在各种保护系统中，几乎所有交流保护继电器都是由电流互感器提供的电流驱动的。用小量程的电流表测量大量程交流电不是一种简单的方法。而且继电器必须在高电流下工作，才能在高交流电下工作。因此，电流互感器将电流从大电流转换为可测量范围内的电流。电流互感器的具体应用涉及到各种考虑因素，如机械结构类型、一次电流与二次电流的比例、绝缘类型(油或干式)、热条件、精度、使用类型等。
大纲
电流互感器(CTs)
这是一种电流换能器，它将在次级电流中提供与流过初级电流的大小成正比的电流。这些器件用于将功率电路中的高电流转换为仪器和控制设备的可测量电流范围。此外，它们还能将电流表、其他测量仪器和控制设备与高压电源电路隔离开来。它是数显仪表和动圈叶片仪表范围之外最便宜、最简单的电流测量方法。
电流互感器的一次绕组由一个或多个横截面积大的匝组成，并与要感知电流的电路串联在一起。在棒状CTs中，初级绕组只有一个匝，这意味着导体本身充当初级绕组。用小截面积的细线匝数多而成的二次绕组。如图所示，该绕组连接到继电器的工作线圈或仪器的电流线圈。通常情况下，CTs被设计成二次端子在满电流或额定一次电流时提供5A或1A电流。
电流互感器工作原理“，
电流互感器的工作原理与常规电力互感器相似。ct基本上是升压变压器，另一方面，这些是降压变压器从电流的角度来看。这是因为在高压侧电流较低，而在低压侧电流较高。当电流互感器的一次通电时，一次侧安培转动在磁芯中产生磁场。这个磁通量连接到二次感应电动势和这个电动势驱动电流在CT二次。次级电流试图平衡初级安培匝。因此，主次之间的关系为
I1N1 = I2N2
I1 / i2 = n2 / n1
I1和I2 = n
这称为电流互感器的变换比。
其中I1和I2分别是一次电流和次电流
N1和N2分别为主弯和次弯
N为二次绕组与一次绕组的匝数比。
例如，一个典型的100到5A电流互感器的额定比例为单次一次匝与20次次匝或1:20。由上式可知，通过了解二次电流表的电流和电流比，可以很容易地确定通过与主线相连的一次电流。在电力变压器中，一次电流取决于二次电流。相反，CT的一次绕组与电源电路直接串联，电压降非常小，因此一次电流与二次电流无关。
应该注意的是，当一次电源通电时，CT的二次电源不应保持打开状态。如果次级电流开着，次级电流变为零，但实际上次级安培匝与初级安培匝相反。因此，没有对位的一次mmf在芯中产生很大的磁通量，因为没有对位的次mmf。这导致更多的堆芯损耗，从而增加堆芯的热量。此外，这还会在一次侧和二次侧诱发高电场，导致绝缘损坏。因此，非常重要的是，次级必须与仪器的低电阻电流线圈串联或直接短路。此外，为了避免震动的危险，二次侧必须与地面相连。在实际操作中，ct在二次端子处设有短路开关。
电流互感器的施工
电流互感器的结构可以是缠绕式或棒状。绕线式CT与传统的双绕组变压器相似。初级绕组由一个以上的完整匝或多个匝组成，匝在铁芯上受伤。对于低压绕线式CT，二次匝绕在胶木成型器上，中间有适当的绝缘，一次匝直接绕在二次绕组的顶部。根据核心结构的不同，可以是环形、矩形或窗型ct。在棒状CT中，一次绕组只不过是一根穿过铁心中心的单条，形成单匝一次绕组。
与电力变压器相比，CTs中使用的磁通密度要小得多。因此，磁芯材料的选择应确保低磁阻、低磁芯损耗，并能在低通量密度下工作。由于环芯接头少且坚固，因此它们提供低磁阻。常用的铁芯材料包括热轧硅钢、冷轧晶粒取向硅钢和镍铁合金。为了实现高精度计量，电流互感器的铁芯采用优质合金钢木粉制成。为了提供绝缘，清漆和胶带材料用于小电压的线路。但对于高线路电压，使用复合填充或油填充的CTs。如果CTs用于更高的传输电压，二次绕组和高压导体之间的绝缘使用油浸渍纸。同样，这种坦克的结构可以是活坦克和死坦克的形式。
电流互感器的种类
电流互感器根据使用类型、电路电压、安装方法等因素分为不同的类型。其中一些类型包括
室内电流互感器
