高頻電流互感器在檢測中的應(yīng)用

張加衛(wèi)

摘 要：電流互感器作為實驗室和生產(chǎn)中的重要設(shè)備，在檢測工作中發(fā)揮了巨大作用。本文從電流互感器工作原理和檢測應(yīng)用方面作了一定闡述，同時對鉗式電流互感器在具體檢測工作中的應(yīng)用進行了介紹。鉗式電流互感器在電磁兼容實驗和電力檢測工作中都有著大量的實際應(yīng)用，這種形式的互感器在使用過程不需要與導(dǎo)線有電氣接觸，也不用改變被測系統(tǒng)的電路，可以在不打擾被測件正常工作或正常布置的狀態(tài)下進行復(fù)雜的導(dǎo)線系統(tǒng)、電子線路等的測量，極大的方便了檢測工作。

關(guān)鍵詞：鉗式電流互感器、電磁兼容、局部放電

一、鉗式電流互感器

電流互感器是一種互感器，其二次電流在正常使用條件下與一次電流成正比，而其相位差，在聯(lián)接正確時接近于零[1]。儀用電流互感器是在實驗室內(nèi)使用的一種電工儀器，也叫做精密電流互感器，一般都有多個電流比。本文介紹的互感器為儀表類電流互感器，以穿心固定變比的形式作為實驗系統(tǒng)的信號探頭或信號發(fā)生器工作，一般稱為鉗式電流互感器。鉗式電流互感器實質(zhì)是一個帶有環(huán)形磁芯的寬帶變壓器，這種環(huán)形磁芯可以自由開合，以被測導(dǎo)線作為母線（一次線圈）從互感器鐵心窗口中間穿過，根據(jù)實際需要，固化一定數(shù)量的二次線圈在電流互感器殼體中。在使用時，以被測導(dǎo)線充當(dāng)一匝的初級線圈，次級線圈則固化包含在電流探頭殼體中，能獲得以固定變比的變換后的電流信號。這些信號或為工頻，或為更高頻率。工作原理見圖1；

圖1 鉗式電流互感器原理

在工頻工作的電流互感器可以用于電參數(shù)測試等工作，更高頻率的電流互感器探頭也可稱為高頻電流互感器（HFCT），可以用于轉(zhuǎn)換所需要的電流信號，或依據(jù)工作要求，經(jīng)一定的阻抗變換成電壓信號顯示于信號處理器中。這些互感器以傳感器的形式廣泛的應(yīng)用于實驗室和現(xiàn)場檢測，如電磁兼容實驗中的部分實驗和局部放電的無損檢測。

二、在電磁兼容實驗中的應(yīng)用

在電磁兼容實驗中，電流互感器是一種將流過導(dǎo)線的電流成比例地轉(zhuǎn)換為電壓的耦合裝置，用于測量或注入干擾電流。在電磁兼容實驗也稱為電流鉗，電流鉗是由被注入信號的電纜構(gòu)成的二次繞組實現(xiàn)的電流變換器[2]。在頻率范圍的低端，電源阻抗變得很低，以致騷擾源成為一個電流發(fā)生器。因此就可以用電流互感器來測量這個電流，而無需中斷或拆開電源的接連。

電流鉗與電氣儀表用及電力系統(tǒng)用互感器有所區(qū)別，大多為寬帶型互感器，典型電流探頭的次級匝數(shù)為7到8匝，能獲得最寬頻率范圍和小于1歐姆的插入阻抗。工作頻率一般在100kHz到1000MHz范圍內(nèi)。適用于100 kHz以下頻段信號測量是多用工頻鐵磁性材料做磁芯；100kHz到400MHz頻率范圍內(nèi)信號采用鐵氧體磁芯；200到1000MHz頻段的信號一般不采用磁芯。這個裝置主要用于饋線或兩個單元之間整體電纜束耦合射頻信號。

電流互感器在電磁兼容試驗中的應(yīng)用如圖2所示。

三、在電力系統(tǒng)新興檢測手段中的應(yīng)用

在電力運行檢測中，電流互感器作為探頭廣泛應(yīng)用于電能參數(shù)檢測、局部放電在線檢測等日常工作。下面僅介紹探頭于局部放電的檢測應(yīng)用。

根據(jù)局部放電發(fā)生機理，高壓固體絕緣材料的局部放電在電氣接地系統(tǒng)中會產(chǎn)生數(shù)值很小的高頻電流分量。監(jiān)測這種信號可以很好發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣狀況。其原理是通過電流傳感器（穿心式高頻電流互感器）采集信號，然后利用光纖傳輸?shù)綖V波器、前置放大器，再進行信號轉(zhuǎn)換，最后到達設(shè)備信號處理中心。使用時將鉗式電流傳感器（電流互感器）套在被測導(dǎo)線上，通過導(dǎo)線和信號處理單元將該信號耦合至分析單元。如圖3所示：

圖3 利用電流互感器探頭的檢測系統(tǒng)工作原理

這種電流傳感器分為兩種類型：寬帶型電流傳感器和諧振型電流傳感器。寬帶型電流互感器亦稱自積分式電流互感器，它的二次繞組側(cè)并聯(lián)有一個積分電阻，其靈敏度較高。諧振型電流傳感器又稱窄帶型電流互感器、外積分式互感器，比之寬帶型具有較好的抗干擾性能，響應(yīng)頻率一般在100kHz-40MHz頻率范圍。

在電纜局部放電檢測中，電流探頭通過檢測阻抗接入到測量回路中來檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局放引起的脈沖電流信號來計算檢測結(jié)果。該方法是通過帶電運行電纜的檢測，無須激勵，直接測試高頻集膚效應(yīng)產(chǎn)生的高頻電流，通過集成化的軟件和硬件系統(tǒng)分析，得出局放活動的詳細狀況。

四、綜述

鉗式電流互感器在檢測中的廣泛使用極大的拓展了試驗設(shè)備的檢測范圍和使用環(huán)境。多種新興檢測手段以這種無損采集手段收集所需的檢測信號，也可用來對被測系統(tǒng)施加測試信號。作為檢測系統(tǒng)的信號采集部件和信號發(fā)生器件，尚未有國家規(guī)程對其性能和檢測作明確規(guī)定。筆者認為亟需法定檢測部門為其制定標(biāo)準(zhǔn)，積極開展性能檢測等工作。

參考文獻

1.GB/T 2900.15-1997（2004） 電工術(shù)語 變壓器、互感器、調(diào)壓器和電抗器

2.GB/T 17626.6-2008 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度