高频电流互感器在检测中的应用

张加卫

摘 要：电流互感器作为实验室和生产中的重要设备，在检测工作中发挥了巨大作用。本文从电流互感器工作原理和检测应用方面作了一定阐述，同时对钳式电流互感器在具体检测工作中的应用进行了介绍。钳式电流互感器在电磁兼容实验和电力检测工作中都有着大量的实际应用，这种形式的互感器在使用过程不需要与导线有电气接触，也不用改变被测系统的电路，可以在不打扰被测件正常工作或正常布置的状态下进行复杂的导线系统、电子线路等的测量，极大的方便了检测工作。

关键词：钳式电流互感器、电磁兼容、局部放电

一、钳式电流互感器

电流互感器是一种互感器，其二次电流在正常使用条件下与一次电流成正比，而其相位差，在联接正确时接近于零[1]。仪用电流互感器是在实验室内使用的一种电工仪器，也叫做精密电流互感器，一般都有多个电流比。本文介绍的互感器为仪表类电流互感器，以穿心固定变比的形式作为实验系统的信号探头或信号发生器工作，一般称为钳式电流互感器。钳式电流互感器实质是一个带有环形磁芯的宽带变压器，这种环形磁芯可以自由开合，以被测导线作为母线（一次线圈）从互感器铁心窗口中间穿过，根据实际需要，固化一定数量的二次线圈在电流互感器壳体中。在使用时，以被测导线充当一匝的初级线圈，次级线圈则固化包含在电流探头壳体中，能获得以固定变比的变换后的电流信号。这些信号或为工频，或为更高频率。工作原理见图1；

图1 钳式电流互感器原理

在工频工作的电流互感器可以用于电参数测试等工作，更高频率的电流互感器探头也可称为高频电流互感器（HFCT），可以用于转换所需要的电流信号，或依据工作要求，经一定的阻抗变换成电压信号显示于信号处理器中。这些互感器以传感器的形式广泛的应用于实验室和现场检测，如电磁兼容实验中的部分实验和局部放电的无损检测。

二、在电磁兼容实验中的应用

在电磁兼容实验中，电流互感器是一种将流过导线的电流成比例地转换为电压的耦合装置，用于测量或注入干扰电流。在电磁兼容实验也称为电流钳，电流钳是由被注入信号的电缆构成的二次绕组实现的电流变换器[2]。在频率范围的低端，电源阻抗变得很低，以致骚扰源成为一个电流发生器。因此就可以用电流互感器来测量这个电流，而无需中断或拆开电源的接连。

电流钳与电气仪表用及电力系统用互感器有所区别，大多为宽带型互感器，典型电流探头的次级匝数为7到8匝，能获得最宽频率范围和小于1欧姆的插入阻抗。工作频率一般在100kHz到1000MHz范围内。适用于100 kHz以下频段信号测量是多用工频铁磁性材料做磁芯；100kHz到400MHz频率范围内信号采用铁氧体磁芯；200到1000MHz频段的信号一般不采用磁芯。这个装置主要用于馈线或两个单元之间整体电缆束耦合射频信号。

电流互感器在电磁兼容试验中的应用如图2所示。

三、在电力系统新兴检测手段中的应用

在电力运行检测中，电流互感器作为探头广泛应用于电能参数检测、局部放电在线检测等日常工作。下面仅介绍探头于局部放电的检测应用。

根据局部放电发生机理，高压固体绝缘材料的局部放电在电气接地系统中会产生数值很小的高频电流分量。监测这种信号可以很好发现设备绝缘状况。其原理是通过电流传感器（穿心式高频电流互感器）采集信号，然后利用光纤传输到滤波器、前置放大器，再进行信号转换，最后到达设备信号处理中心。使用时将钳式电流传感器（电流互感器）套在被测导线上，通过导线和信号处理单元将该信号耦合至分析单元。如图3所示：

图3 利用电流互感器探头的检测系统工作原理

这种电流传感器分为两种类型：宽带型电流传感器和谐振型电流传感器。宽带型电流互感器亦称自积分式电流互感器，它的二次绕组侧并联有一个积分电阻，其灵敏度较高。谐振型电流传感器又称窄带型电流互感器、外积分式互感器，比之宽带型具有较好的抗干扰性能，响应频率一般在100kHz-40MHz频率范围。

在电缆局部放电检测中，电流探头通过检测阻抗接入到测量回路中来检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁芯接地线以及绕组中由于局放引起的脉冲电流信号来计算检测结果。该方法是通过带电运行电缆的检测，无须激励，直接测试高频集肤效应产生的高频电流，通过集成化的软件和硬件系统分析，得出局放活动的详细状况。

四、综述

钳式电流互感器在检测中的广泛使用极大的拓展了试验设备的检测范围和使用环境。多种新兴检测手段以这种无损采集手段收集所需的检测信号，也可用来对被测系统施加测试信号。作为检测系统的信号采集部件和信号发生器件，尚未有国家规程对其性能和检测作明确规定。笔者认为亟需法定检测部门为其制定标准，积极开展性能检测等工作。

参考文献

1.GB/T 2900.15-1997（2004） 电工术语 变压器、互感器、调压器和电抗器

2.GB/T 17626.6-2008 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度