电流互感器
The Current Transformer
电流互感器产生的输出与一次侧绕组中流过的电流成正比，前提是一次侧保持恒定电压。
电流互感器（C.T.）是一种仪用互感器，其设计目的是在二次侧绕组中产生与一次侧被测电流成比例的交流电流。
电流互感器将高电流降至较低值，为使用标准电流表安全监测交流输电线路中的实际电流提供了方便。基本电流互感器的工作原理与普通电压互感器略有不同。
Typical Current Transformer
与前文讨论的电压或功率互感器不同，电流互感器的一次绕组仅由一匝或极少几匝构成。该一次绕组可以是单匝扁平导线、缠绕在铁芯上的重型导线线圈，或如图所示直接穿过中央孔的导体或母线。
由于这种布置，电流互感器常被称为“串联互感器”，因为一次绕组（匝数极少）始终与载流导体串联。
二次绕组则可能绕有大量匝数，缠绕在由低损耗磁性材料叠片而成的铁芯上。
该铁芯具有较大横截面积，以保证产生的磁通密度较低，从而可使用截面积更小的绕组导线，具体取决于需要将电流降多少倍，同时保持输出电流恒定，与所连负载无关。
二次绕组会将电流输出至短路（如电流表）或电阻性负载，直至二次侧感应电压升高到足以使铁芯饱和或因过高电压击穿而损坏为止。
与电压互感器不同，电流互感器的一次电流不依赖于二次侧负载电流，而是由外部负载控制。二次电流通常标定为标准的 1\mathrm{A}，对于一次电流等级较高者则标定为 5\mathrm{A}。
电流互感器有三种基本类型：绕组式、环形和母线式。
绕组式电流互感器（Wound Current Transformer）
其一次绕组与电路中承载被测电流的导体物理串联。二次电流的大小取决于互感器的匝比。
环形电流互感器（Toroidal Current Transformer）
无一次绕组。被测电流导线直接穿过环形互感器的窗口或孔洞。有些电流互感器采用“可分铁芯”设计，可在不停电的情况下打开、安装并闭合，无需断开被测电路。
母线式电流互感器（Bar-type Current Transformer）
以主电路的实际电缆或母线作为一次绕组，相当于单匝。它们与高压系统完全绝缘，通常通过螺栓固定在载流装置上。
电流互感器可以将电流水平从数千安培降至标准的已知比率输出电流，如 5\mathrm{A} 或 1\mathrm{A}，以满足正常运行要求。因此，由于它们与任何高压电力线路完全绝缘，可与体积小且测量精度高的仪表与控制装置配合使用。
电流互感器在多种计量场合中具有应用价值，例如与有功功率表、功率因数表、电度表、保护继电器配合使用，或用作磁力断路器（MCB）中的脱扣线圈。
电流互感器
Current Transformer
通常情况下，电流互感器与电流表配合使用，作为一对配套装置，其电流互感器的设计可使二次侧输出的最大电流正好对应电流表的满刻度偏转。
在大多数电流互感器中，一次侧电流与二次侧电流之间存在近似反比的匝比。这也就是为何电流互感器通常针对特定类型的电流表进行校准。
大多数电流互感器的二次额定电流为标准的 5\mathrm{A}，一次侧和二次侧的电流通常以如 \tfrac{100}{5} 的形式表示。这意味着一次电流是二次电流的 20 倍，因此当一次导体中流过 100\mathrm{A} 电流时，二次绕组中将流过 5\mathrm{A}。
例如， \tfrac{500}{5} 的电流互感器，当一次导体中有 500\mathrm{A} 电流时，二次侧将产生 5\mathrm{A} 电流，此时一次电流是二次电流的 100 倍。
通过增加二次绕组匝数 N_s，二次电流 I_s 可被降得远小于被测一次电路中的电流，因为随着 N_s 的增加， I_s 按比例减小。换句话说，一次侧和二次侧绕组的匝数与电流成反比。
电流互感器与其他变压器一样，必须满足安匝平衡方程；我们从双绕组电压互感器教程中知道，该匝比等于：
可得：
