毕业设计电流互感器原理与设计

1、毕业设计说明书课 题 名 称： 电流互感器的原理与设计 摘要随着电力系统传输量的增大和电压等级的提高，保护、控制、测量和数据通讯的一体化发展，互感器将越来越重要。为了更多了了解和学习互感器的相关知识特写此论文。在电流互感器的设计中原理只是其中的一部分，不能把其当做是全部，因为电流互感器的误差、配置要求等也是必不可缺的重要部分。 本文前四章介绍了电流互感器的原理和设计方法并用图表等方式直观的描述了等值电路图、向量图、准确级和电流互感器的各种接线方式，其后用第五章进行了电流互感器的实例设计，最后介绍了电流互感器的事故预防和缺陷处理方法。关键词 电流互感器， 原理及设计， 事故预防与缺陷处理Abst

2、ract With the increase of power system transmission capacity and voltage levels to improve, protect, control, measurement and data communications integration, transformers will be increasingly important.In order to understand and learn more knowledge transformers feature of this paper.The design of

3、the current transformer is only one part of the theory can not be his as a whole, because the current transformer error, configuration requirements are an important part of the essential.This paper describes the first four chapters of the current transformer theory and design and intuitive way of gr

4、aphically describe the equivalent circuit diagram, vector graphics, accuracy and current transformers of various connection modes, was carried out with the current chaptertransformer design examples, and finally introduced the current transformer of accident prevention and defect treatment.【Key word

5、s】：Current Transformer, Principle and design ,Accident prevention and defect treatment目录AbstractII第一章 绪论- 1 -第二章 电流互感器的原理和技术- 2 -2.1 基本电磁关系- 2 -2.2 等值电路图与向量图- 5 -第三章 电流互感器接线方式和配置- 7 -3.1 电流互感器接线方式- 7 -3.2 互感器配置要求- 11 -3.2.1 电力系统对电流互感器的要求- 11 -第四章 电流互感器的误差分析及校验- 16 -4.1 电流互感器的误差- 16 -4.1.1 保护用电流互感器的误

6、差计算- 17 -4.2 电稳定误差校验- 18 -第五章 实例完成电流互感器的设计- 20 -5.1 设计条件- 20 -5.2 结构选型- 20 -5.3 铁芯和绕组设计- 21 -5.4 外绝缘瓷套设计- 22 -5.5一次绕组绝缘设计- 23 -5.6 误差计算及励磁性能计算- 25 -5.7 短时热电流密度计算- 29 -5.8 油箱尺寸及器身尺寸确定- 30 -5.9 膨胀器选择- 32 -第六章 事故预防与缺陷处理- 33 -第七章 总结- 34 -致谢- 35 -附录1：外文资料翻译- 36 -III第一章 绪论 电流互感器是电力系统中不可缺少的重要设备，其作用是按比例将输电线

7、路上的大电流降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接进行测量。随着电力工业不断建设发展， 电力系统输变电容量不断增大， 互感器就越来越成为输变电电网中的重要电气设备。但现在期刊上的论文都可以新型电流互感器为题或者为研究方向，对传统的、最基本的电流互感器的原理和技术描述的不是很清楚和直白。为了能帮身边的人填补这个空白，我在老师的指导下写了这边论文。本文主要介绍了电流互感器的原理和设计，主要内容有基本电磁关系、等值电路图与向量图、误差及其补偿、准确级与额定容量、限制系数与保安系数、运行接线、安全要求、电流互感器的的接线方式、电力系统对电流互感器的配置要求、电流互感器的误差分析、与误差相关的

8、参数、保护用电流互感器的误差计算、一次电流倍数与准确限值系数、实例电流互感器的设计、电流互感器的事故预防与缺陷处理。随着电力系统日益向高电压、大容量方向发展，以及计算机技术的发展应用，给部分电气设备的制造、运行等带来了一些新的问题。如传统的互感器（即TA、TV）在绝缘强度、抗电磁干扰能力、响应速度、测量精度与灵敏度、动态范围、易发生饱和等方面都面临一些困难。光电式电流互感器（即OTA）采用新型传感原理，利用近年来发展起来的光电子、光通信、激光及微电子技术，能有效地克服传统电力互感器的缺陷，同时能以光数字信号输出，为电力系统的安全运行、节约成本、优化二次设备提供了坚实的基础。现在，以电子式互感器

