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摘 要：电流互感器具有变流和电气隔离的作用，是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器。本文对不同类型的电流互感器进行优、缺点分析，以便于区分电流互感器，并合理利用电流互感器。
关键词：电流互感器；电磁式；电子式
为了保证电力系统安全经济运行，必须对电力设备的运行情况进行监视和测量，但一般的测量仪表和保护装置不能直接接入一次高压设备，需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流，供给测量仪表和保护装置使用。而在测量交变电流的大电流时，为便于二次仪表测量，需要转换为较统一的电流；另外线路上的电压比较高，如果直接测量是非常危险的。电流互感器具有变流和电气隔离的作用，是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器。
一、电流互感器的原理
电流互感器（current transformer，简称CT）的结构简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁芯以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数N1较少，直接串联与电源线路中，一次负荷电流通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流；二次绕组的匝数N2较多，与仪表、继电器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。
二、电流互感器的种类及优缺点
1、正立油浸式电流互感器
目前国内电流互感器主要以油浸正立式为主，是我国最传统的一种形式，其一次线为传统U型结构，其主绝缘为变压器油和电缆纸绝缘结构，主绝缘主要由电缆纸包扎而成，为了使内部电场比较均匀，绝缘层内部设有主屏和端屏。由于该电流互感器为U型结构，外绝缘套管一般为塔形结构，其优点是可以采用绝缘包扎机进行绝缘包扎，包扎设备一般比较简单，价格较低；缺点是产品笨重，塔形套管内部空腔比较大，用油量比较大等。
2、倒立SF6气体绝缘式电流互感器
通过技术引进国内出现了倒立SF6气体绝缘式电流互感器，该产品结构采用倒立式结构，二次线圈通过金属屏蔽罩包裹，置于产品的上部，由于线圈比较重，一般需要盆式绝缘子或绝缘支柱支撑，二次线圈通过其内部的一根金属管引入低压侧，一次线一般为直线型的铜管或铝管，所有空腔充以SF6气体。该产品的优点是耐动热稳定电流的能力较强；缺点是其电场分布很不均匀，特别是套管上部法兰处电场较为集中，部分产品设有屏蔽电极，体积较大，同时，由于其内部充有SF6气体，如果气体泄漏，或影响大气保护层，不利于环保。
3、倒立油浸式电流互感器
通过技术引进国内生产出了倒立油浸式电流互感器，该产品为油浸电缆纸绝缘电流互感器，二次线圈通过金属屏蔽罩包裹，置于产品上部，二次线圈其内部的一根金属管引入低压侧，二次线圈和引线金属管外不包有电缆纸和皱纹纸绝缘层，一次线一般为直线型的铜管或铝管。该产品的优点是体积小、重量轻、外形美观并且耐动热稳定电流能力强；缺点是线圈部分和引线管部分的绝缘包扎无法一次完成，线圈部分的绝缘包扎需要人工完成，并需要和引线管部分进行绝缘对接，绝缘包扎费时费力，加工周期长。
4、发卡型电流互感器
欧洲ABB公司生产的一种发卡型（也叫R型）电流互感器，其主要特点是将一次线作了变形设计，二次线圈一般装于一次线的一侧，仍为油浸电缆纸绝缘，绝缘层包在一次线上，可通过改型的U型绝缘包扎机完成全部绝缘包扎，减小了绝缘套管的直径。和常规U型电流互感器相比具有体积小、重量轻的特点；和倒立式油浸电流互感器比较，节省劳动力，提高生产效率，同时克服因手工包扎造成的质量不稳定；但由于外绝缘套管直径稍大，用油量增加。
5、干式电流互感器
干式电流互感器是一种新产品，其一次线采用U型铜线或铝线，绝缘层为聚酯膜带包扎，包扎过程中聚酯膜间的空隙填充硅脂，以提高绝缘性能，在绝缘层外粘接硅橡胶伞，形成电流互感器的外部绝缘；二次线圈分别套于两边，并用金属壳封闭。该产品由于绝缘层内部填充半液体介质，不会出现漏油现象。
6、电子式电流互感器
随着光电子技术的迅速发展，许多科技发达国家已把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器，简称光电电流互感器。电子式电流互感器是指输出小电压模拟信号或数字信号的电流互感器，其含义除了包括光电式电流互感器，还包括其它各种利用电子测试原理的电流传感器。
