电流互感器培训课件.doc

DHT1 内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材电流互感器第一节 概 述电流互感器是电力系统中供测量仪表、继电保护和自动装置等二次设备获取相关电气一次设备回路信息的传感器。电流互感器将大电流按比例变成小电流（5、1、0.5A），其一次侧接在一次系统，二次侧接二次系统。通常，测量仪表与继电保护和自动装置工作状态不同，分别接在电流互感器不同的二次回路中。电流互感器的作用是：（1）使高压装置与测量仪表和继电器在电气方面很好的隔离，保证工作人员的安全。（2）使测量仪表和继电器标准化和小型化，并可采用小截面电缆进行远距离测量。（3）当电路上发生短路时，保护测量仪表的电流线圈，使它不受大电流的损害。（4）能使用简单而经济的标准化仪表和继电器，并使二次回路接线简单。为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地。以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。第二节 电磁式电流互感器一、电磁式电流互感器的工作原理 图71 电流互感器原理接线图1电流互感器铁芯2次绕组3二次绕组4电流表 5电流继电器 6用电负荷电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器（以下简称电流互感器，用TA表示）。它的工作原理与变压器相似，其原理接线如圈7l所示。其特点有：（1）一次绕组串联在被测电路中，匝数很少。一次绕组中的电流完全取决于被测电路的电流，而与二次电流无关。（2）二次绕组匝数多，且所串联的仪表或继电器的电流线圈阻抗很小，所以正常运行时，电流互感器接近于在短路状况下工作。二、电流互感器的误差电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定变（流）比Ki ，可表示为Ki=IN1/IN2N2/N1I1/I2（71）式中 N1、N2：二次绕组匝数电流互感器的等值电路和简化相量图如图72所示。根据磁通势平衡原理IIN1+I2N2I0N1 （72）可看出，由于铁芯中产生磁通，铁芯的发热和交变励磁以及二次绕组和二次回路导线的发热，电流变换消耗能量，使一次电流I1与I2在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差。这种误差通常用电流误差和相位误差表示。电流误差，由二次绕组测得的一次电流近似值kiI2与一次电流实际值II之差，对一次电流实际值的百分比，称为电流误差，即fi(KiI2I1)/I1 100% （73）并规定KiI2I1时，电流误差为正，反之为负。相位误差。二次电流I2旋转180后与一次电流Il的夹角i称为角误差，并规定I2超前I1时，i为正值；反之为负值。将式（7l）代入式（73），则fi（I2N2I1N1）/I1N1100% （74）式（74）中I2N2及I1N1只表示其绝对值的大小，当I1N1大于I2N2时，电流误差为负；反之为正。从相量图可知I2N2I1N1obodbd，当i很小时，bdbc，则fi（I0N1/I1N1）sin（+）100% （75）isini （I0N1/I1N1）cos（+）3440 （76）图72 电流互感器(a)等值电路, （b）简化相量图2 Z2L功率因数角；二次总阻抗角；铁芯合成磁通；超前E2 90；铁芯损耗角；I0NI励磁磁通势式（75）和式（76）表明电流互感器的误差可用励磁磁通势I0N1表示。I0N1为电流互感器绝对误差，I0N1/I1N1表示的是相对误差。当相量图中的I0N1用I0N1/I1N1表示时，则I0N1/I1N1在横轴上的投影就是电流误差，I0N1I1N1在纵轴上的投影就是相位误差。电流误差和相位误差的正负号可由图72（b）中以O点为原点所选择的直角坐标系来确定。三、电流互感器的准确级和额定容量1电流互感器的准确级图73 电流互感器10%误差曲线准确级代表电流互感器测量的准确程度。电流互感器准确级就是在规定的二次负荷范围内，一次电流在额定值附近时的最大误差限值。电流互感器的误差大小，集中反映在励磁电流I0的大小，而I0 的大小除与电流互感器的铁芯材料、结构有关外，还与一次电流及二次负荷有关。电流互感器误差曲线如图73所示，根据测量时误差的大小，电流互感器划分为不同的准确级。