9、和光纤通讯网为基础构成的数字化变电站已成为地理自动化技术发展最有前景的方向之一。希望我写的这边论文能帮助像我这样的学生更多的了解电力互感器原理和设计及新型电流互感器的种类和功能。 第二章 电流互感器的原理和技术2.1 基本电磁关系互感器的一次绕组串联在被测量的电力线路中，线路电流就是互感器的一次电流图2-1 电流互感器工作原理；二次绕组外部回路串接有测量仪表、继电保护、自动装置等二次设备。由于各类阻抗很小，正常运行时二次接近于短路状态。二次电流 在正常使用条件下实质上与一次电流成正比，二次负荷对一次电流不会造成影响。在图1-1 中，用一个集中阻抗 来表示二次设备的（电流绕组）阻抗及二次回路的连

10、接导线阻抗。 当一次绕组中流过电流 时，由于电磁感应在二次绕组中就会感应出电势 ，在二次绕组接通二次负荷的情况下，有二次电流 流通。电力线路中的一次电流各不相同，通过电流互感器一、二次绕组匝数比的配置，一般将不同的一次电流变换为标准值为5A 或1A 的二次电流。 （1）根据变压器工作原理。当电流 流过互感器匝数为 的一次绕组时，将建立一次磁势 ，一次磁势又叫一次安匝。同理，二次电流 与二次绕组匝数 的乘积构成二次磁势 ，又叫二次安匝。 （2）一次磁势与二次磁势的相量和即为励磁磁势 (2-1) 式中 .一次电流； .一次绕组匝数； .二次电流； .二次绕组匝数； .励磁电流。式（2-1）就是电流

11、互感器的磁势平衡方程式。可见，一次磁势 包括两部分，其中一很小部分用来励磁，它是励磁电流与一次匝数的乘积 ，叫励磁磁势或叫励磁安匝，以产生主磁通 ，另外一大部分用来平衡二次磁势 这一部分磁势与二次磁势大小相等，方向相反。 当忽略励磁电流时，式（2-1）可简化为 =- 若以额定值表示，则可写成 即 （2-2）称为额定电流比，即电流互感器额定一次电流对额定二次电流之比，它是电流互感器主要参数之一。式（1-1）还可表示为 (2-3)式中， 为折算到一次侧的二次电流。 （2）全部物理量折算后，电流互感器的二次电势平衡方程式为 （2-4）式中 .主磁通 在二次绕组感应的电势（折算到一次侧） ，kV ；

12、.二次绕组电阻（折算到一次侧） ， ； .二次绕组漏电抗（折算到一次侧） ， 。式（2-4）表示了互感器的二次绕组感应电势 与二次绕组内部阻抗压降 和二次端电压 相平衡的关系。 因为二次端电压就是二次负荷上的电压降，即 将上式代人式（2-4）有 式中 .二次负荷的电阻（折算到一次侧） ， ； .二次负荷的电抗（折算到一次侧） ， 。式（1-84）中， 为二次回路总电阻， 为二次回路总电抗。和变压器一样，电流互感器一次侧的电势平衡方程为 式中 .一次绕组端电压， ； .主磁通 在一次绕组感应的电势，V ； .一次绕组电阻， ； .一次绕组漏电抗， 。电流互感器一次绕组的阻抗 很小，可以近似认为

13、，故电压 与一次感应电势相平衡，即 故得出一次绕组端电压与二次阻抗的关系如下： (2-5)从式（2-5）可以看出，电流互感器的一次端电压是随一次电流和二次负荷的变化而改变的，由 ，所以感应此电势的主磁通 是经常有较大改变的，自然其励磁电流 也是有较大改变的，这一点与电压互感器磁路基本上是稳定的有显著的区别。但在分析电流互感器的工作特性时，只注意一、二次电流的变换关系，而不考虑一次端电压的变化。因此，在绘制电流互感器的等值电路图和相量图时，通常都将一次绕组端电压和一次绕组阻抗等参数略去。2.2 等值电路图与向量图 根据基本电磁关系，可得出电流互感器的等值电路图和相量图。 （1）图2-2 为电流互

14、感器等值电路图，图2-2中已将二次侧各物理量折算到一次侧。如前所述，图2-2 中已将一次绕组阻抗略去，二次绕组阻抗为与 ，励磁回路阻抗由电阻 与电抗 组成，二次负荷用 与 表示。图2-2 电流互感器的等值电路图 （2）图 2-3为电流互感器简化相量图，本图是按等值电路图绘出，其中与主磁通 之夹角为 ，励磁电流 超前于 。一个铁芯损耗角 ，二次电流与二次绕组端电压 之间的功率因数角为 。图 2-3电流互感器简化相量图 电流 根据式（1-2）求出，电势 根据式（2-4）求出，二次阻抗角按下式计算 第三章 电流互感器接线方式和配置3.1 电流互感器接线方式电流互感器在交流回路中使用，在交流回路中电流

