如何正确选择及使用电流互感器1_20200118171830

1. 前言浅谈如何正确选择及使用电流互感器近几年来，随着我国电力工业中城网及农网的改造，以及供电系统的自动化程度不断提高，电流互感器作为电力系统的一种重要电气设备，已被广泛地应用于继电保护、系统监测和电力系统分析之中。电流互感器作为一次系统和二次系统间联络元件，起着将一次系统的大电流变换成二次系统的小电流， 用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行参数和故障情况， 使测量仪表和继电器等二次侧的设备与一次侧高压设备在电气方面隔离，以保证工作人员的安全。同时，使二次侧设备实现标准化、小型化，结构轻巧，价格便宜，便于屏内安装， 便于采用低压小截面控制电缆， 实现远距离测量和控制。 当一次系统发生短路故障时， 能够保护测量仪表和继电器等二次设备免受大电流的损害。 下面就有关电流互感器的选择和使用作一浅薄探讨，以飨各位读者朋友。2 电流互感器的原理互感器，一般W1 W2，可见电流互流感器为一“变流”器，基本原理与变压器相同，工作状况接近于变压器短路状态，原边符号为L1、 L2，副边符号为K1、K2。互感器的原边串接入主线路， 被测电流为I1 ，原边匝数为W1，副边接内阻很小的电流表或功率表的电流线圈，副边电流为I2 ，副边匝数为W2。原副边电磁量及规定正方向由电工学规定。由原理可知，当副边开路时，原边电流I1 中只有用来建立主磁通 m的磁化电流I0 ，当副边电流不等于零时， 则产生一个去磁磁化力 I2W1，它力图改变 m，但 U1 一定时， m是基本不变的， 即保持 I0W1 不变，因为 I2 的出现， 必使原边电流 Il 增加，以抵消 I2W2 的去磁作用，从而保证 I0W1 不变，故有：I 1W1=I 0 W1+(-I2W2)(1)即 I0=I1+W 2I 2/ W1(2)在理想情况下，即忽略线圈的电阻，铁心损耗及漏磁通可得：I 1W1 I2W2有： Il I2 W2W13 电流互感器的选择3 1 电流互感器选择与检验的原则1) 电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压；2) 根据一次负荷计算电流IC 选择电流互感器变化；3) 根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；4) 校验动稳定度和热稳定度。3 2 电流互感器变流比选择电流互感器一次额定电流I1n 和二次额定电流I2n 之比， 称为电流互感器的额定变流比，KiI1n I2n N2 N1。式中， N1和 N2 为电流互感器一次绕组和二次绕组的匝数。电流互感器一次侧额定电流标准比( 如 20、30、40、50、75、100、150(A) 、2Xa C)等多种规格，二次侧额定电流通常为1A 或 5A。其中 2Xa C 表示同一台产品有两种电流比，通过改变产品顶部储油柜外的连接片接线方式实现，当串联时，电流比为a c，并联时电流比为 2XaC。一般情况下，计量用电流互感器变流比的选择应使其一次额定电流I1n不小于线路中的负荷电流( 即计算 IC) 。如线路中负荷计算电流为350A，则电流互感器的变流比应 选择 4005。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。表 1 电流互感器准确级和误差限值3 3 电流互感器准确度选择及校验所谓准确度是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大误差。我国电流互感器的准确度和误差限值如表1 所示，对于不同的测量仪表，应选用不同准确度的电流互感器。准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准度为0 2 0 5 级；用于监视各进出线回路中负荷电流大小的电流表应选用1 03 0 级电流互感器。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷( 伏安) ，互感器二次负荷S2 不大于额定负荷S2n， 所选准确度才能得到保证。准确度校验公式：S2 S2n。二次回路的负荷l ：。取决于二次回路的阻抗Z2 的值，则：2S2 I 2n Z2 I 2n2( Zi + RWl+RXC)或 S2V1 Si+I 2n2(RWl+RXC)式中， Si 、Zi 为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷和阻抗，RXC为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0 1， RWL为二次回路导线电阻，计算公式化为：RWL LC (r S) 。式中，r 为导线的导电率， 铜线 r 53m ( mm2)，铝线 r 32m( mm2，) S为导线截面积 (mm2)，LC 为导线的计算长度(m) 。设互感器到仪表单向长度为L1， 则：L1 互感器为星形接LCL1 两相 V 形接线2L1 一相式接线继电保护用的电流互感器的准确度常用的有5P 和 l0P 。保护级的准确度是以额定准确限值一次电流下的最大复合误差 %来标称的 ( 如 5P 对应的 % 5%)。所谓额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数(n I1 I1n) ，也称为额定准确限值系数。即要求保护用的电流互感器在可能出现的范围内，其最大复合误差不超过 %值。电流互感器 %误差曲线校验步骤：(1) 按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数；(2) 根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数，在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷；(3) 按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型，计算电流互感器的实际二次负荷；(4) 比较实际二次负荷与允许二次负荷。