电子式电流互感器应用

电子式电流互感器通常具有更高的带宽，适用于谐波含量较大电流的基波及谐波测量。为了准确测量功率，还可以采用电压、电流组合式电子式互感器，因为组合式电子式互感器可以更好的控制电压电流信号的相位差，提高功率测量的准确度。

一、两电平变频器的输出电流波形及电压波形

电流波形接近正弦波，电压波形为PWM波，图1中较高的毛刺为过冲电压，缩短电缆，增加dv/dt滤波器等可以降低或消除过冲电压。

PWM波低次谐波含量较少，谐波主要集中在载波频率整数倍附近。

变频器的基波频率记为fs；变频器的载波频率记为fc；

那么，N=fc/fs就是载波频率比。

对于SPWM调制的三相变频器中，当N为整数时，不含N-2次以下的谐波。

假设fs=50z，fc=2kHz，则N=40，变频器输出不含38次以下的谐波。

且谐波频率为kfc±mfs，其中ks=1,2,3,4,5,6,7....k1=1,2,4,5,7...

一般而言，变频器的负载是电机，电机为感性负载，可以较好的抑制高次谐波，因此，理论上，变频器的载波频率比越高，变频器的输出电流的谐波含量越少。

二、六脉整流变频器的输入电流、电压波形图

六脉整流变频器输入电流波形含有较大的谐波，其谐波主要为6k±1次，k为整数，且k≥1。类似的，12脉整流的输入电流的谐波主要为12k±1次，k为整数，且k≥1。

假设变频器未P脉整流，那么，变频器的输入电流中，不包含P-1次以下的谐波，其谐波主要为Pk±1次，k为整数，且k≥1。

三、变压器空载输入波形

上图为单相变压器的空载输入波形图，图中电流波形畸变较大，根据其形状特点，一般称为“尖顶波”，由右侧频谱可知，尖顶波的谐波主要为奇次谐波，谐波阶数越高，谐波含量越小。

四、定子叠频法热试验的叠频波

上图波形包含两种频率成分，分别为50Hz和40Hz，50Hz称为主电源，40Hz称为副电源。电压波形中，副电源幅值约为主电源的25%。

由于40Hz副电源的阻抗较低，电流波形中，其相对含量增大，波形波动变大。

按照电子式电流互感器的输出信号分类，可以分为以下两类：

1、模拟量输出型电子式电流互感器

大多数电子式电流互感器为模拟量输出型电子式电流互感器。

2、数字量输出型电子式电流互感器

国家标准GB/T20840.8-2007指出：将被测参量转变为数字量参数更为合理，原因在于对传统模拟量输出变送器的模拟量输出要求是基于有局限的常规技术，并非依据使用被测参量信息的设备的实际需要。

按国家标准GB/T20840.8-2007规定，电子式电流互感器可分为以下两类。

（1）测量用电子式电流互感器。在电力系统正常运行时，将相应电路的电流变换供给测量仪表、积分仪表和类似装置的电子式电流互感器。

（2）保护用电子式电流互感器。在电力系统非正常运行和故障状态下，将相应电路的电流变换供给继电保护和控制装置的电子式电流互感器。

根据IEC和GB/T标准，明确指出电子式电流互感器可分为以下几类：

（1）光学电流互感器。是指采用光学器件作被测电流传感器，光学器件由光学玻璃、全光纤等构成。传输系统用光纤，输出电压大小正比于被测电流大小。由被测电流调制的光波物理特征，可将光波调制分为强度调制、波长调制、相位调制和偏振调制等。

（2）空心线圈电流互感器。又称为Rogowski线圈式电流互感器。空心线圈往往由漆包线均匀绕制在环形骨架上制成，骨架采用塑料、陶瓷等非铁磁材料，其相对磁导率与空气的相对磁导率相同，这是空心线圈有别于带铁心的电流互感器的一个显著特征。

（3）铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT）。它是传统电磁式电流互感器的一种发展。其按照高阻抗电阻设计，在非常高的一次电流下，饱和特性得到改善，扩大了测量范围，降低了功率消耗，可以无饱和的高准确度测量高达短路电流的过电流、全偏移短路电流，测量和保护可共用一个铁心线圈式低功率电流互感器，其输出为电压信号。