15、的方向随时间在改变。电流互感器的极性指的是某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、 或同时为负，称此极性为同极性端或同名端，用符号"*"、"-" 或"."表示。（也可理解为一次电流与二次电流的方向关系）。 按照规定，电流互感器一次线圈首端标为 ，尾端标为 ； 二次线圈的首端标为 ，尾端标为 。在接线中 和 称为同极性端， 和 也为同极性端。其三种标注方法如图 1 所示。 电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同。较简单的方法例如用 1.5V 干电池接一次线圈，用一高内阻、 大量程的直流电压表接二次线圈。当开关闭合

16、时如果发现电压表指针正向偏转，可判定1和2是同极性端,当开关闭合时，如果发现电压表指针反向偏转，可判定1和2不是同极性端。 1 电流互感器的极性与常用电流保护以及 易出错的二次接线（1） 一相接线 图3-1 电流互感器的三种极性标注 图3-2 一相接线一相式电流保护的电流互感器主要用于测量对称三相负载或相负荷平衡度小的三相装置中的一相电 流。电流互感器的接线与极性的关系不大，但需注意的是二次侧要有保护接地，防止一次侧发生过电流现 象时，电流互感器被击穿，烧坏二次侧仪表、继电设备。但是严禁多点接地。两点接地二次电流在继电 器前形成分路，会造成继电器无动作。因此在继电保护技术规程中规定对于有几组电

17、流互感器连接在 一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地。如变压器的差动保护，并且几组电流互感器组合后只有 一个独立的接地点。（2） 两相式不完全星形接线 两相式不完全星形接线用于相负荷平衡和不平衡的三相系统中。如图 3 所示。若有一相二次极性那么流过 3KA 的电流为 I A I e ，由向量差得其电流值为 Ia 的 3 倍，相位滞后 I a 300 角，如果三只继电器整定值是一样的，3KA 会提前动作，造成保护误动。 图3-3 二相式接线 图3-4 两相电流差接线（3） 两相电流差接线方式图4 中流过继电器 KA 的电流为I A I e ，其接线系数为 3 。如 C 相二次极性接反，故流

18、过继电器 KA 的电流为 I A I e 。当 A、C 相发生短路故障时，一次电流 I AD 和I CD 变为大小相等方向相反。即I AD =- I CD ，假定 I AD 的参考方向为正，变换到二次侧的电流流经继电器 KA 的电流则为 0。这就说明由于 C 相二次极性接反，当一次侧 A、C 相短路后继电 器 KA 有可能不动作。 （4） 三相完全星形接线三相完全星形接线如图 5 所示。用于相负荷平衡 度大的三相负荷的电流测量以及电压为 380/220V 的三相四线制测量仪表，监视每相负荷不 对称情况，若任一相极性接反，流过中性线的电流将 增大。若缺少中性零线的星形连接，其缺陷是在运行 中当负

19、荷不平衡时，将造成二次侧中性点位移，图5 三相完全星形接线使流过继电器的电流不能正确反映出该相电流的大小，同样会造成误动。图3-5三相完全星形接线2 继电保护用的电流互感器接线 继电保护用的电流互感器接线，通常是用于中性点直接接地的电力系统中的保护装置时，采用星形接 线。在中性点非直接接地的电力系统中，由于允许短时间单相接地运行，并且大多数情况下都装设有单相 接地信号装置，所以广泛采用不完全星形接线方式。保护用电流互感器的三角形接线应用于 Y/接线的变压器差动保护。3 电流互感器运行中应注意的问题 （1）电流互感器在运行中二次侧不得开路，一旦二次侧开路,，由于铁损过大，温过高而烧毁，或使 副绕

20、组电压升高而将绝缘击穿，发生高压触电的危险。所以在换接仪表时如调换电流表、有功表、无功表 等应先将电流回路短接后再进行计量仪表调换。当表计调好后，先将其接入二次回路再拆除短接线并检查表计是否正常。如果在拆除短接线时发现有火花，此时电流互感器已开路，应立即重新短接，查明计量仪表回路确无开路现象时，方可重新拆除短接线。在进行拆除电流互感器短接工作时，应站在绝缘皮垫上， 另外要考虑停用电流互感器回路的保护装置，待工作完毕后，方可将保护装置投入运行。（2）如果电流互感器有嗡嗡声响，应检查内部铁心是否松动，可将铁心螺栓拧紧。（3）电流互感器二次侧的一端，外壳均要可靠接地。（4）当电流互感器二次侧线圈绝缘