如实际二次负荷小于允许二次负荷，表示电流互感器的误差不超过10%误差：1) 增大连接导线截面或缩短连接导线长度，以减小实际二次负荷；2) 选择比较大的电流互感器，减小一次电流倍数，增大允许二次负荷；3) 将电流互感器的二次绕组串联起来，使允许二次负荷增大一倍。3 4 电流互感器动稳定度和热稳定度校验厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes 和热稳定倍数Kt，因此按下列公式分别校验动稳定和热定度即可。1) 动稳定度校验Kes I1N iSh ；2) 热稳定度校验(KtI1n)2tI(3) tima式中， t 为热稳定电流时间。4 电流互感器的正确使用1) 电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载串联；2) 按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故；3) 二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流I1 全部成为磁化电流，引起m和 E2骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈；同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。另外，二次侧开路使E2 达几百伏，一旦触及造成触电事故。因此，电流互感器二次侧都备有短路开关，防止一次侧开路。如图l中 K0，在使用过程中，二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停车处理。一切处理好后方可再用。4) 为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均设具有 2 8 个二次绕阻的电流互感器。对于大电流接地系统， 一般按三相配置；对于小电流接地系统， 依具体要求按二相或三相配置；5) 对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如： 若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中；6) 为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧；7) 为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少， 串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2 次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。目录 隐藏 测量用电流互感器保护用电流互感器使用注意事项互感器原理接线方式 作用选择使用测量用电流互感器保护用电流互感器使用注意事项互感器原理接线方式 作用选择使用产品选用指南施工、安装要点 编辑本段 测量用电流互感器电流互感器在测量 交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国 规定电流互感器的二次额定为5A 或 1A ），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。正常工作时互感器二次侧处于近似短路状态，输出电压很低。在运行中如果二次绕组开路或一次绕组流过异常电流（如雷电流 、谐振过电流、电容充电电流、电感启动电流等），都会在二次侧产生数千伏甚至上万伏的过电压。这不仅给二次系统绝缘造成危害，还会使互感器过激而烧损，甚至危及运行人员的生命安全。电流互感器1 次侧只有1 到几匝，导线截面积大，串入被测电路。2 次侧匝数多, 导线细 , 与阻抗较小的仪表( 电流表 / 功率表的电流线圈)构成闭路。电流互感器的运行情况相当于2 次侧短路的变压器，忽略励磁电流，安匝数相等I1N1=I2N2电流互感器一次绕组电流I1 与二次绕组I2 的电流比，叫实际电流比I1/I2=N2/N1=k 。励磁电流是误差的主要根源。测量用电流互感器的精度等级0.2/0.5/1/3,1表示变比误差不超过1% ，另外还有0.2 S和 0.5S级。保护用电流互感器的精度等级5P/10P， 10P标示复合误差不超过10% 。 编辑本段 保护用电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电保护用电流互感器路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准确限值系数，3 、足够的热稳定性和动稳定性。保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P 、10P ，表示在额定准确限值一次电流时的允许误差5% 、10%线路发生故障时的冲击电流产生热和电磁力，保护用电流互感器必须承受。二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒内能承受而无损伤的一次电流有效值，称额定短时热电流。二次绕组短路情况下，电流互感器能承受而无损伤的一次电流峰值，称额定动稳定电流。保护用电流互感器分为：1 、过负荷保护电流互感器，2 、差动保护电流互感器，3 、接地保护电流互感器（零序电流互感器） 编辑本段 使用注意事项电流互感器运行时，副边不允许开路。