电流比决定了匝比。由于一次绕组通常由一匝或两匝组成，而二次绕组则可能有数百匝，因此一次侧与二次侧之间的匝比可以非常大。例如，假设一次绕组的额定电流为 100\,\mathrm{A}。
二次绕组的标准额定电流为 5\,\mathrm{A}。此时，一次侧与二次侧电流之比为 100\,\mathrm{A}:5\,\mathrm{A}，即 20:1。换句话说，一次电流是二次电流的 20 倍。
然而，需要注意的是，标称为 100/5 的电流互感器，并不等同于标称为 20/1 或 100/5 的等效细分比。这是因为“100/5”表示的是“输入/输出电流额定值”，而非一次电流与二次电流的实际比值。同样需注意，一次侧和二次侧的匝数与电流成反比。
但是，通过改变 CT 窗口中一次导体的穿过匝数（一次穿过等于一匝，穿过多次则相当于增加一次侧匝数），可以实现电流互感器匝比的较大变化。
例如，标称比为 300/5\mathrm{A} 的电流互感器，通过将主一次导体在互感器窗口内穿过两次或三次，可将其转换为 150/5\mathrm{A} 或 100/5\mathrm{A}的互感器。这样，高额定电流的电流互感器在小一次电流回路中也能为电流表提供最大输出电流。
Current Transformer Primary Turns Ratio
电流比决定匝比；由于一次绕组通常仅由一匝或两匝组成，而二次绕组可达数百匝，因此一次侧与二次侧之间的匝比可非常大。假设一次绕组额定电流为 100 A。
二次绕组标准额定电流为 5 A，则一次与二次电流之比为 100 A∶5 A，即 20∶1。换言之，一次电流是二次电流的 20 倍。
然而标称为 100/5 的电流互感器并不等同于标称为 20/1 或将 100/5 细分后的互感器，因为“100/5”表示输入/输出电流额定值，而非一次对二次电流的实际比值。同样，一次与二次绕组的匝数与电流成反比。
通过改变主导体在 CT 窗口内的穿过次数（一次穿过等于一匝，多次穿过等效于增加一次匝数），可大幅调节电流互感器的匝比。例如，将一次导体在窗口内穿过两次或三次，可将 300/5 A 的互感器转换为 150/5 A 或 100/5 A，从而使高额定电流的 CT 在小一次电流回路中也能提供满偏输出。
电流互感器示例 1
一台母线式电流互感器一次绕组 1 匝，二次绕组 160 匝，配合内阻为 0.2 Ω 的标准量程电流表使用。当一次电流为 800 A 时，要求电流表满偏。计算二次侧最大电流及电流表两端电压。
二次电流
电流表两端电压
由上可见，因二次侧直接接电流表（等效短路），在一次电流满载时，二次侧电压仅 1.0 V。
若拆除电流表，二次绕组等效开路，则互感器如同升压变压器，因无二次电流抵消磁通，二次铁芯磁化电流剧增，受二次漏抗影响，诱发高电压。
此时二次电压按匝比放大，即
例如，若将上述互感器用于对地电压 480 V 的三相线路，则
这种高电压产生的原因在于一次侧和二次侧绕组的每匝电压几乎相同，而由于
且 N_s 和 V_p 都是较大的数值，因此 V_s 会非常高。
因此，当一次侧有电流流过时，电流互感器绝不能开路或空载运行，就如电压互感器绝不应短路运行一样。如果要拆除电流表（或其他负载），应先在二次侧端子间并联一短路，以消除触电风险。
当二次侧开路时，变压器的铁芯会工作在高度饱和状态，且由于没有二次电流来抵消磁通，励磁磁通会急剧增加，导致二次侧产生异常高的电压。在上述简单示例中，此电压可达 76.8\mathrm{kV}.该高压可能损坏绝缘，或在意外触碰互感器端子时造成触电危险。
手持式电流互感器
Handheld Current Transformers
现在市面上有多种专用类型的电流互感器。一种流行且便携的，可用于测量电路负载的装置称为“卡钳表”，如下所示。
卡钳表可在带电导体周围开合，通过检测其周围的磁场来测量电流，无需断开或打开电路，即可在数字显示屏上快速读取测量值。
