电流互感器的解读误区

卢东来

一、概述

1.概念简介.根据变压器的原理，对电流互感器的工作原理进行分析.电流互感器是由一个封闭的铁心和一个绕组组成的.它的一次侧绕组匝数是少的，在电流测量电路是必要的，所以它往往有一个线路的所有电流流量.二次绕组匝数较多，串联在测量仪器和保护电路上，电流互感器在工作时，二次侧电路，从开始到结束是关闭的，所以测量仪器和保护电路串联线圈阻抗很小，电流互感器的工作状态接近一个短路电路.电流互感器是将大电流变为小电流测量的两方，两方不能打开.

2.工作原理.在发电、变电、输电、和配电的生产线路中，电流互感器起着电流转换和电气隔离的作用.电流互感器和变压器的原理是类似的，都是根据电磁感应的工作原理来进行的，变压器是电压和电流互感器的变换器.电流互感器连接被测绕组电流（转向N1），叫作一次绕组（或初级绕组），测量仪器的绕组（转向N2）的称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）.电流互感器一次绕组的电流I1和I2两次绕组的电流的比值，称为k的实际电流比.

3.课本中对于电流互感器的常规解读.电流互感器反映了电路中的电流大小的数值，因此电流互感器可以使用电路中电流的串联连接中.一些教科书认为，可以将变压器原来的线圈匝做少，而匝数的二次线圈做的更多，那么电流的二次线圈比原来的线圈电流变小.如果原线圈串联连接在电路中，二次线圈的两端与普通的交流电流表连接，可以测量大电流.这样的变压器被称为电流互感器.

二、常见的对电流互感器的错误解读

1.电流互感器中的输出电流与副线圈回路中的“负载”无关.根据共同演绎的思想，电流互感器输出电流I2只有原始、次级线圈匝数比n1/n2和电流I1决定，与次级线圈回路状态无关和循环中的“负载”是不相关的.可以由下式看出，I2=n1I1/n2.然而，无论是电压还是电流互感器，它们的工作过程都属于电流的磁效应和电磁感应的范畴.在法拉第电磁感应定律中，只有感应电动势，将独立的“回路”状态和负载撇开.

2.电流互感器输出端电流值变为零时输入端电流亦变为零.电流互感器原线圈中电流是否对于副线圈中的电流很依赖，这是一个值得思考的问题.理想状况下设定一种“极端”状况，那就是接在副线圈两端的电流表因“故障”而断路，也就是电阻值区域无穷大，无电流通过，则电流I2会趋于0.此时原线圈中电流是否会随着副线圈电路中的断路而趋于0呢？答案是显然的，那就是原线圈中的电流不会随着副线圈电路中的断路而趋于0，也不会出现I1等于0的结果.

3.电流互感器的正确解读.控制理想（理想电压互感器）变压器，并联接入电路，输入电压与输出的变化（即输入端接电压源）的理想电流互感器的特点是串联接入原电路（感知电路和传输线）和输入电流I1不随产量变化的特征变化（连接到电流源的输入端）.参考电压互感器的分析思路，对电流互感器在工作中的电流和电压进行初步的定量分析如下.电流互感器空载时，副线圈无电流输出，原、副线圈两端电压为U10、U20.U10=E自1=L1ΔI1/Δt.U20=E互2=MΔI1/Δt.当电流互感器副线圈有电流输出，会使原线圈两端电压增大为U1.U1由副线圈电流I2在原线圈两端产生互感电动势和I1在原线圈两端产生自感电动势叠加构成，有U1=L1ΔI1/Δt+ MΔI2/Δt.当L1趋向零时，有U10=0，这时有U1=MΔI2/Δt.由于ΔI2/Δt正比于I2，故有电流互感器原线圈两端电压正比于输出电流I2.因此，要使电流互感器副线圈电流的输出对原电路（“被感电路”或输电线路）几乎无影响，U1应该很小，也只有让I2很小.此时在副线圈中的输出电压U2，有U2=MΔI1/Δt+I2ΔI2/Δt.在电流互感器中，由于I2远小于I1（否则过大的U1会对输电电路产生明显影响），而M与L2的数量级相当. 这样有U2≈MΔI1/Δt.因此具备所有“理想条件”（ 包括“I2远小于I1”）的电流互感器（ 所有可能对原电路产生的影响都应该忽略），有U2=MΔI1/Δt∝MI1.电工学理论和实验都表明，互感系数M与原、副线圈的匝数n1、n2的积成正比.这样有I2=kn1n2I1.比例系数k是由负载决定的，影响互感系数和交变电流的频率等因素的影响，这是独立的N1、N2和I1.在正常情况下，电流互感器的应用总是远小于1，即使有一个“故障”的问题，“负载”的变化反映在相应的k值的变化.

众所周知，所有的电流互感器将尝试设计原来的线圈匝数尽可能少.这完全是为了避免电流互感器电路串联连接，从而在原电路的电流（初级线圈电路）有重大影响的实际需要，也是实现电流互感器的“理想”——初级线圈电感L1趋于0的要求.次级线圈的匝数是足够的互感效应（增加互感）.他们对二次线圈的电位有相同的贡献.