原因如下：1 、电流互感器一次被测电流磁势I1N1在铁芯产生磁通1；2 、电流互感器二次测量仪表电流磁势I2N2在铁芯产生磁通2；3 、电流互感器铁芯合磁通： =1 +2；4 、因为1、 2方向相反，大小相等，互相抵消，所以 =0 ；5 、若二次开路，即I2=0，则： =1，电流互感器铁芯磁通很强，饱和， 铁心发热，烧坏绝缘，产生漏电；6 、若二次开路，即I2=0，则： =1， 在电流互感器二次线圈N2 中产生很高的感生电势e ，在电流互感器二次线圈两端形成高压，危及操作人员生命安全；7 、电流互感器二次线圈一端接地，就是为了防止高压危险而采取的保护措施；因此，电流互感器副边回路中不许接熔断器，也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器 等设备。 编辑本段 互感器原理在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大 多数是安培级的（如5A 等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V 、 4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。（ “仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程 。）微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1 接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2 接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。微型电流互感器一次绕组电流I1 与二次绕组I2 的电流比，叫实际电流比K 。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn 表示。Kn=I1n/I2n微型电流互感器大致可分为两类，测量用电流互感器和保护用电流互感器。 编辑本段 接线方式电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形（图4a 、 b、 c ）。电流互感器电流互感器接线方式电流互感器接线方式额定变比和误差互感器的额定变比KN 指电压互感器的额定电压比和电流互感器的额定电流比。前者定义为原边绕组额定电压U1N与副边绕组额定电压U2N之比； 后者则为额定电流I1N 与 I2N 之比。即KN U1N/U2N（对电压互感器）KN I1N/I2N（对电流互感器）电压（或电流）互感器原边电压（或电流）在一定范围内变动时, 一般规定为0. 85 1.15U1N（或 10 120%I1N） , 副边电压（或电流）应按比例变化,而且原、副边电压 (或电流 )应该同相位。但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差，分别称为比差和角差。比差为经折算后的二次电压（或二次电流）与一次电压（或一次电流）量值大小之差对后者之比，即fU为电压互感器的比差，fI为电流互感器的比差。当KNU2U1 （或 KNI2I1）时，比差为正，反之为负。对没有采取补偿措施的电压互感器，比差为负，角差一般为正值，比差的绝对值和角差均随电压的增大而减小；铁心饱和时，比差与角差均随电压的增大而增大。对于没有采取补偿措施的电流互感器，比差为负值，角差为正值，比差的绝对值和角差均随电流增大而减小。采用补偿的办法可以减小互感器的误差。一般通过在互感器上加绕附加绕组或增添附加铁心，以及接入相应的电阻、电感、电容元件来补偿。常用的补偿法有匝数补偿、分数匝补偿、小铁心补偿、并联电容补偿等。 编辑本段 作用电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A 的电流。 编辑本段 选择户外型电流互感器1 电流互感器选择与检验的原则1) 电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压；2) 根据一次负荷计算电流IC 选择电流互感器变化；3) 根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；4) 校验动稳定度和热稳定度。2 电流互感器变流比选择电流互感器一次额定电流I1n 和二次额定电流I2n 之比，称为电流互感器的额定变流比，Ki I1n I2nN2 N1 。式中， N1 和 N2 为电流互感器一次绕组和二次绕组的匝数。电流互感器一次侧额定电流标准比（如20 、 30 、 40 、 50 、75 、100 、 150(A) 、2 Xa C ）等多种规格，二次侧额定电流通常为1A 或 5A 。其中2Xa C 表示同一台产品有两种电流比，通过改变产品顶部储油柜外的连接片接线方式实现，当串联 时，电流比为a c，并联时电流比为2Xa C 。一般情况下，计量用电流互感器变流比的选择应使其一次额定电流I1n 不小于线路中的负荷电流（即计算IC ）。如线路中负荷计算电流为350A ，则电流互感器的变流比应选择400 5 。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。表 1电流互感器准确级和误差限值3 电流互感器准确度选择及校验电流互感器准确级和误差限值所谓准确度是指在规定的二次负荷 范围内，一次电流为额定值时的最大误差。中国电流互感器的准确度和误差限值如表1 所示，对于不同的测量仪表，应选用不同准确度的电流互感器。准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准度为0 2 0 5 级；用于监视各进出线回路中负荷电流大小的电流表应选用1 0 3 0 级电流互感器。