21、电阻低于 1020 兆欧时，必须进行干燥处理，使绝缘恢复后，方可使用。3.2 互感器配置要求 （1）电流互感器的配置应尽量避免主保护出现死区。保护接入互感器二次绕组的位置，应避免当一套保护停用而被保护的主设备继续运行时，互感器内部发生故障时保护存在死区。 （2）电流互感器的配置应能可靠保护系统的各种类型故障，一般情况下，在中性点有效接地的电网中，应配置三相电流互感器；在非有效接地的电网中，根据保护装置的性能，为保证两不同点发生两相接地故障时，能有2/3 机会只切除一个故障元件，提高供电可靠性。可配置二相或三相电流互感。 （3）为可靠地保护主设备的各个部位，一般情况下，每个主设备至少配置 1组电

22、流互感器。在能够实现可靠保护的前提下，应尽量减少互感器的数量，必要时，应增加互感器二次绕组的数量。 （4）互感器二次绕组的数量及其技术特性应满足继电保护、自动装置和测量仪表、电能计量装置的要求。3.2.1 电力系统对电流互感器的要求 第一 对动稳定性和热稳定性的要求电力系统容量和发电机组单机容量日益增大，电力系统短路容量也相应增大。我国电力系统网架电压已由22kV 逐步过渡到500kV ，主力发电机机组的单机容量已达到300-600MW。目前我国各电压等级的短路电流已达到或已超过以下水平。（1）高压和超高压变电站：1）220-500 kV 40-63kA2）60-110kV 20-50kA（2

23、）中压变电站： 6-35kA 3.15-50kA（采取限流措施后可限制在 以下）（3）发电机和厂用电系统（ 50-600MW） ：1）发电机出线 100-150kA2）6kA 厂用系统 3.15-50kA（4）用户变电站：1）10-35kV 16-31.5kA2）60-220kV 20-40kA 安装在电网中的电流互感器，不论测量用还是保护用，均应满足装设地点的短路容量要求。这一要求对所有不同大小额定电流的互感器均无例外，但是，额定电流越小的电流互感器越难以满足动热稳定的要求。例如，对于安装在高压变电站或大机组厂用电系统中的6-10kV 电流互感器，当其短路电流为40kA 时，对于额定一次电流

24、为200A 和50A的电流互感器，其动热稳定电流倍数应不低于表3-1所示的数值。表3-1 同一短路条件下不同额定电流的电流互感器动、热稳定比较电流互感器额定一次电流（A ）系统短路电流（ kA）要求的热稳定电流倍数（1s ）要求的动稳定电流倍数2004020035450408001414 显然，对于额定电流为 50A的电流互感器，欲达到热稳定电流40kA、1s 及动稳定电流100kA （峰值）的要求是相当困难的。要达到热稳定50kA 、1s 和动稳定125kA 就更困难了。这样，为了降低对电流互感器的过高要求，就必须选择合理接线，必要时，还要采取一定的限制短路电流的措施。第二 对准确度的 随着

25、市场经济的发展，注重生产效率、降低生产成本和电能消耗，因此，对电能计量准确度的要求也相应提高。根据 DL/T448-2000电能计量装置技术管理规程的规定，用电负荷按电能计量所计电量的多少和计量对象的重要程度分为五类，各类计量装置所要求的电流互感器和电压互感器的准确等级，如表3-2所示。表3-2 各类计量装置的准确等级电能计量装置类别准确等级有功电能表无功电能表电压互感器电流互感器0.5S或0.52.00.20.2S或0.20.5S或0.52.00.50.2S或0.21.02.00.50.5S2.03.00.50.5S2.0-0.5S*0.2级电流互感器仅指发电机出口电能计量装置中配用一、 类

26、电能计量装置 月平均电量 500万 kWh及以上或变压器容量为 10000kVA及以上的高压计费用户、200MW及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经营企业与其供电企业的供电关口计量点的电能计量装置。二、 类电能计量装置 月平均用电量 100万 kWh及以上或变压器容量为 2000kVA及以上的高压计费用户、100MW及以上发电机、供电企业之间的电量交换点的电能计量装置。三、 类电能计量装置 月平均用电量 10万kWh 及以上或变压器容量为315kVA 及以上的高压计费用户、100MW、100MW以下发电机、发电企业厂（站）用电量、供电企业内部用于承包考核的计

