（b）是用导电杆（管）制成的一次绕组的单匝式电流互感器结构原理。图2-8（c）为一次绕组是U字形的结构。图2-8（d）和（e）为多匝式电流互感器的结构原理。
⑦按电流比分
a.单电流比电流互感器：即一、二次绕组匝数固定，电流比不能改变，只能实现一种电流比变换的互感器。
b.多电流比电流互感器：即一次绕组或二次绕组匝数可改变，电流比可以改变，可实现不同电流比变换。
c.多个铁芯电流互感器：这种互感器有多个各自具有铁芯的二次绕组，以满足不同精度的测量和多种不同的继电保护装置的需求。为了满足某些装置的要求，其中某些二次绕组具有多个抽头。
⑧按保护用电流互感器技术性能分
a.稳态特性型：保证电流在稳态时的误差，如P、PR、PX级。
b.暂态特性型：保证电流在暂态时的误差，如TPX、TPY、TPZ、TPS级等。
（2） 电流互感器的极性
电流互感器极性端的标注方法和符号与电压互感器相同，如图2-9所示。一次电流
的正方向从极性端H1流入一次绕组，从H2端流出；二次电流
的正方向从二次绕组的极性端K1流出，从K2流入，即“头进头出”。
图2-9 电流互感器极性标注
（3）电流互感器的特点
①电流互感器的一次绕组（原绕组）串联在一次电路中，并且匝数很少，因此，一次绕组中的电流完全取决于被测电路的一次负荷，而与二次电流无关。
②电流互感器二次绕组（副绕组）与测量仪表、继电器等的电流线圈串联，由于测量仪表和继电器等的电流线圈阻抗都很小，电流互感器的正常工作方式接近于短路状态。因此电流互感器在运行中不允许二次侧（连接二次绕组回路）开路。如果二次侧开路，二次电流为零，这时电流互感器的一次电流全部用来励磁，铁芯中的磁通密度骤增，在互感器的二次绕组中将感应出很高的电压，其峰值可达到数千伏。这一高电压对设备绝缘和运行人员的安全都是危险的。为了防止电流互感器二次侧开路。对运行中的电流互感器，当需要拆开所连接的仪表和继电器时，必须先短接其二次绕组。
③电流互感器的变比。电流互感器一次绕组为ω1匝，额定电流为I1N；二次绕组为ω2匝，额定电流为I2N。则一、二次绕组额定电流之比称为电流互感器的额定变比。
2.2.2 电流互感器的接线方式
电流互感器的接线应遵守串联原则，即一次绕组应和被测电路串联，二次绕组应和仪表或继电保护或自动装置的电流线圈相串联。电流互感器常见的接线方式有：单相接线、三相完全星形接线、两相不完全星形接线、零序接线等。
（1）单相接线
如图2-10所示，在三相电路中，电流互感器只接在一相上，反映被测相电流。适用于测量三相对称负荷的一相电流、变压器中性点的零序电流。
图2-10 三相电路中单相接线
（2）三相完全星形接线
如图2-11所示，三个型号相同的电流互感器的一次绕组分别串接到一次系统三相回路中，二次绕组与二次负载连接成星形接线。这种接线方式在中性点直接接地的电力系统中，对于任何形式的短路故障都能起到保护作用。在中性点不直接接地的电力系统中，对单相接地以外的任何故障能起到保护作用。这种接线可以作为容量较大的发电机和变压器的保护。
图2-11 三相完全星形接线
（3）两相不完全星形接线
如图2-12所示，两个型号相同的电流互感器一次绕组分别串接在系统U、W两相回路中。可测量三相不平衡电流，常用于三相三线制中性点不直接接地系统中，用作相间保护和电流测量，而V相接地时保护不动作。
图2-12 两相不完全星形接线
（4） 两相电流差接线
如图2-13所示，两只型号相同的电流互感器的一次绕组分别串接在U、W两相上，一个二次负载接于二次绕组的两相电流差回路。这种接线仅适用于作为线路或电动机的保护，不适用于Yd或Yyn接线的变压器，因为变压器二次侧u、v相间短路或v相对地短路时，流过继电器的故障电流为零。
图2-13 两相电流差接线方式
（5） 零序接线
如图2-14所示，三个型号相同的电流互感器的极性端连接起来，同时将非极性端也连接起来，然后再与负载相连接，组成零序电流滤过器。这种接线方式主要用于继电保护及自动装置回路，测量仪表回路一般不用。