我国电流互感器准确级和误差限值如表71所示。2.电流互感器的额定容量电流互感器的额定容量SN2是指电流互感器在额定二次电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量 SN2= I2N2ZN2由于电流互感器的二次电流为标准值（5A或1A），故其容量常用额定二次阻抗来表示。表71 电流互感器准确级和误差极限准确级次一次电流为额定电流的百分数（%）误差极限二次负荷变化范围电流误差（%）相位误差（）0.210201001200.50.350.2201510（0.251）SN20.5102010012010.750.56045301102010012021.5112090603501203不规定（0.51）SN23保护型准确级保护用电流互感器按用途可分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）两类。稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P。保护级的准确级是以额定准确限值一次电流的最大复合误差来标称的，所谓额定准确限值一次电流是一次电流为额定一次电流的倍数。也称为额定准确限值系数。图73所示为在保证电流误差不超过10%的条件下，一次电流的倍数n（I1/IN1）与允许最大二次负载阻抗Z2L的关系曲线。四、电流互感器二次侧开路的影响电流互感器正常工作时二次侧接近于短路状态，当Z2L=，即二次绕组开路，电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，I20，励磁磁通势由正常为数甚小的I0N1骤增为I1N1，由于二次绕组感应电动势是与磁通的变化率d/dt成正比的，因此，二次绕组将在磁通过零前后，感应产生很高的尖顶波电动势，如图74所示，其值可达数千甚至上万伏（与电流互感器额定互感比及开路时一次电流值有关）将危及工作人员人身安全、损坏仪表和继电器的绝缘。由于磁感应强度骤增，会引起铁芯和绕组过热。此外，在铁芯中还会产生剩磁，使互感器准确级变低。因此，当电流互感器一次绕组通有（或可能出现）电流时，二次绕组是不允许开路的。五、电流互感器二次侧必须一点接地。 电流互感器二次接地的目的是为了防止一、二次侧之间绝缘击穿时造成人身和设备的损伤。电流互感器只允许有一个接地点，对于差动保护电流回路则在配电装置箱内经端子排接地。为什么不能多点接地呢？因为多点接地会形成分路，易使继电保护拒绝动作，如果电流互感器端子箱处已接地（a点），继电器附近的保护盘端子排上再有接地点（b点）恰巧b点又在继电器线圈另一侧的话，则继电器线圈的电流被两个接地点形成回路分流，使流过继电器线圈的电流减小，故障时有可能动作不了。六、电流互感嚣的分类和结构1电流互感器的分类（1）按安装地点分为户内式和户外式。35KV以下电压级一般为户内式。（2）按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节省穿墙套管；支持式，安装在平面或支柱上；装入式，套在35KV及以上变压器或多油断路器油箱内的套管上，故也称套管式。（3）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式和气体绝缘式。干式的适合于低压户内使用；浇注式用环氧树脂作绝缘；适合于35KV及以下电压级户内用；油浸式多用于户外型设备；气体绝缘式通常用空气、六氟化硫作绝缘，特别是六氟化硫气体绝缘适用于高电压等级。（4）按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式。单匝式又分为本身没有一次绕组（如母线型、套管型或钳型）和有一次绕组（如一次绕组做成U形或杆形）；多匝式可分为线圈型、8字型等。2电流互感器的结构电流互感器通常由铁芯，一、二次绕组及相应的绝缘、瓷套、二次接线盒等组成。额定电流在400A以下通常采用多匝式；单匝式“U”字形绕组的电流互感器，由于采用圆筒式电容串结构绝缘，电场分布均匀，在110KV及以上电压等级得到广泛应用。有一种电流互感器，它具有多个没有磁联系的独立铁芯，所有铁芯上的一次绕组是公共的，而每个铁芯上都有一个二次绕组，构成一个多绕组电流互感器。多个二次绕组可有相同或不同变比、不同或相同准确级。