除了手持卡钳式电流互感器外，还有开口式电流互感器，其一端可拆卸，无需断开负载导体或母线即可安装。它们可用于测量 100\mathrm{A} 到 5000\mathrm{A} 的电流，窗口尺寸从 1'' 到超过 12''（ 25\mathrm{mm} 至 300\mathrm{mm}）。
电流互感器总结
总结来说，电流互感器（Current Transformer，简称 CT）是一种仪用互感器，用于通过磁介质将一次电流转换为二次电流。其二次绕组输出一个大幅降低的电流，可用于检测过流、欠流、峰值电流或平均电流等状态。
电流互感器的一次绕组始终与主导体串联，因此也被称为串联互感器。为了便于测量，二次额定电流通常为 1\mathrm{A} 或 5\mathrm{A}。结构上可采用单匝一次绕组（如环形、环圈或母线型），也可采用少量一次绕组线圈，通常适用于低电流比场合。
电流互感器旨在用作比例电流装置。因此，其二次绕组绝不应开路运行，就像电压互感器绝不应短路运行一样。
当带电的电流互感器二次侧开路时，会产生极高电压，因此在拆除电流表或在 CT 未使用并重新通电前，必须先在二次端子之间短接，以消除触电风险。
在下一节关于变压器的教程中，我们将探讨将三台独立变压器以星形或三角形接法连接在一起，形成用于三相供电的更大功率变压器——三相变压器。
附录
电压互感器内部
以下是几幅常见的电压互感器（VT/IVT/CVT）内部剖面图：
Pfiffner集团油浸式感应电压互感器剖面 显示了铁芯、一次绕组、二次绕组及油箱结构位置。
Inductive Voltage Transformers 原理图 标注了主绝缘套管、一次绕组、二次绕组、开口磁芯等主要部件。
电容电压互感器（CVT）结构示意 展示了高压电容分压器、中间激磁绕组及二次电压绕组的分布。
组合式CT/VT一体化互感器剖面 说明了在同一外壳内集成的电流互感器和电压互感器 部件分布。
电流互感器内部剖析图
下图展示了四种常见电流互感器（CT）的内部剖视示意：
图1：环形（Toroidal）电流互感器，单匝一次导体穿过铁芯中心，二次绕组多匝绕于外部 (savree.com)
图2：干式块式（Block Type）电流互感器，母线式一次导体（W1）与铸树脂铁芯和二次绕组（W2）整体浇注
图3：颠倒型（Inverted）电流互感器断面，标注了膨胀波纹管、油浸纸绝缘以及内部结构
图4：典型条形/绕组式（Bar/Wound）电流互感器构造示意，展示一次与二次绕组相对位置
主要部件说明
一次导体（Primary Conductor）
通常为粗铜排或母线，直接与被测电路串联，通过中心孔或环形铁芯作为一次绕组 (savree.com)
磁性铁芯（Magnetic Core）
由高磁导率硅钢片叠装或环氧树脂浇注块构成，用以集中并引导磁通 (savree.com)
二次绕组（Secondary Winding）
由大量细铜线绕制，匝数根据所需的电流比确定，输出标准 1 A/5 A 电流 (Basic Electronics Tutorials)
绝缘与支撑结构（Insulation & Support）
干式CT 内部绕组和铁芯常以环氧树脂（Cast Resin）或聚合物浇注，提升机械强度与绝缘等级 (Basic Electronics Tutorials)
油室及膨胀装置（Oil Chamber & Expansion Bellows）
油浸式CT顶部设有膨胀鼓管，补偿矿物油因温度变化产生的体积变化，保证密封可靠 (savree.com)
单词表
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本文翻译自 electronics-tutorials
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