闫振雷
广州新科宇航科技有限公司 510890
摘要：变压器内置交流互感器是一种能够将一次性大电流转换为二次小电流的测量仪器，是当前生产领域必不可少的检测设备。为此，本文将围绕变压器内置电流互感器的基本概念进行分析讨论，并提出相关设计方案与应用，进而提高电流互感器的精准度，扩展其应用范围。
关键词：变压器；电流互感器；电磁场
引言：电流互感器测量的是穿过其磁场中心的电流，因此在设计时要着重考虑电流通过时产生的过励磁效应，确保内置电流来自变压器，而不是线路内部的交互电流，因此，为了进一步完善相关设计步骤，提高设备的安全性，需要对电流互感器的工作原理及故障问题进行详细了解。
一、变压器内置电流互感器概述
（一）工作原理
电流互感器是由闭合的铁心与电阻线环绕形成，其单次绕组匝数较小，需要串接在变压器线路上，以此起到保护回路的作用。而工作原理则与变压器基本一致，区别在于变压器变换的是电压，电流互感器变换的是电流。该设备能够有效应用电磁感应原理，利用变化磁通量中的导体产生电动势，驱使电子流动产生感应电流，使其经过一次绕组和二次绕组，从而进行额定电流的大小调节，例如200/4的的电流互感器即是表示能够将200A的电流转换为4A的电流[1]。
（二）注意事项
第一，变压器内置电流互感器的接线要遵循串联原则，确保一次绕组、二次绕组都能够与仪表负载准确连接。第二，在使用前要做好相关检测工作，对设备进行极性与退磁实验，保证电流互感器不会在测量中由于内部原因产生计量误差。第三，在使用电流互感器时，要检查副边是否出现开路情况，如果边路没有完全闭合，会使原电流形成励磁电流，将运行电压大大提升，从而造成安全隐患，威胁操作者的人身安全。
（三）常见故障
电流互感器的故障通常与制造缺陷有关，比如：当其内置绝缘层厚度较薄时，会导致真空处理性降低，形成含气空腔，从而引发局部放电，影响电流的有效传递；当电容屏尺寸不符合设计标准时，会使电容极板的光滑平整度下滑，破坏电压的均匀分布，进而导致电流线路出现错位、断裂的现象；当内置连接杆件松动或金属件悬浮时，会使一次绕组无法有效屏蔽交感电流，造成接触线或焊接线断裂，引发火花放电故障[2]。
二、变压器内置电流互感器的设计与应用
（一）设计流程
首先要确定变压器内部磁场环境和磁密波形。设计人员可运用三维模型技术进行磁场仿真，确定一次绕组和二次绕组产生的电流强度，并结合铁心性能、几何尺寸以及电线的抗阻能力，判断闭合线路两端产生的电势大小，以此制定符合实际应用的磁场环境。其次，要选用低损耗的硅钢片作为互感器的制作材料，尽可能降低电流在传送时造成的测量误差，影响计算精度。而副边的匝数与线径则要经过参数计算，以功率传输的最大值为设计标准，确保电压与电流不会受各自影响，能够独立进行测定。
再次，要确定传感器的布置位置，设计人员要明确电流互感器的地电性质，尽可能在放置时远离高压位置，避免引线中的电流受外界因素影响，产生电位升高的现象，影响变压器稳定性。最后，要对各种运行工况下的电流互感器进行精度校准，保证相关设备不会受外部因素影响，产生测量误差。比如：在空载合闸工况下，需要模拟漏磁的分布情况，对相位以及励磁电流的峰值进行准确掌握，并将其调节至与铁心饱和时产生的绕组电感大小一致；在突发短路工况下，则需要对电抗与电阻的变化进行线性关系判断，根据铁心内部磁密度的上升趋势，进行电流归位工作，增强故障产生时的电流调节能力。
（二）应用方向
1.降低测量误差
电流互感器不同于以往的检测设备，能够将大额的电量进行拆分、重组，以多次少量的测量形式，提高数据的准确性，降低误差产生的可能性。首先电流传感器具有良好的抗干扰能力，其外部的金属屏蔽壳能够有效减少漏磁的流入量，保持内置磁场环境稳定，而多绕组的构成方式也使抗磁效果进一步增强，延长了设备的使用寿命。其次，电流互感器具有良好的变流作用，即使变压器处在短路状态时，仍然能够对输出的电压进行二次绕组测量，帮助技术人员通过电压量的损耗判断故障点，提高故障维护的效率。最后，电流互感器从根源上解决了测量误差的形成，即是优化励磁电流的传输，当前许多工艺行业的监测装置缺少对励磁电流的把控，随着应用频率的增高，变压器内的磁通量逐渐提高，使相关检测数据明显升高，进而导致检测设备的精度下降，远超于1%的测量要求。而电流传感器则能有效避免此类问题，电流传感器本身具有接地保护线路，能够通过内部调节将多余的电流通过相应绕组进行排出处理，并且电流大小可通过匝数的更改进行有效调节，从而便于技术人员进行适当更改，降低误差产生的几率，提高测量的灵活度。
2.保持用电稳定
许多工艺行业之所以选择电流传感器作为测量设备，主要是由于其优良的电流保护功能，变压器内置电流传感器的安全性极高，当其与继电装置产生过载时，能够向电源装置传送切断信号，从而第一时间阻断电流的传输，保障供电系统的安全，而且其本身具有极强的绝缘性，不会受电路故障时产生的线路火花影响，即使在相对恶劣的环境下，也能准确测量一次电流的额定值。此外，电流互感器具有较强的热稳定性和动稳定性，能够避免相关设备在长时间的过程中，受内部金属器件增温而导致的线路损毁。同时，电流互感器的准确限制系数较大，其静态电流值通常为十毫安，静态功耗为七十毫瓦，可以承受绝大多数工程的电量流通值，确保内部磁场不会因为一次电压的大幅度变化，而影响设备测量的稳定性，能够使二次绕组的额定电流误差值保持在10%以内。
结论：综上所述，通过分析变压器内置电流互感器的工作原理、注意事项、常见故障，提出变压器内置电流互感器的设计流程与应用方向，帮助相关企业能更好的应用相关设备，降低测量误差，保持用电稳定，以此实现经济利益的快速增长。
参考文献：
[1]王玉楹,陈波,张亚杰.配电变压器中双层箔式绕组的应用与仿真分析[J].变压器,2021,58(05):6-9.
[2]聂鸿宇,谢茜,张宗喜.电力变压器低压侧短路特点分析与可靠性提升策略[J].变压器,2021,58(05):10-13+27.