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷（伏安），互感器二次负荷 S2 不大于额定负荷S2n ，所选准确度才能得到保证。准确度校验公式：S2S2n。二次回路的负荷l：取决于二次回路的阻抗Z2 的值，则：S2 I2n2 Z2 I2n2（ Zi +RWl+RXC） 或 S2V1 Si+I2n2（ RWl+RXC）式中， Si 、 Zi 为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷和阻抗，RXC为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0 1， RWL为二次回路导线电阻，计算公式化为：RWL LC （ r S ）。式中， r 为导线的导电率，铜线r 53m （ mm2 ），铝线r 32m （ mm2 ），S 为导线截面积（mm2 ）， LC 为导线的计算长度（m ）。设互感器到仪表单向长度为 L1 ，则：L1 互感器为星形接LC L1 两相 V 形接线2L1 一相式接线继电保护用的电流互感器的准确度常用的有5P 和 l0P 。保护级的准确度是以额定准确限值一次电流下的电流互感器最大复合误差%来标称的（如5P 对应的% 5% ）。所谓额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数（n I1 I1n ），也称为额定准确限值系数。即要求保护用的电流互感器在可能出现的范围内，其最大复合误差不超过%值。电流互感器%误差曲线校验步骤：(1) 按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数；(2) 根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数，在10% 误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷；(3) 按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型，计算电流互感器的实际二次负荷；(4) 比较实际二次负荷与允许二次负荷。如实际二次负荷小于允许二次负荷，表示电流互感器的误差不超过10% 误差：1) 增大连接导线 截面或缩短连接导线长度，以减小实际二次负荷；2) 选择比较大的电流互感器，减小一次电流倍数，增大允许二次负荷；3) 将电流互感器的二次绕组串联起来，使允许二次负荷增大一倍。4 电流互感器动稳定度和热稳定度校验厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes 和热稳定倍数Kt ，因此按下列公式分别校验动稳定和热定度即可。1) 动稳定度校验KesI1NiSh ；2) 热稳定度校验(KtI1n)2tI(3) tima 式中， t 为热稳定电流时间 。 编辑本段 使用1） ）电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载串联；电流互感器2） ）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故；3） ）二次侧绝对不允许开路 ，因一旦开路，一次侧电流I1 全部成为磁化电流，引起 m和 E2 骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈；同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。另外，二次侧开路使E2 达几百伏，一旦触及造成触电事故。因此，电流互感器二次侧都备有短路开关，防止一次侧开路。如图l 中 K0 ，在使用过程中，二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停车处理。一切处理好后方可再用。4） ）为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需要，在发电机 、变压器 、出线、 母线 分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均设具有 2 8 个二次绕阻的电流互感器。对于大电流接地系统，一般按三相配置；对于小电流接地系统，依具体要求按二相或三相配置；5） ）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如：若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中；6) 为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧；7) 为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障， 用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。 编辑本段 产品选用指南工作原理电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，避免直接测量电流互感器线路的危险。电流互感器是升压(降流 )变压器，它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。名词解释额定工作电压，互感器允许长期运行的最高相同电压有效值。额定一次电流，作为互感器性能基准的一次电流值。额定二次电流，作为互感器性能基准的二次电流值，通常为5A 或 1A 。额定电流比，额定一次电流与额定二次电流之比。选用要点（ 1 ）额定电流（一次侧）应为线路正常运行时负载电流的1.0 1.3 倍。（ 2 ）额定