工業(yè)自動化系統是現代制造業(yè)的核心，而電流互感器在其中扮演著關鍵角色。從電動機保護到變頻器控制，從生產線監(jiān)控到設備診斷，電流互感器為工業(yè)自動化提供了可靠的電流測量與保護手段。與電力系統應用相比，工業(yè)環(huán)境具有負載變化頻繁、諧波含量高、環(huán)境條件惡劣等特點，對電流互感器的性能提出了特殊要求。本文系統闡述電流互感器在工業(yè)自動化領域的應用技術、選型要點和工程實踐。

二、工業(yè)環(huán)境特點與CT要求

.2.1 工業(yè)負載特性

工業(yè)負載具有以下特點：

2.2 對CT的特殊要求

基于上述特點，工業(yè)用CT需滿足：

三、電動機保護與監(jiān)控應用

3.1 電動機保護系統

在工廠配電系統中，每臺大功率電動機（通常≥15kW）均配置電流互感器，用于實現：

過載保護：熱繼電器或智能電動機保護器通過CT信號判斷過載。當電流超過設定值并持續(xù)一定時間，保護裝置動作，切斷電源。過載保護需考慮電動機的熱特性曲線，采用反時限特性。

短路保護：當發(fā)生相間短路或接地短路時，電流急劇增大，保護裝置瞬時動作。短路保護需與上級保護配合，避免越級跳閘。

缺相保護：三相電流不平衡超過設定值，保護裝置動作。缺相運行會導致電動機燒毀。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

通過CT信號，可實現對電動機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測：

電流顯示：在控制室或現場儀表盤顯示電動機電流，操作人員可直觀判斷負載情況。

運行狀態(tài)判斷：空載、輕載、滿載、過載等狀態(tài)可通過電流值判斷。

故障診斷：通過分析電流波形，可診斷以下故障：

3.3 工程配置方案

CT配置：

保護裝置選擇：

信號傳輸：

四、變頻器與軟啟動器應用

4.1 變頻器電流測量

變頻器是現代工業(yè)調速的核心設備，其輸入/輸出側均需電流互感器：

輸入側CT：

輸出側CT：

4.2 軟啟動器應用

軟啟動器通過控制晶閘管導通角實現電動機平滑啟動，CT用于：

電流反饋：實時監(jiān)測啟動電流，控制晶閘管導通角，實現恒流啟動或電壓斜坡啟動。

過流保護：檢測啟動過程中的過電流，保護電動機和軟啟動器。

運行監(jiān)測：啟動完成后，監(jiān)測運行電流。

4.3 技術要點

諧波影響：

變頻器輸出電流含豐富諧波，普通電磁式CT可能因諧波磁通導致飽和，測量誤差增大。解決方案：

高頻響應：

PWM波形的上升沿時間短（微秒級），CT需有足夠帶寬。普通工頻CT帶寬約100Hz-1kHz，無法準確測量PWM波形。需選擇：

安裝位置：

CT應盡量靠近被測量點，減少引線長度，降低干擾。輸出側CT應安裝在變頻器輸出端與電動機之間，避免電纜電容影響。

五、無功補償裝置應用

5.1 無功補償原理

工業(yè)系統中大量感性負載（電動機、變壓器）導致功率因數降低，需通過電容器補償無功功率。電流互感器在無功補償裝置中用于：

電流監(jiān)測：測量系統電流，計算無功功率，控制電容器投切。

過流保護：防止電容器過載。

諧波監(jiān)測：判斷系統諧波含量，避免諧振。

5.2 應用配置

CT安裝位置：

控制策略：

保護功能：

5.3 技術要點

諧波影響：

電容器對諧波有放大作用，可能引發(fā)諧振。CT需能準確測量諧波電流，為保護裝置提供信號。

投切涌流：

電容器投入時產生涌流，可達額定電流的幾十倍。CT需能承受涌流沖擊而不飽和。

環(huán)境要求：

無功補償柜通常安裝在配電室，環(huán)境溫度較高，CT需滿足高溫運行要求。

六、生產線監(jiān)控系統

6.1 設備狀態(tài)監(jiān)測

在自動化生產線上，通過CT監(jiān)測關鍵設備電流，實現：

設備啟停判斷：通過電流有無判斷設備是否運行

負載率監(jiān)測：通過電流大小判斷設備負載情況

能耗管理：統計設備耗電量，優(yōu)化生產調度

故障預警：電流異常波動預示設備故障

6.2 系統集成

CT信號通過以下方式集成到監(jiān)控系統：

PLC/DCS系統：CT信號經變送器轉換為標準信號，接入PLC/DCS模擬量輸入模塊

智能儀表：CT直接接入智能電流表，通過通信接口（如Modbus、Profibus）上傳數據

物聯網網關：CT信號經物聯網網關轉換為數字信號，通過無線或有線方式上傳至云平臺

6.3 應用案例

案例1：空壓機群控系統

通過CT監(jiān)測每臺空壓機電流，根據用氣量自動啟?？諌簷C，實現節(jié)能運行。

案例2：輸送線監(jiān)控

通過CT監(jiān)測輸送電機電流，判斷物料堵塞、皮帶打滑等故障。

案例3：注塑機監(jiān)控

通過CT監(jiān)測液壓泵電機電流，判斷注射壓力、保壓時間等工藝參數。

七、選型與安裝技術

7.1 選型要點

準確度等級：

變比選擇：

一次額定電流為最大工作電流的1.2-1.5倍。電動機應用需考慮啟動電流，變頻器應用需考慮諧波峰值。

額定負載：

二次回路阻抗應在CT額定負載范圍內。工業(yè)環(huán)境二次線可能較長，需計算線路電阻。

防護等級：

根據安裝環(huán)境選擇：

7.2 安裝技術要求

一次導體位置：

導體應位于CT中心，偏心誤差<1%。在母線排上安裝時，需使用專用夾具。

安裝方向：

戶外安裝應垂直安裝，防止雨水積聚。振動環(huán)境需加固安裝。

二次回路：

屏蔽與接地：

信號線采用屏蔽雙絞線，屏蔽層單點接地。在變頻器附近，電磁干擾強，需加強屏蔽。

7.3 調試與維護

極性檢查：

采用直流法或交流法檢查極性，確保保護、控制回路極性正確。

誤差測試：

使用互感器校驗儀測試變比誤差、角差。工業(yè)用CT精度要求可適當放寬，但保護用CT必須滿足10%誤差要求。

帶負荷測試：

設備運行后，測量二次電流，驗證變比和相序。

定期維護：

八、常見問題與處理

8.1 CT飽和問題

現象：保護誤動或拒動，測量值偏小

原因：

8.2 測量誤差大

現象：電流顯示值與實際值偏差大

原因：

8.3 干擾問題

現象：信號波動、跳變

原因：變頻器、大功率設備電磁干擾

處理：

九、發(fā)展趨勢

9.1 智能化CT

智能CT內置微處理器，具備：

9.2 高頻響應CT

隨著開關頻率提高，對CT帶寬要求越來越高，高頻CT（帶寬達數百kHz）需求增加。

9.3 集成化方案

CT與保護裝置、監(jiān)控裝置集成設計，減少接線，提高可靠性。

9.4 無線傳輸

采用無線CT，通過無線方式傳輸信號，簡化布線。

十、結語