图2-14 三相零序接线方式
2.2.3 电流互感器的误差和准确度
（1）电流互感器的误差
在理想的电流互感器中，励磁损耗电流为零，一、二次电流之比完全与其匝数成反比，并且一、二次电流的相位也没有误差。但是，在实际的电流互感器中，由于不可避免地存在励磁电流，因此通常存在电流幅值上的误差（简称变比误差或比差）和相位上角度的误差（简称角差）。
电流互感器的比差
（2-2）
式中 K——电流互感器的变比；
I2——二次电流的实测值，A；
I1——一次电流的实际值，A。
电流互感器的角差是指二次电流相量旋转180°以后，与一次电流相量间的夹角δ。并且规定二次电流相量超前于一次电流相量时，角差δ为正，反之为负。
（2）电流互感器的准确度等级
电流互感器的准确度等级通常分为0.2、0.5、1、3、10、10P10、10P20几个等级。所谓准确度等级，就是电流互感器比差所具有的百分值。例如准确度等级为0.5级，表示该电流互感器的比差（在额定电流时）为0.5%。当一次电流低于其额定电流时，电流互感器的比差及角差也随之增大，不同的一次电流，其允许误差是不同的。一般情况下，0.2级用于精密测量，0.5级用于电度表，1级用于配电盘仪表，3级用于过电流保护，10级用于非精密测量继电器等。
由于电流互感器二次侧所接的阻抗（即负载）大小，影响电流互感器的准确度等级，所以，电流互感器铭牌中规定的准确度等级均规定有相应的容量（V·A值或负载Z值）。二次侧所带的负载超过规定的容量时，其误差也将超出准确度等级的规定。因此，在选用电流互感器时，应特别注意二次负载所消耗的功率不应超过电流互感器的额定容量。
2.2.4 电流互感器选择和配置应符合的要求
（1）电流互感器的选择应符合的要求
①应满足一次回路的额定电压、最大负荷电流及短路时的动、热稳定电流的要求。
②应满足二次回路测量仪表、继电保护和自动装置的要求。
③500kV保护用电流互感器的暂态特性应满足继电保护的要求。
（2） 电流互感器的配置应符合的要求
①电流互感器二次绕组的数量度与准确度等级应满足继电保护自动装置和测量表计的要求。
②用于保护装置时，应减少主保护的不保护区。保护接入电流互感器二次绕组的分配，应注意避免当一套线路保护停用而线路继续运行时，出现电流互感器内部故障时的保护死区。
③对中性点直接接地系统，可按三相配置；对中性点非直接接地系统，依具体要求可按两相和三相配置。
④当采用一台半断路器接线时，对独立式电流互感器每串宜配置三组。
⑤用于自动调整励磁装置时，应布置在发电机定子绕组的出线侧。
2.2.5 电流互感器二次回路的要求
（1）电流互感器的二次回路应满足的要求
①电流互感器的接线应满足测量仪表、远动装置、继电保护和自动装置检测回路的具体要求。
②为防止电流互感器一、二次绕组之间绝缘损坏而被击穿时，高电压侵入二次回路危及人身和二次设备安全，在电流互感器二次侧必须有一个可靠的接地点。但不允许有多个接地点，否则会使继电保护拒绝动作或仪表测量不准确。
③由于电流互感器正常运行时，近似于短路状态。一旦二次回路出现开路故障，在二次绕组两端，会出现危险的过电压，对二次设备和人身安全造成很大的威胁。因此，运行中的电流互感器严禁二次回路开路。
④为保证电流互感器能在要求的准确级下运行，其二次负载阻抗不应大于允许值。
⑤保证极性连接正确。
（2） 电流互感器防止二次回路开路的措施
①电流互感器二次回路不允许装设熔断器。
②电流互感器二次回路一般不进行切换。当必须切换时，应有可靠的防止开路措施。
③继电保护与测量仪表一般不合用电流互感器。当必须合用时，测量仪表要经过中间变流器接入。
④对于已安装而尚不使用的电流互感器，必须将其二次绕组的端子短接并接地。
⑤电流互感器二次回路的端子应使用试验端子。
⑥电流互感器二次回路的连接导线应保证有足够的机械强度。