電流互感器的解讀誤區

盧東來

一、概述

1.概念簡介.根據變壓器的原理，對電流互感器的工作原理進行分析.電流互感器是由一個封閉的鐵心和一個繞組組成的.它的一次側繞組匝數是少的，在電流測量電路是必要的，所以它往往有一個線路的所有電流流量.二次繞組匝數較多，串聯在測量儀器和保護電路上，電流互感器在工作時，二次側電路，從開始到結束是關閉的，所以測量儀器和保護電路串聯線圈阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近一個短路電路.電流互感器是將大電流變為小電流測量的兩方，兩方不能打開.

2.工作原理.在發電、變電、輸電、和配電的生產線路中，電流互感器起著電流轉換和電氣隔離的作用.電流互感器和變壓器的原理是類似的，都是根據電磁感應的工作原理來進行的，變壓器是電壓和電流互感器的變換器.電流互感器連接被測繞組電流（轉向N1），叫作一次繞組（或初級繞組），測量儀器的繞組（轉向N2）的稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）.電流互感器一次繞組的電流I1和I2兩次繞組的電流的比值，稱為k的實際電流比.

3.課本中對于電流互感器的常規解讀.電流互感器反映了電路中的電流大小的數值，因此電流互感器可以使用電路中電流的串聯連接中.一些教科書認為，可以將變壓器原來的線圈匝做少，而匝數的二次線圈做的更多，那么電流的二次線圈比原來的線圈電流變小.如果原線圈串聯連接在電路中，二次線圈的兩端與普通的交流電流表連接，可以測量大電流.這樣的變壓器被稱為電流互感器.

二、常見的對電流互感器的錯誤解讀

1.電流互感器中的輸出電流與副線圈回路中的“負載”無關.根據共同演繹的思想，電流互感器輸出電流I2只有原始、次級線圈匝數比n1/n2和電流I1決定，與次級線圈回路狀態無關和循環中的“負載”是不相關的.可以由下式看出，I2=n1I1/n2.然而，無論是電壓還是電流互感器，它們的工作過程都屬于電流的磁效應和電磁感應的范疇.在法拉第電磁感應定律中，只有感應電動勢，將獨立的“回路”狀態和負載撇開.

2.電流互感器輸出端電流值變為零時輸入端電流亦變為零.電流互感器原線圈中電流是否對于副線圈中的電流很依賴，這是一個值得思考的問題.理想狀況下設定一種“極端”狀況，那就是接在副線圈兩端的電流表因“故障”而斷路，也就是電阻值區域無窮大，無電流通過，則電流I2會趨于0.此時原線圈中電流是否會隨著副線圈電路中的斷路而趨于0呢？答案是顯然的，那就是原線圈中的電流不會隨著副線圈電路中的斷路而趨于0，也不會出現I1等于0的結果.

3.電流互感器的正確解讀.控制理想（理想電壓互感器）變壓器，并聯接入電路，輸入電壓與輸出的變化（即輸入端接電壓源）的理想電流互感器的特點是串聯接入原電路（感知電路和傳輸線）和輸入電流I1不隨產量變化的特征變化（連接到電流源的輸入端）.參考電壓互感器的分析思路，對電流互感器在工作中的電流和電壓進行初步的定量分析如下.電流互感器空載時，副線圈無電流輸出，原、副線圈兩端電壓為U10、U20.U10=E自1=L1ΔI1/Δt.U20=E互2=MΔI1/Δt.當電流互感器副線圈有電流輸出，會使原線圈兩端電壓增大為U1.U1由副線圈電流I2在原線圈兩端產生互感電動勢和I1在原線圈兩端產生自感電動勢疊加構成，有U1=L1ΔI1/Δt+ MΔI2/Δt.當L1趨向零時，有U10=0，這時有U1=MΔI2/Δt.由于ΔI2/Δt正比于I2，故有電流互感器原線圈兩端電壓正比于輸出電流I2.因此，要使電流互感器副線圈電流的輸出對原電路（“被感電路”或輸電線路）幾乎無影響，U1應該很小，也只有讓I2很小.此時在副線圈中的輸出電壓U2，有U2=MΔI1/Δt+I2ΔI2/Δt.在電流互感器中，由于I2遠小于I1（否則過大的U1會對輸電電路產生明顯影響），而M與L2的數量級相當. 這樣有U2≈MΔI1/Δt.因此具備所有“理想條件”（ 包括“I2遠小于I1”）的電流互感器（ 所有可能對原電路產生的影響都應該忽略），有U2=MΔI1/Δt∝MI1.電工學理論和實驗都表明，互感系數M與原、副線圈的匝數n1、n2的積成正比.這樣有I2=kn1n2I1.比例系數k是由負載決定的，影響互感系數和交變電流的頻率等因素的影響，這是獨立的N1、N2和I1.在正常情況下，電流互感器的應用總是遠小于1，即使有一個“故障”的問題，“負載”的變化反映在相應的k值的變化.

眾所周知，所有的電流互感器將嘗試設計原來的線圈匝數盡可能少.這完全是為了避免電流互感器電路串聯連接，從而在原電路的電流（初級線圈電路）有重大影響的實際需要，也是實現電流互感器的“理想”——初級線圈電感L1趨于0的要求.次級線圈的匝數是足夠的互感效應（增加互感）.他們對二次線圈的電位有相同的貢獻.