电子式电流互感器又分为有源式和无源式两大类。相比于电磁式电流互感器，电子式电流互感器的优点是，无铁芯、绝缘结构简单可靠、体积小、质量小、线性度好、抗电磁干扰性能好、无磁饱和现象、测量精度高，输出信号可以直接输入微机化计量及保护设备接口；缺点是传感头对温度和振动比较敏感，为了提高精确度和稳定性，电子信号处理部分的线路将比较复杂，而对有源式电子电流互感器，必须要保证电源供电的稳定性。
6.1有源式电子电流互感器
有源式电子电流互感器，其一次传感器利用电磁测量原理将一次传感器的电输出信号转换为光信号，再由光纤系统传送出去，转换过程需要使用转换器，转换器是电子部件，需要电源供电。其主要实现原理是采用罗科夫斯基（Rogowski）线圈感应被测电流。利用Rogowski线圈测量电流的电流互感器原理如下图所示，Rogowski线圈套在一次导电杆上，实际上是均匀密绕在一环形非磁性骨架上的空心螺线管，其输出电压u（t）与被测电流i（t）的时间导数成正比。
u（t）=M·di（t）/dt，式中M仅取决于线圈尺寸的比例系数，将u（t）积分便可求得被测电流。
u（t）经积分变换及A/D转换后，由LED转换为数字光信号输出，控制室的PIN及信号处理电路对其进行光电变换及相应的信号处理，便可输出供危机保护和计量用的电信号。
6.2无源式电子电流互感器
无源式电子电流互感器，其一次传感器利用光学原理可直接将光测量信号通过光纤传输系统送出去，无需使用转换器，也就无需电源。其主要实现原理是利用法拉第（Faraday）效应。Faraday磁致旋光效应是指在光学各向同性的透明介质中，外加磁场可以使介质中沿磁场方向传播的平面偏振光的偏振面发生旋转。利用Faraday磁光效应测量电流的电流互感器原理如下图所示：LED发出的光经起偏器后为一线偏振光，这束线偏振光在磁光材料（如重火石玻璃）中绕载流导体一周后其偏振面将发生旋转。旋转角正比与磁场强度沿偏振光通过材料路径的线积分。
根据法拉第磁光效应及安培环路定律可知，线偏振光旋转的角度θ与载流导体中流过的电流i有如下关系：
θ=V∫lHdl=V∮Hdl=Vi，其中V为磁光材料的Verdet常数，角度θ与被测电流i成正比，利用检偏器将角度θ的变化转换为输出光强的变化，经光电变换及相应的信号处理便可求得被测电流i。
三、结语
综上所述，不同的电流互感器具有不同的优缺点，为了保证电力系统安全经济运行，根据实际需要选择合适的电流互感器，可以在节省成本的基础上实现对电力设备的运行情况进行监视和测量，有效减少因电力设备的故障问题造成的不必要损失。■
关键词：电流互感器；电磁式；电子式
为了保证电力系统安全经济运行，必须对电力设备的运行情况进行监视和测量，但一般的测量仪表和保护装置不能直接接入一次高压设备，需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流，供给测量仪表和保护装置使用。而在测量交变电流的大电流时，为便于二次仪表测量，需要转换为较统一的电流；另外线路上的电压比较高，如果直接测量是非常危险的。电流互感器具有变流和电气隔离的作用，是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器。
一、电流互感器的原理
电流互感器（current transformer，简称CT）的结构简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁芯以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数N1较少，直接串联与电源线路中，一次负荷电流通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流；二次绕组的匝数N2较多，与仪表、继电器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。
二、电流互感器的种类及优缺点
1、正立油浸式电流互感器
目前国内电流互感器主要以油浸正立式为主，是我国最传统的一种形式，其一次线为传统U型结构，其主绝缘为变压器油和电缆纸绝缘结构，主绝缘主要由电缆纸包扎而成，为了使内部电场比较均匀，绝缘层内部设有主屏和端屏。由于该电流互感器为U型结构，外绝缘套管一般为塔形结构，其优点是可以采用绝缘包扎机进行绝缘包扎，包扎设备一般比较简单，价格较低；缺点是产品笨重，塔形套管内部空腔比较大，用油量比较大等。
2、倒立SF6气体绝缘式电流互感器
