电流互感器饱和特性(电流互感器饱和特性分析

1. 电流互感器饱和特性分析

1、所有通过电磁感应原理工作的设备，磁通的建立都是一次绕组电流I1乘以一次绕组匝数N1与二次绕组电流I2乘以二次绕组匝数N2综合作用来产生的，即N1I1-N2I2，这个量叫磁势，是建立磁场的原动力。

2、磁势可以理解为电压，磁通可以理解为电流，在磁势较小时，磁通近似与磁势成正比关系，但当达到磁势增加到某一定值时，随着磁势的变大，磁通将增加的很小或不再增加。

3、变压器一次线圈是一个电压源，U＝4.44f*N*B*S，由于电压是一定值，所以磁通是不变的，磁势也是不变的，即N1I1-N2I2是一定值，这个值就等于变压器空载时一次侧N1I0，空载电流很小，也就是电磁感应设备用来建立磁场的电流很小，许多工程计算中都忽略了这个值，当变压器带载时，一次电流随着二次电流增加而增加，始终保持N1I1-N2I2不变，由于励磁电流很小近似为0，N1I1-N2I2=0，N1I1=N2I2。

4、对于电流互感器一次线圈的激励是一个电流源，电流互感器不管工作于哪种状态都不可能改变一次电流，即N1I1是由系统决定的，这也是为什么电流互感器不允许二次开路，因为二次开路了，N2=0，一次线圈电流N1I1将全部用来建立磁场，这个磁势很大，首先会导致铁心过饱和，发热，产生剩磁，其次大的磁势会产生一个大的磁通，二次侧感应出高压。而当二次侧短路时，磁势为为一二次电流共同作用N1I1-N2I2，约等于0，N1I1=N2I2，所以二次侧基本没有电压。

所以综合以上内容，电流互感器，理论上来讲N1I1-N2I2约等于0，电流互感器永远都不会过饱和，磁通也永远不变，但前提是二次侧要近似为短路状态，即二次侧阻抗=0，因为阻抗为零，不管二次侧感应出多高的电流，都不会导致二次侧输出电压升高。所以电流互感器过饱和的核心原因是外部的某些条件变化导致其二次侧必须感应出一个高电压，而电压与磁通成正比。有以下几个因素可导致过饱和：1.二次侧负载阻抗增加，电流互感器都有标称的带载能力一般为15VA或30VA，对于二次额定电流为5A的互感器，即意味着互感器二次所接的导线仪表等设备阻抗不能超过3欧姆或6欧姆，超过这个值将导致互感器过饱和，精度变小；2.一次电流剧增，即一次侧过载或者短路时，对于100/5的电流互感器，当短路电流达到1000A时，理论上二次侧电流应该为50A，如果负载阻抗为1欧姆，需要线圈提供50V的电压，对于计量用互感器，为减小短路电流对仪表的冲击，不允许二次侧感应出如此高的电流和电压，所以铁心应较容易饱和，对于保护用的互感器，为了真实反映一次侧的短路电流，则要求铁心不能饱和。铁心是否易于饱和是由生产工艺决定的。

磁势Ni=N1I1-N2I2，磁通φ，（N1I1-N2I2）μ*常数=磁通φ=U/常数，下图H与（N1I1-N2I2）成正比，B与磁通φ成正比，Hμ=B，由下图可知，μ不是一个常数，当B或φ较大时，将需要更大的H或（N1I1-N2I2），这就是所谓的铁心饱和。

当外界条件变化导致二次感应电压U增高时，就需要更大的磁通φ，要产生更大的磁通φ，就需要增加磁势（N1I1-N2I2），在非饱和区，虽然U和φ增加，但是磁势（N1I1-N2I2）增加并不大，所以仍可认为N1I1-N2I2约等于0，N1I1=N2I2，而进入饱和区，将需要很大磁势来产生磁通φ，N1I1-N2I2将变大，N1I1≠N2I2，也就是二次侧电流将不能随一次电流成比例的增加，但还是在增加，同时由于二次电流增加，会导致二次感应电压升高（仪表等负载是不变的），磁通也成比例增加。

2. 电流互感器的饱和特性

光电式电流互感器应用原理：

应用光电技术通过光纤传送信息来测量大电流或高电压的互感器。在高电位(或远)端，由待测电流或电压调制产生的光信号经光纤传输到地电位(或测量)端，通过光电变换和电子电路解调，得到被测电流或电压。根据这种装置的工作原理，也可测量处于高电位端的温度、振动、位移等信号。

3. 电流互感器饱和度

1J50是软磁合金中的一种。软磁合金是在外磁场作用下容易磁化，去除磁场后磁感应强度又基本消失的磁性合金。

软磁合金分为低碳电工钢和阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅铝软磁合金等，软磁合金在电力工业方面，主要采用在较高磁场下具有高磁感和低铁芯损耗的合金。

