提個問題：電流互感器二次側為什麼不能開路？

電流互感器，其工作原理和普通變壓器的工作原理基本相同，都是基於電磁感應定律而工作。

雖然工作原理相同，但它們在實際工作中依然有一定的區別。而最大的特點就在於，電流互感器在正常執行時，其二次側嚴禁開路。那麼，這是為什麼呢？

為了便於理解電流互感器二次側為什麼嚴禁開路，在這裡我先來給大家簡單講解一下電磁感應定律。

一、電磁感應定律的理解

給一個導線通以電流，它就會產生磁場，將導線繞起來，就成為了電感線圈，如下圖1-1所示。電感線圈和導線的區別在於，線圈產生的磁場比較強。我們可以這樣理解，把線圈中的每一圈看作一根導線，那麼繞有N匝的線圈就相當於有N根導線放到一起，所以一個線圈產生的磁場就相當於N根導線磁場的合成。

圖1-1

另外，如果讓線圈穿過鐵芯，由於鐵芯處於線圈磁場中被磁化（此時鐵芯產生了另一個附加磁場），就能獲得一個更強的磁場，這個磁場是由線圈本身電流所激發的磁場與鐵芯被磁化所產生的磁場疊加合成的。

儘管通電線圈能產生磁場，但這並不能說明線圈兩端就存在了電壓。在忽略線圈電阻的情況下，想要線圈兩端產生電壓，辦法很簡單，那就是改變線圈的磁通，不管線圈一開始否存在磁場。所謂改變線圈磁通，簡單來說，就是改變穿過線圈中心的磁場。

圖1-2

如上圖1-2所示，現有一個線圈，由於沒有通電，所以它本身沒有磁場，此時線圈磁通為零。若拿一個條形磁鐵靠近並穿過線圈，由於條形磁鐵周圍存在磁場，當磁鐵穿過線圈時，就相當於有磁場穿過線圈，線圈的磁通從零開始增大。此時由於線圈的磁通發生變化，所以線圈兩端就會產生電壓，若線圈與外電路接通，就會產生感應電流。

既然改變線圈的磁通可以產生電壓，那麼這個電壓到底有多大呢？這個問題的答案，法拉第和他的學生已經告訴我們了，沒錯，答案就是法拉第電磁感應定律。

圖1-3

如圖1-3所示，根據法拉第電磁感應定律，線圈兩端所產生的感應電壓（或感應電動勢）與線圈的匝數成正比，與穿過線圈的磁通變化率成正比。也許圖1-3的公式你看不懂，但這並不妨礙你們看懂我的文字解釋。

首先，感應電壓（或感應電動勢）與線圈的匝數成正比。這句話我們可以這樣理解：穿過一匝線圈的磁通發生變化，那麼這匝線圈兩端就會產生感應電壓u1，當有N匝線圈，此時整個線圈兩端產生的總感應電壓就相當於N匝線圈各自感應電壓的相加，即N個u1相加為N×u1。顯然，匝數也多，總電壓就越大。

其次，感應電壓（或感應電動勢）與穿過線圈的磁通變化率成正比。這裡說的是磁通變化率，所謂變化率，即變化的快慢，有變化才有快慢。顯然，當磁通不變時，其變化率就為零，此時線圈兩端也就沒有感應電壓。反之，若磁通變化非常快時，線圈兩端的感應電壓就會非常大。

以上，感應電壓有時候又用感應電動勢表示，兩者的區別僅在於正方向的不同，即電壓的方向和電動勢的方向相反，在公式中就表示為負號“-”。

知道了電磁感應定律後，我們再回到電流互感器的工作原理。

二、電流互感器的工作原理

由於電流互感器與變壓器工作原理基本相同，但執行狀態不同，為了便於理解，我們先來簡單理解普通變壓器工作原理。如下圖1-5所示為變壓器工作原理圖。

圖1-5

上文提到，線圈兩端的感應電壓正比於磁通變化率，但在變壓器中，其一次電壓（有效值）是固定的，基於電壓守恆（基爾霍夫電壓定律），顯然一次線圈的感應電壓也是固定的，在忽略損耗的情況下，感應電壓就等於一次電壓。

由於感應電壓固定，這就造成磁通變化率（包括磁通的振幅和頻率）也是固定的。換言之，磁通變化率由一次電壓決定，這裡的磁通就是主磁通。另外，當變壓器空載時（二次電流為零），鐵芯中這個變化的磁通僅一次電流產生的，這裡的一次電流就是勵磁電流，用於激勵主磁通。

當變壓器二次負載執行時，就有了二次電流。顯然，二次電流也會激發磁場，根據楞次定律，這個由二次電流產生的磁場會阻礙原磁場的變化。上文提到，鐵芯中的磁通變化率由一次電壓決定，也就是說，不管二次是否接有負載，鐵芯中的磁通變化率都應該保持不變。

綜上，為了保持鐵芯中的磁通變化率不變的同時，還要抵消二次電流產生的磁場影響，一次電流會隨之增大，此時一次電流就分為兩部分，其中增大的部分完全用於抵消二次電流的影響，而原本的部分依然用於激勵主磁通。

總結一下變壓器的工作原理，鐵芯中磁通變化率由一次電壓決定，由於一次電壓不變，所以磁通的振幅和頻率都不變，但一次電流隨著變壓器工作狀態的變化而變化。

同理，電流互感器也分一次線圈和二次線圈，其一次線圈就是穿過互感器的電源線，二次線圈串接儀表或繼電器的電流線圈，如下圖1-6所示。

圖1-6

顯然，此時一次線圈只有一匝，而二次線圈根據互感器的變比不同，匝數也各不相同。但不管怎麼說，區別於普通變壓器，電流互感器的一次電流是固定的（這裡的固定是指一次電流不受互感器的影響，僅有電源側決定），不隨二次電流的變化而變化。

對於電流互感器而言，二次電流是隨一次電流的變化而變化的，這恰好與普通變壓器相反，所以電流互感器才能用於測量或監控一次電流。

三、電流互感器二次側為何嚴禁開路

根據上文，由於一次電流不受互感器影響，所以互感器二次側嚴禁開路。

當互感器在正常執行時，二次側接近由於短路狀態，二次電流和一次電流產生的磁場相互作用，如上圖1-7所示，為了便於理解，一次線圈繞多一圈。此時雖然一次電流比較大，其激發的磁場也比較強，但由於楞次定律，其大部分磁場被二次電流產生的磁場所抵消，所以鐵芯中的淨剩磁場並不大，根據電磁感應定律，一二次的電壓都不大。

然而，當電流互感器二次開路，由於一次電流不變，其激發的磁場也不變（比較大），此時二次電流為零，不能產生另一個磁場抵消一次電流所產生的磁場，換言之，一次電流全部用來勵磁，就會使得鐵芯磁通急劇增加，造成鐵芯損耗增大，鐵芯和繞組發熱等。同時，根據電磁感應定律，因為磁通的增大，二次側線圈將會出現峰值高達數千伏的高壓！這個高電壓很可能會損壞儀表，破壞二次繞組絕緣，危及人身安全。

(技成培訓網原創，作者：楊思慧，未經授權不得轉載，違者必究)

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