27、量点、考核有功电量平衡的110kV 及以上的送电线路电能计量装置。四、 类电能计量装置 负荷容量为315kVA 以下的计费用户、发供电企业内部经济技术指标分析、考核用的电能计量装置。五、 类电能计量装置 单相供电的电力用户计费用电能计量装置。 第三 对额定一次电流及准确度的综合要求根据互感器的选择原则，电流互感器的额定一次电流应满足电力负荷的要求，同时在规定的负荷范围内还应满足准确等级的要求。但上述要求并不是在任何情况下都能协调一致的。下列情况下，两者是矛盾的。 （1）系统间联络线，负荷不固定，互感器额定电流往往按最大负荷电流或输电线路、断路器的额定电流选择，电流互感器不可能在全范围内满足准确

28、级要求。 （2）电力馈线的远景负荷和近期负荷相差悬殊，而互感器按远景最大负荷选择，电流互感器的准确级不能满足近期负荷的要求。 （3）特殊负荷，如电气化铁路、轧钢等电力馈线电流互感器额定一次电流按短时最大负荷选择，而在正常工况下通过互感器的负荷电流很小，无法满足准确度要求。继电保护装置和测量、计量装置对互感器额定一次电流和准确度要求不同。继电保护用电流互感器，要求其在额定电流和准确限值电流情况下，满足误差限值的要求，而且更为注重在准确限值一次电流条件下输出符合要求的二次电流，保证保护装置正确可靠动作（或不动作） 。由于一般情况下，准确限值电流越大，额定电流下越易满足规定误差要求。所以继电保护用电

29、流互感器希望选择足够大的额定一次电流。额定一次电流越大，准确限值系数可以相应降低。 与保护用电流互感器不同，测量或计量用电流互感器要求在正常工作范围内保证其准确度，所以测量或计量用电流互感器的额定一次电流应尽量接近正常负荷电流，且互感器应满足仪表保安系数（FS）的要求。所以，要求电流互感器额定一次电流同时满足负荷的要求，继电保护的要求和测量、计量仪表的要求，并在额定一次电流的规定变化范围内，满足准确度的要求往往存在着较大的矛盾。 表3-3为继电保护用电流互感器的误差限值，表3-4为测量用和S级测量用电流互感器的误差限值。表3-3 继电保护用电流互感器的误差限值准确级比误差（±，在额定

30、一次电流时）角误差（在额定一次电流时）复合误差（±，在额定一次电流时）±（）±Card5P1601.8510P3-10表3-4 测量,计量用电流互感器误差限值准确级±152010012015201001200.2-0.750.350.20.2-301510100.2S0.750.350.20.20.230151010100.5-1.50.750.50.5-904530300.5S1.50.750.50.50.590453030301.0-31.51.01.0-180906060 对于负荷较稳定的回路，为满足保护装置和测量、计量仪表准确度的要求，电互感器的

31、额定一次电流宜取回路负荷电流的1.52 倍，对于负荷波动范围较大、保护准确限位系数较大或系统短路容量较大的情况，为满足负荷和测量、计量仪表的要求，电流互感器宜采用S 测量级，额定一次电流宜取回路负荷电流的45倍。例如，某10kV配电系统，配电负荷波动范围为3001000kW，其正常负荷电流为2060A，系统短路电流为20kA，如果选用变比为60/5A的电流互感器，其动、热稳定电流无法满足要求，准确限值系数也受到限制，且低负荷时，互感器的准确等级也难以满足要求。如果采用变比为200/5，测量级为S的多次级互感器，不仅动、热稳定电流可满足要求，准确限值一次电流可提高3倍多，且在低负荷时，准确等级也

32、可基本满足要求。对多次级电流互感器，不同功能的次级，可以采用不同的变化，保护用次级额定一次电流可为正常负荷电流的25倍，测量、计量用次级额定一次电流宜取正常负荷电流的1.33倍左右。如上例中，保护次级可取400/5；计量次级可取150/5 或200/5。第四节 继电保护和测量功能的要求 电流互感器作为测量仪表、计量装置和继电保护的电流源，由于各自的功能不同，准确等级不同，对额定电流范围要求也不相同，从而要求电流互感器具有不同功能的二次绕组，通常，每个二次绕组，都有独立的铁芯。通常电流互感器应具备测量用、计量用和继电保护用二次绕组，由于继电保护功能的不同，尚需设置多个保护用二次绕组，当计量装置的