在电子工业方面，主要采用在低或中等磁场下具有高磁导率和低矫顽力的合金。

在高频下则须采用薄的带材或更高电阻率的合金。一般都用板材或带材。1J50属于镍铁软磁合金，这个种类的软磁合金常用的有：1J46,1J50,1J54,1J76,1J77,1J79,1J80,1J85,1J86,1J34,1J51,1J52,1J65,1J66,1J67,1J83,1J403大部分用于弱磁或中等磁场工作的小型变压器,脉冲变压器,继电器,互感器,磁放大器,电磁离合器,扼流圈铁芯及磁屏蔽。

4. 电流互感器抗饱和能力

这个和参数有关。例如测量级　FS5要求的在5被电流复合误差大于10％，应该饱和 保护级5P20是20倍不允许饱和 10P30是30倍不允许饱和

5. 电流互感器的饱和程度和什么有关

1、磁饱和现象

所谓磁饱和是指电磁式电流互感器铁芯中磁通密度大于饱和磁通密度之后，磁通密度不再因一次电流的增大而增大。

2、磁饱和原因

磁通密度为交变量，未发生磁饱和时，互感器铁芯磁通密度的*大值为：Bm=E2/（4.44*f*N2*S）

式中，E2为二次绕组感应电动势，约等于二次绕组输出电压。N2为二次绕组匝数，S为铁芯截面积。对于固定的互感器而言，N2和S为恒定值。

因此，铁芯磁通密度正比于二次电压，反比于电流频率。

二次电压由二次电流和二次负荷共同决定，可见，电磁式电流互感器的磁饱和原因有：

A、一次电流过大，大于额定电流；

B、二次负荷过大，大于额定二次负荷；

C、电流频率过低，低于额定频率。

3、磁饱和危害

电流互感器发生磁饱和后，一次电流与二次电流不再成比例关系，电流互感器不能起到正常的测量或保护作用，引发安全事故。此外，磁饱和状态下，铁芯中磁通密度大，涡流损耗和磁滞损耗大，铁芯发热，容易损坏互感器。

6. 改进电流互感器饱和措施

原理

因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。

如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围。

完全差动保护

母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器按同名相、同极性连接到差动回路，电流互感器的特性与变比均应相同，若变比不能相同时，可采用补偿变流器进行补偿，满足ΣI=0。

差动继电器的动作电流按下述条件计算、整定，取其最大值：

1)、躲开外部短路时产生的不平衡电流；

2)、躲开母线连接元件中，最大负荷支路的最大负荷电流，以防止电流二次回路断线时误动。

母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器，接入差动回路，在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。因此在无电源元件上发生故障，它将动作。电流互感器不接入差动回路的无电源元件是电抗器或变压器。

母线完全差动保护的主要优缺点

母线完全差动保护的优点是：

1、各组成元件和接线比较简单，调试方便，运行人员易于掌握。

2、采用速饱和变流器可以较有效地防止由于区外故障一次电流中的直流分量导致电流互感器饱和引起的保护误动作。

3、当元件固定连接时母线差动保护有很好的选择性。

4、当母联断路器断开时母线差动保护仍有选择能力;在两条母线先后发生短路时母线差动保护仍能可靠地动作。

母线完全差动保护的缺点为：

1、 方式破坏时,如任一母线上发生短路故障,就会将两条母线上的连接元件全部切除。因此,它适应运行方式变化的能力较差。

2、由于采用了带速饱和变流器的电流差动继电器,其动作时间较慢(约有30-40毫秒的动作延时),不能快速切除故障。

3、如果启动元件和选择元件的动作电流按避越外部短路时的最大不平衡电流整定,其灵敏度较低。

什么是固定连接方式的母线完全差动保护?

双母线同时运行方式，按照一定的要求，将引出线和有电源的支路分配固定连接于两条母线上，这种母线称为固定连接母线。这种母线的差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护。对它的要求是一母线故障时，只切除接于该母线的元件，另一母线可以继续运行，即母线差动保护有选择故障母线的能力。当运行的双母线的固定连接方式被破坏时，该保护将无选择故障母线的能力，而将双母线上所有连接的元件切除。

7. 电流互感器饱和电流计算

电流互感器将大电流变为小电流，计算时将二次侧电流值乘以电流互感器的变比即可。如：1000/5的电流互感器，变比为200，即，当二次侧电流为1A时，一次电流为200A。一般电路互感器有多组接线端，1S1、1S2；2S1、2S2；3S1、3S2等，其对应不同的精度，也有不同变比的。包括：计量、测量、保护等，参照标牌选好对应的变比即可计算。注：电流超过电流互感器额定电流时，线圈饱和，二次电流无法准确反映一次电流值。

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