1）高低压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性能，不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题。电磁互感器的被测信号与二次线圈之间通过铁芯耦合，绝缘结构复杂，其造价随电压等级呈指数关系上升。非常规互感器将高压侧信号通过绝缘性能很好的光纤传输到二次设备，这使得其绝缘结构大大简化，电压等级越高其性价比优势越明显。

2）没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险。非常规互感器的绝缘结构相对简单，一般不采用油作为绝缘介质，不会引起火灾和爆炸等危险。

3）动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽。电网正常运行时电流互感器流过的电流不大，但短路电流一般很大，而且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。非常规互感器有很宽的动态范围，可同时满足测量和继电保护的需要。

4）抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险。非常规互感器的高压侧和低压侧之间只存在光纤联系，信号通过光纤传输，高压回路与二次回路在电气上完全隔离，互感器具有较好的抗电磁干扰能力，低压侧无开路引起的高电压危险。

5）数据传输抗干扰能力强。电磁式互感器传送的是模拟信号，电站中的测量、控制和继电保护传统上都是通过同轴电缆将电气传感器测量的电信号传输到控制室。

6）体积小、重量轻。非常规互感器无铁芯，其重量较相同电压等级的电磁式互感器小很多。

备案信息

备案号：53963-2016

备案公告： 2016年第5号(总第197号) 。2100433B

光电互感器：包括有源型电子式电流互感器、无源磁光玻璃电子式电流互感器两种。

数字互感器有源型

有源型电子式电流互感器特点是一次传感器为空心线圈，高压侧电子器件需要由电源供电方能工作。其原理如图1所示：

数字互感器无源磁光玻璃型

无源磁光玻璃型电子式电流互感器特点是一次传感器为磁光玻璃，无需电源供电。其原理如图2所示：

优点：与传统的电磁感应式电流互感器相比，光电式电流互感器具有以下优点：

（1）优良的绝缘性能，造价低。电磁感应式电流互感器绝缘结构复杂，其造价随电压等级呈指数关系上升。在光电式电流互感器中，高压侧信息是通过由绝缘材料做成的玻璃光纤而传输到低压侧的，其绝缘结构简单，造价一般随电压等级升高呈线性地增加。

（2）不含铁心，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。光电式电流互感器运行暂态响应好、稳定性好，保证了系统运行的高可靠性。

（3）电磁感应式电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路高电压危险。由于光电式电流互感器的高压与低压之间只存在光纤联系，而光纤具有良好的绝缘性能，因此可保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离，低压侧没有因开路而产生高压的危险，同时因没有磁耦合，消除了电磁干扰对互感器性能的影响。

（4）暂态响应范围大，测量精度高。电网正常运行时，电流互感器流过的电流并不大，但短路电流越来越大。电磁感应式电流互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测量，并在一个通道同时满足高精度计量和继电保护的需要。光电式电流互感器有很宽的动态范围，一个测量通道额定电流可测到几十安培至几千安培，过电流范围可达几万安培。因此既可同时满足计量和继电保护的需要，又可免除电磁感应式电流互感器多个测量通道的复杂结构。

（5）频率响应范围宽。光电式电流互感器传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的渡越时间，实际能测量的频率范围主要决定于电子线路部分。现代光电式电流互感器的结构已经可以测出高压电力线路上的谐波。而电磁感应式电流互感器是难以进行这诸多方面工作的。

（6）没有因充油而产生的易燃、易爆炸等危险。光电式电流互感器绝缘结构简单，可以不采用油绝缘，在结构设计上就可避免这方面的危险。

（7）体积小、重量轻。光电式互感器的传感头本身的重量一般小于1KG。

（8）适应了电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的潮流。光电式电流互感器一般以数字量输出，这将最佳地适应日趋广泛采用的微机保护、电力计量数字化及自动化发展的潮流。

国际上德国的数字互感器发展的比较成熟。近几年来，随着国外光电互感器产品的出现，以及国内陆续安装试用国外光电互感器，光电互感器的开发受到了产业部门和企业的重视。据有关资料分析，我国的光电互感器产业的市场潜力可达每年20亿元以上，但目前国内还没有能够提供正规产品的企业，但是随着中国电谷等地的电力发展我们必定能够赶超世界电力技术尖峰。