通过技术引进国内出现了倒立SF6气体绝缘式电流互感器，该产品结构采用倒立式结构，二次线圈通过金属屏蔽罩包裹，置于产品的上部，由于线圈比较重，一般需要盆式绝缘子或绝缘支柱支撑，二次线圈通过其内部的一根金属管引入低压侧，一次线一般为直线型的铜管或铝管，所有空腔充以SF6气体。该产品的优点是耐动热稳定电流的能力较强；缺点是其电场分布很不均匀，特别是套管上部法兰处电场较为集中，部分产品设有屏蔽电极，体积较大，同时，由于其内部充有SF6气体，如果气体泄漏，或影响大气保护层，不利于环保。
3、倒立油浸式电流互感器
通过技术引进国内生产出了倒立油浸式电流互感器，该产品为油浸电缆纸绝缘电流互感器，二次线圈通过金属屏蔽罩包裹，置于产品上部，二次线圈其内部的一根金属管引入低压侧，二次线圈和引线金属管外不包有电缆纸和皱纹纸绝缘层，一次线一般为直线型的铜管或铝管。该产品的优点是体积小、重量轻、外形美观并且耐动热稳定电流能力强；缺点是线圈部分和引线管部分的绝缘包扎无法一次完成，线圈部分的绝缘包扎需要人工完成，并需要和引线管部分进行绝缘对接，绝缘包扎费时费力，加工周期长。
4、发卡型电流互感器
欧洲ABB公司生产的一种发卡型（也叫R型）电流互感器，其主要特点是将一次线作了变形设计，二次线圈一般装于一次线的一侧，仍为油浸电缆纸绝缘，绝缘层包在一次线上，可通过改型的U型绝缘包扎机完成全部绝缘包扎，减小了绝缘套管的直径。和常规U型电流互感器相比具有体积小、重量轻的特点；和倒立式油浸电流互感器比较，节省劳动力，提高生产效率，同时克服因手工包扎造成的质量不稳定；但由于外绝缘套管直径稍大，用油量增加。
5、干式电流互感器
干式电流互感器是一种新产品，其一次线采用U型铜线或铝线，绝缘层为聚酯膜带包扎，包扎过程中聚酯膜间的空隙填充硅脂，以提高绝缘性能，在绝缘层外粘接硅橡胶伞，形成电流互感器的外部绝缘；二次线圈分别套于两边，并用金属壳封闭。该产品由于绝缘层内部填充半液体介质，不会出现漏油现象。
6、电子式电流互感器
随着光电子技术的迅速发展，许多科技发达国家已把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器，简称光电电流互感器。电子式电流互感器是指输出小电压模拟信号或数字信号的电流互感器，其含义除了包括光电式电流互感器，还包括其它各种利用电子测试原理的电流传感器。
电子式电流互感器又分为有源式和无源式两大类。相比于电磁式电流互感器，电子式电流互感器的优点是，无铁芯、绝缘结构简单可靠、体积小、质量小、线性度好、抗电磁干扰性能好、无磁饱和现象、测量精度高，输出信号可以直接输入微机化计量及保护设备接口；缺点是传感头对温度和振动比较敏感，为了提高精确度和稳定性，电子信号处理部分的线路将比较复杂，而对有源式电子电流互感器，必须要保证电源供电的稳定性。
6.1有源式电子电流互感器
有源式电子电流互感器，其一次传感器利用电磁测量原理将一次传感器的电输出信号转换为光信号，再由光纤系统传送出去，转换过程需要使用转换器，转换器是电子部件，需要电源供电。其主要实现原理是采用罗科夫斯基（Rogowski）线圈感应被测电流。利用Rogowski线圈测量电流的电流互感器原理如下图所示，Rogowski线圈套在一次导电杆上，实际上是均匀密绕在一环形非磁性骨架上的空心螺线管，其输出电压u（t）与被测电流i（t）的时间导数成正比。
u（t）=M·di（t）/dt，式中M仅取决于线圈尺寸的比例系数，将u（t）积分便可求得被测电流。
u（t）经积分变换及A/D转换后，由LED转换为数字光信号输出，控制室的PIN及信号处理电路对其进行光电变换及相应的信号处理，便可输出供危机保护和计量用的电信号。
6.2无源式电子电流互感器
无源式电子电流互感器，其一次传感器利用光学原理可直接将光测量信号通过光纤传输系统送出去，无需使用转换器，也就无需电源。其主要实现原理是利用法拉第（Faraday）效应。Faraday磁致旋光效应是指在光学各向同性的透明介质中，外加磁场可以使介质中沿磁场方向传播的平面偏振光的偏振面发生旋转。利用Faraday磁光效应测量电流的电流互感器原理如下图所示：LED发出的光经起偏器后为一线偏振光，这束线偏振光在磁光材料（如重火石玻璃）中绕载流导体一周后其偏振面将发生旋转。旋转角正比与磁场强度沿偏振光通过材料路径的线积分。
根据法拉第磁光效应及安培环路定律可知，线偏振光旋转的角度θ与载流导体中流过的电流i有如下关系：
θ=V∫lHdl=V∮Hdl=Vi，其中V为磁光材料的Verdet常数，角度θ与被测电流i成正比，利用检偏器将角度θ的变化转换为输出光强的变化，经光电变换及相应的信号处理便可求得被测电流i。
三、结语
综上所述，不同的电流互感器具有不同的优缺点，为了保证电力系统安全经济运行，根据实际需要选择合适的电流互感器，可以在节省成本的基础上实现对电力设备的运行情况进行监视和测量，有效减少因电力设备的故障问题造成的不必要损失。■