电流互感器一次侧与二次侧电流的相位关系确定及偏差因素分析
一、相位关系的确定原理
电流互感器基于电磁感应原理工作，其一次侧与二次侧电流的相位关系由以下因素共同决定：
电磁感应的相位特性
根据法拉第电磁感应定律，一次侧电流产生的交变磁通在二次侧绕组中感应出电动势，进而生成二次电流。理想情况下，二次电流应与一次电流相位相反（相差180°），且幅值成比例（由变比决定）。
减极性标注规则
电流互感器采用减极性标注时，一次侧极性端（L1）流入电流，二次侧极性端（K1）流出电流。此时，一、二次电流的磁通方向相反（相互抵消），但电气向量分析中相位关系被视为同相（即相位差为0°）。这种标注方式确保了测量和保护回路对相位同步的要求。
二、导致相位偏差的主要因素
实际运行中，相位关系可能因以下因素产生偏差：
励磁电流的电感性
励磁电流用于建立铁芯中的磁通，其支路呈现电感性，导致励磁电流滞后于磁通。
这一滞后使一次电流与二次电流的相位不完全相反，形成角度误差（δ）。通常，二次电流超前一次电流时，δ为正值。
铁芯的磁饱和效应
当一次电流过大（如短路电流）时，铁芯进入磁饱和状态，磁通的增大不再与一次电流成比例。
磁饱和导致励磁电流急剧增加，且波形畸变（非正弦波），破坏一、二次电流的线性比例关系，引发相位偏差。
二次回路阻抗（负载）
二次侧接入的仪表、继电器等负载阻抗（Z₂）增大时，二次电流减小，励磁电流相对增大。
励磁电流的增加进一步加剧磁通与电流的相位偏离，导致相位误差增大。
功率因数（cosφ）的影响
二次回路功率因数降低时，阻抗中的电抗分量（X）占比增加，导致电流相位滞后电压，间接影响一、二次电流的相位关系。
功率因数降低会使比差（幅值误差）增大，而角差（相位误差）减小，但整体误差仍可能扩大。
铁芯剩磁
铁芯在断电后可能残留磁性（剩磁），再次通电时剩磁与新磁通叠加，导致磁通波形畸变。
剩磁会改变励磁电流的相位，进而影响一、二次电流的相位关系。
电源频率变化
频率增加时，铁芯中的涡流损耗和磁滞损耗增大，导致励磁电流相位滞后加剧，相位误差先减小后增大。
频率变化还可能影响铁芯的磁导率，间接改变磁通与电流的相位关系。
三、相位偏差的影响与应对措施
对测量和保护的影响
相位偏差会导致功率、电能测量不准确（如电压与电流相位关系变化），保护装置误动或拒动。
例如，差动保护中相位偏差可能引发不平衡电流，导致保护误触发。
减小偏差的措施
优化设计：选用高磁导率、低剩磁的铁芯材料，减少磁阻和励磁损耗。
控制负载：确保二次回路阻抗不超过额定值，避免过载运行。
定期校准：通过标准电流源和仪表对电流互感器进行相位校准，修正误差。
避免磁饱和：选择额定电流合适的互感器，避免一次电流长期过载或短路。