这些变压器通常用于低压电路，并进一步分为缠绕型、棒型和窗型变压器。和普通变压器一样，绕线式变压器有一次绕组和二次绕组。这些用于非常低的电流比，如求和应用。由于一次安培匝数较高，这些ct可以达到较高的精度。棒状连续油管由棒状一次油管组成，它是二次取心连续油管的组成部分。棒状CT的精度下降，由于磁芯的磁化，这需要在低额定电流下的总安培匝数的很大一部分。窗型ct安装在主导体(或线导体)周围，因为它们没有主导体。这些都是最常见的CTs可在固体和分裂的核心结构。实心窗CT安装前，必须先断开主导体，若出现断芯，可直接安装在主导体周围，无需断开主导体。
户外电流互感器
这些通常用于更高电压的电路，如开关场和变电站。这些ct采用油或SF6气体绝缘。与油填充的CTs相比，SF6绝缘的CTs重量更轻。顶部罐连接到主导体，因此这些被称为活罐结构ct。由于主导体和储罐具有相同的电势，所以采用小套管。该罐安装在绝缘子结构上，如图所示。在底座上，二次端子位于端子盒内。此外，在基座处还设有接地端子。
对于多比电流互感器，一次绕组采用分体式。因此，在主绕组的罐体上设有丝锥。使用这些变压器，可以通过在一次或二次上提供抽头获得可变的电流比。当应用于二次，操作安培匝改变，而应用于一次，大部分铜空间被保留，除了在最低范围。
套管式电流互感器
衬套式CT也类似于棒状CT，其中核心和次级被安装在主导体周围。二次绕组绕在圆形或环形铁芯上，铁芯安装在电力变压器、断路器、发电机或开关柜的高压套管中。导线通过衬套起初级绕组的作用，磁芯的布置使其环绕绝缘衬套。由于衬套CTs价格较低，在高压电路中多用于继电作用。
可携式电流互感器
这些是高进动式CTs用于高精度安培计和功率分析仪。这些可以拆分核心，灵活和夹紧便携式ct。典型的便携式CT电流测量范围在1000到1500 A之间，而且这些CT为测量仪器提供了与高压电路的隔离。
电流互感器的误差
在一个理想的电流互感器中，一次和二次电流比完全等于二次和一次匝数比，而且在精确反相中，每个绕组的电流产生相等的mmf。但在实际应用中，电流比与匝数比存在着偏离，且两者之间存在一定的相位角。这些叫做比率误差和相位角误差。对于用于高精度计量和测量的CTs，这些误差必须尽可能小。
考虑下面所示的电流互感器相量图，
在哪里
Io =无负载电流
Im =空载电流的磁化元件
无负载电流的瓦特分量
Es和Ep分别为二次绕组和一次绕组的感应电压
Np和Ns分别为一次绕组和二次绕组匝数
Ip和Is =一次电流和次电流
Rs =二次绕组电阻
Xs =二次绕组电抗
β =相角误差
n =匝数比= N2/ N1
为了保持铁芯处于励磁状态，CT产生一次电流。该电流励磁电流由两个分量组成，即如图所示的磁化分量和瓦特分量。在二次绕组中产生的电动势使二次电流通过负载，并由于二次绕组的固有电阻和电抗引起二次绕组的电压下降。在上述相量中，I2指的是一次电流(虚线所示)，因此一次电流和次电流之间存在一个角beta。
比例错误
在上述相量中，I1或一次电流由励磁电流分量组成。因此，通过考虑三角形OBC，我们可以得到I2、Io(反过来又取决于磁化和瓦特分量)和I1的矢量分量的实际比率误差。二次电流受绕组电阻、电抗和负载功率因数的影响。但名义或额定电流比完全等于二次匝与一次匝之比。因此，将CT的比值误差定义为实际变换比与名义变换比的变化。
电流或比率误差=(名义比率-实际比率)/实际比率
= (Kn - R) / R × 100%
相角误差
在一个完美的电流互感器中，二次电流必须与一次电流恰好位移180度。换句话说，一次电流和反向二次电流之间的相位角应为零。在上面的相量图中，反向的二次电流超前一次电流一定角度，因此引入相位角误差。如果反向二次电流滞后于一次电流，则相位移为负，而反向二次电流超前，则相位角为正。
为了减少CTs中的这些误差，励磁或空载电流必须保持较小，二次负载的负载角也必须较小。为了满足这些要求，铁芯应具有较低的铁芯损耗和较低的磁阻，以减少励磁电流的瓦特和磁化分量。此外，通过减少二次匝数和降低二次阻抗，使这些误差最小。
电流互感器的应用
电流互感器广泛应用于从电力系统控制到工业、医疗、汽车和电信系统的精确电流测量等各种应用。一些应用程序包括
- 扩展测量仪器的范围，如电流表，电能表，千伏表，瓦特表等。
- 差动循环电流保护系统。
- 电力传输系统中的距离保护。
- 过电流故障保护。
