电路中的 ”CT“

互感器是一种电力变压器，用于将电流或电压从一个电路传递到另一个电路，同时改变其数值。 它是电力系统中的重要组成部分，可实现电能的传输、测量和保护。 互感器在电力行业和工业领域广泛使用，具有关键的作用。

一、电流互感器

                                                         （图片来自互联网）
1.工作原理：
基于电磁感应原理（类似于变压器）。
它有一个铁芯，铁芯上缠绕着一次绕组（匝数少，通常1匝或几匝）和二次绕组（匝数多）。
一次绕组串联接入需要测量或保护的主电路中，流过的是待测的大电流 I₁。
根据电磁感应定律，一次电流 I₁ 在铁芯中产生交变磁通 Φ。
交变磁通 Φ 穿过二次绕组，在二次绕组中感应出电动势 E₂。
当二次绕组连接一个低阻抗的负载（如电流表、继电器线圈）形成闭合回路时，在感应电动势 E₂ 的作用下，二次回路中便产生一个电流 I₂。
在理想状态下（忽略励磁电流等损耗），一次安匝数等于二次安匝数：I₁ * N₁ = I₂ * N₂。因此，变比 Kᵢ = I₁ / I₂ ≈ N₂ / N₁。即二次电流 I₂ 与一次电流 I₁ 成正比，相位基本相同（理想时相差180°）。

2.核心作用：
电压变换（降压）： 将一次侧的高电压（几千伏至几百千伏）按比例缩小为标准化的二次低电压（通常为100V或100/√3 V）。
电气隔离： 同样将二次设备与一次高压主电路安全隔离。
提供测量信号： 为电压表、电能表、功率表、功率因数表、频率表等提供与一次电压成比例的输入信号。
提供保护信号： 为继电保护装置（如过压保护、欠压保护、距离保护、方向保护、同期装置等）提供反映一次系统电压状态的输入信号。
提供同步信号： 在系统并列操作时提供两侧电压信息。

（图片来自互联网）
实际电路举例：
下图是武汉大学一位博士设计的电路，也是为电流互感器检测电流服务。

工作原理：
电流互感器工作：当有交流电流通过电流互感器的初级绕组时，会在次级绕组中感应出相应的交流电压。这个电压与初级绕组中的电流成正比。
信号放大：电流互感器次级绕组的输出电压被送入运算放大器的输入端。运算放大器根据设置的增益放大这个电压，输出一个放大后的电压信号。
滤波和稳定：电容C9, C13, C14, C15, C16用于滤波和稳定电路。它们可以减少电源噪声和信号干扰，提高电路的稳定性和测量精度。
输出：运算放大器的输出端（AC I）提供一个与输入电流成比例的电压信号，这个信号可以被进一步处理或直接用于显示和控制。
3.电流互感器的关键参数含义：
测量用CT： 常用 0.1, 0.2, 0.5, 1, 3。数字越小，精度越高（例如0.5级表示在额定电流下误差不超过±0.5%）。用于计量、监测。
保护用CT： 常用 5P, 10P 以及 TP (暂态保护) 等。P 表示保护。5P10 的含义是：在额定准确限值一次电流（是额定一次电流的10倍）下，复合误差不超过±5%。重点在于在故障大电流下保证误差不超限，使保护能可靠动作。
额定一次电流 (I₁ₙ): CT设计所依据的一次电流值（基准值）。
额定二次电流 (I₂ₙ): 对应于额定一次电流的二次电流值，通常为5A或1A。
额定变比 (Kᵢ 或 I₁ₙ / I₂ₙ): 额定一次电流与额定二次电流的比值。例如 100/5A, 2000/1A。表示当一次电流为100A时，二次电流为5A；一次电流为2000A时，二次电流为1A。
准确级： 表示在规定使用条件下，CT的测量误差（比值差和相位差）不超过规定限值的等级。
额定负荷 (S₂ₙ 或 Z₂ₙ): CT二次侧允许连接的仪表、继电器导线等的总阻抗（用视在功率VA表示或阻抗Ω表示）。例如 15VA, 5VA, 0.2Ω。实际负荷不能超过此值，否则误差会增大。
额定短时热电流 (Ith): CT在1秒内能承受而不损坏的最大一次电流有效值（通常用kA表示）。反映其热稳定性。
额定动稳定电流 (Idyn): CT能承受而不发生电动力损坏的最大一次电流峰值（通常为Ith的2.5倍左右）。反映其动稳定性。
极性： 表示一次电流方向与二次电流方向的关系。通常用 P1/S1 或 P2/S2 等标记表示同名端。正确识别极性对于功率方向保护、差动保护、电能计量等至关重要。
最重要安全规则： 电流互感器二次侧在工作时绝对不允许开路！ 开路会产生极高的危险电压，危及人身和设备安全。更换仪表前必须先用短接片可靠短接二次端子。

点击蓝字
关注我