对于110KV及以上的电流互感器，为了适应一次电流的变化和减少产品的规格，常将一次绕组分成几组，通过绕组的串、并联，以获得23种变比。七、电流互感器的极性及接线方式1电流互感器的极性图75 电流互感器同极性端（a）原理图；（b）接线图图74 电流互感器二次测开路 i1、和e2的变化曲线电流互感器的极性按减极性原则标准，如图75所示。当一次侧电流I1由L1流向L2，二次侧电流I2 ，在二次绕组内部从K2流向K1，在二次负荷中从K1流向K2时，规定L1和kl为同极性端（L2和K2亦为同极性端）。图76 电流互感器接线方式（a）一相式；（b）两相V形；（c）两相电流差；（d）三相Y形 2电流互感器的接线方式电流互感器常用的接线方式如图76所示图76（a）所示为一相式接线方式。电流表通过的电流为一相的电流，通常用于负荷平衡的三相电路中。图76（b）所示为两相V形接线方式，也叫不完全星形接线，公共线中流过的电流为两相电流之和，所以这种接线又叫两相电流和接线，由IaIcIb可知，二次侧公共线中的电流，恰为未接互感器的B相的二次电流，因此这种接线可接三只电流表，分别测量三相电流，所以广泛应用于无论负荷平衡与否的三相三线制中性点不接地系统中，供测量或保护用。图76（c）所示为两相电流差接线方式。该接线方式二次侧公共线中流过的电流If为Ia、Ic两个相电流之差，即IfIa一Ic，其数值等于一相电流的3倍，多用于三相三线制电路的继电保护装置中。图76（d）所示为三相Y形接线方式。三只电流互感器分别反映三相电流和各种类型的短路故障电流。广泛用于负荷不论平衡与否的三相三线制电路和低压三相四线制电路中，供测量和保护用。八、岱海电厂500kv电流互感器简介：我厂500kv升压站一期设计使用了18台CTH-550型电流互感器，作为500kv线路的测量和保护. CTH-550型电流互感器属于户外、单相、油浸式，一次绕组串、并联可分别得到1250A和2500A的电流，二次绕组均匀地布置在圆形铁心上，绕组和铁芯组件通过支持件固定在油箱内，电流互感器磁帽上装有金属膨胀器作为温度补偿，金属膨胀器把绝缘油和空气隔离，保护油不受潮和氧化。铁芯设计7级，由海波西尔高导磁率硅钢制成。下面简单介绍CTH-550型电流互感器的基本技术参数：型号CTH-550额定电压kV, rms550正常运行电压kV, rms500/变流比1250-2500/1/1/1/1/1/1/11 min工频耐压kV, rms680雷电冲击耐压kV peak1550操作冲击耐压kV peak1175绝缘子最大直径mm370最小爬电距离mm16300最小闪络距离mm4000负载VA20(0.2s/0.2/5P20) 15(TPY)准确等级0.2s/0.2/5P20/TPY/TPY/TPY/TPY铁芯型式海波西尔高导磁率硅钢1-2 测量(0.2s/0.2/)3-7 保护 （5P20/TPY/TPY/TPY/TPY）自振频率Hz5制造厂ALSTOM 第三节 直流电流互感器直流电流互感器利用被测直流改变带有铁芯上扼制线圈的感抗，间接地改变辅助交流电路的电流，从而来反映被测电流的大小。直流电流互感器通常是由两个相同的闭合铁芯所组成，在每一个铁芯上有两个绕组，即一次绕组和二次绕组。一次绕组串联接入被测电路，二次绕组则连接到辅助的交流电路里。其连接方式有串联和并联两种，前者称二次绕组串联直流互感器，后者称二次绕组并联直流互感器。由于二次绕组接法不同，这两种互感器的静态特性和动态特性有很大差别，用途也各不相同。其中二次绕组串联直流互感器用来测量电流，二次绕组并联直流互感器则多用来测量电压。直流互感器也有一次绕组为一匝的母线型互感器。在直流互感器里，当使用的铁芯材料具有理想的磁化特性时，如果忽略辅助交流电路的阻抗，从理论上可以证明，交流电路电流的平均值正比于被测直流。实际上这种理想情况是不可能实现的，因此直流互感器存在比较大的误差，特别是当被测电流相对互感器的额定电流来说较小时，误差更大。这是直流互感器难以克服的缺点。图714 二次绕组串联的直流电流互感器接线图直流互感器的准确级不高（一般在50120额定电流下，误差为0.20.5），同时也易受外磁场影响。尽管这样，由于它稳定可靠、功率消耗比分流器小、同时又能承担一定负载（指仪表），所以目前应用仍然比较普遍。图714表示二次绕组串联的直流互感器的接线图。在图中两个二次绕组应反向串联，否则这种双铁芯直流互感器与单铁芯直流互感器一样，在性能上