技術指南: 電流互感器（CT）精度、風險評估與實驗室驗證

Agenda:

為何 CT 精度驗證攸關系統安全與計量可靠性?

在電力計量與保護系統中，電流互感器（Current Transformer, CT）是將一次側高電流轉換為可量測二次電流的關鍵元件，其量測精度與穩定性直接影響計費準確性與保護系統是否能在故障條件下正確動作。

CT 若未經符合 IEC 61869-2 或 UL 要求之認證實驗室驗證，其比差（Ratio Error）與相位差（Phase Displacement）可能在實際運行條件下偏離標稱值。這類偏移在正常負載下或許不易察覺，但在低負載、重負載或短路故障條件下，可能對計量結果或繼電保護判斷造成實質影響。

因此，CT 的性能評估不應僅依賴額定規格，而需透過系統化的實驗室量測，確認其在實際應用條件下是否符合標準要求。

CT 的精度表現與其磁芯材料密切相關。常見材料包括矽鋼片、奈米晶合金及高導磁材料，不同材料在磁導率、飽和磁通密度與損耗特性上皆有所差異。這些特性將影響勵磁電流大小、飽和行為以及在高電流或瞬態條件下的穩定性。

繞組配置、匝數設計與導線阻抗，會直接影響 CT 在不同二次負擔（Burden）下的線性度與比差表現。即使在相同額定規格下，不同負擔條件仍可能導致量測誤差變化，因此實際負載情境必須納入驗證範圍。

計量用 CT 需在極寬的電流範圍內維持穩定精度。實驗室驗證通常涵蓋 1% 至 120% 額定電流，以確認在低電流與接近額定上限時的量測可靠度。

驗證重點包括：

這些量測有助於確保計量系統在實際使用條件下維持可預期的準確性。

保護用 CT 的設計重點在於高故障電流條件下的可靠性。其核心指標為複合誤差是否符合準確限值係數（Accuracy Limit Factor, ALF）的要求。

透過伏安特性（V–I Curve）測試，可量測拐點電壓（Knee Point Voltage），以評估磁芯進入飽和區前的裕量。此數據有助於確認 CT 在短路故障電流下，仍能提供未失真的二次側電流。

若 CT 在故障條件下過早進入飽和，二次側電流波形將產生畸變，可能導致差動保護或過電流保護繼電器拒動或延遲動作，增加系統風險。

若保護用 CT 設計裕量不足，或未經 ALF 驗證，在高倍數短路電流下可能進入磁芯飽和區，造成二次電流失真，使繼電器無法正確反映一次側狀態，導致拒動或延遲動作，最終可能造成變壓器或斷路器損壞。

在長期運行中，環境溫度變化與諧波干擾會影響勵磁電流。未經驗證的 CT，其比差可能隨溫度上升而產生約 0.5%–2.0% 的漂移，進而影響計量精度。在光纖 CT 或電子式 CT 中，若溫控電阻或電路未經老化測試，偏移現象可能更嚴重，直接影響電力計量精度。

CT 二次側嚴禁開路。一旦開路，一次側電流將完全轉化為勵磁電流，使磁芯迅速飽和，並在二次側產生高達數千伏的感應電壓

可能導致瞬間擊穿絕緣，損壞控制盤並危及運維人員安全。

認證實驗室透過高精度標準 CT、數位式互感器校驗儀、負載箱、標準功率源與電阻量測設備，能系統性地驗證以下項目：

設備名稱	功用
HS-30G2 精密電流互感器	作為標準比較源，提供高精度參考電流（誤差 0.02 級），用於測量被測 CT 的比率誤差與相位差。
HES-1Cx 型數字式互感器校驗儀	綜合測試 CT 的伏安特性、變比、極性與二次電阻，自動計算 10% 誤差曲線與準確限值係數（ALF）。
FY49 型電流互感器負載箱	模擬二次負載（2.5–60 VA），驗證 CT 在不同負荷下的精度保持能力，並可自動切換測試點。
STR1060A 單相標準功率源	提供穩定測試電流與電壓（精度 0.05%），用於變比與誤差測試。
ZX21 型直流多值十進制電阻箱	精準測量二次繞組電阻，解析度達 0.001 Ω，確保絕緣與接觸良好。
功率計 AWE2101C-UR	測量功率、電流與電壓，驗證能量轉換效率與線性度。
8808A 萬用表	輔助測量功率、電流與電壓，確認測試結果的準確性與可靠性。
YG-108 空芯線圈圈數測試儀	檢測 CT 一次與二次繞組匝數，確認變比設計正確。

透過上述設備的組合應用，實驗室能完整覆蓋 CT 的比率精度、相位偏差、負載影響與設計一致性，為後續計量與保護系統提供可重複且可靠量測的整合依據。

電流互感器在電力系統中同時承擔計量與保護功能，其精度與可靠性直接影響系統運行安全與計費結果。透過理解 CT 的精度等級、磁特性與潛在風險，並結合認證實驗室的系統化驗證流程，工程師與設計決策者能在設計與整合階段做出更穩健的技術判斷，為電力系統的長期運行提供可靠保障。

2026-01-28