33、准确等级较低时，也可将测量和计量仪表合用一个二次绕组。当某一类功能的二次负荷过大或有特殊要求时，也可设置专用的互感器，如计量专用互感器等。 不同的保护功能，要求不同的电流互感器二次绕组。母线、线路以及发电机、变压器、电抗器、电容器等主设备的继电保护，有主保护、后备保护和辅助保护，一些220kV及以上的母线、线路以及大型发电机、变压器，还要装设双重快速保护。这样，继电保护用电流互感器二次绕组的数目，要视被保护对象的种类、所要装设的保护类型、以及对可靠性的要求等方面的情况而定。例如，6kV 线路，只要装 1个；而500kV线路，要装56个第四章 电流互感器的误差分析及校验4.1 电流互感器的误差

34、图 4-1 （a）所示为电流互感器的等值电路图，图中，负载包括连线阻抗和二次保护或仪表阻抗。 图4-1 电流互感器的等值电路图和向量图 ， 归算到电流互感器二次侧的一次电流和励磁电流； 电流互感器的二次电流；归算到电流互感器二次侧的一次绕组阻抗（电阻、电抗） ；归算到TA 侧的励磁阻抗（电阻、电抗） ；二次回路阻抗（电阻、电抗） ； 电流互感器二次绕组阻抗（电阻、电抗） ； 负载阻抗（电阻、电抗） ； 二次绕组端电压；二次绕组感应电动势， ； 、 之夹角，； 励磁电流超前磁通 的角度， 。 由等值原理图，作出相量图4-1（b） 。 一、比值差 根据比值差的定义，电流互感器由于实际电流比与额定电

35、流比不相等，在测量电流时所产生的数值误差，这个误差是不可避免的，也就是说实际电流比是不可能与额定电流比完全相等的。这是由励磁电流造成的。只能采取措施减小励磁电流，进而减小误差，而不可消除电流互感器励磁电流。由图 4-1（a）可推算出电流互感器的比值差为 （4-1）由图4-1（b）可知 （4-2）式（4-2）代入式（4-1）并用一次安匝和励磁安匝表示，即 （4-3）式中， 、 分别为电流互感器励磁安匝和一次绕组安匝，显然，由于励磁电流的影响，比值差为一负值。 二、角误差 电流互感器的角误差为一次电流和二次电流的相位差。由于此角误差很小，假定由图 4-1（b）可知 （4-4）以“分”表示，上式可写

36、为 （分） （4-5）4.1.1 保护用电流互感器的误差计算 电流互感器的误差计算是在给定条件下，计算互感器的误差数值是否满足准确限值的要求。 一、计算的给定条件 额定一次电流： 额定变流比： 铁芯材料特性：单位长度磁通势 铁芯损耗角 铁芯尺寸：有效截面积 铁芯平均磁路长度 二次绕组阻抗： 额定负载阻抗及功率因数： 准确级：5P,或 10P，对应于额定一次电流的比值差分别为和 ，角误差分别为 和不规定。2、 计算程序 （1）根据额定负载阻抗及功率因数，计算 （2）计算二次回路阻抗， ， （3）计算 （4）计算 （5）计算励磁安匝和一次安匝 （6）计算比值差 角误差 （7）若采用匝数补偿，则比误

37、差： （8）匝数补偿后的比值差为： 上述误差计算的给定条件是在额定一次电流工况下进行的。若在准确限值条件下，计算复合误差，根据定义，并计及励磁特性的非线性和高次谐波等因素，实际上是无法操作的。一般是在忽略二次电流中的高次谐波，并在假定的准确限值磁密 条件下，近似估算。 复合误差一般通过试验求得。4.2 电稳定误差校验 由基本公式得 (4-8) 可以得出通过互感器的铁芯磁密B与感应电动势的关系 (4-9)式中 B互感器磁通密度，； f电网频率，50Hz； 铁芯截面，； 二次绕组匝数。得： (4-10) 所以，在已知互感器参数（）、所在系统短路情况（）和二次负载（，）情况下，通过计算实际工况下的磁

38、通密度，如果则满足误差要求，为铁芯的饱和磁密，它与铁芯材料有关，通常取1700018000GS（1.71.8T）。- 41 -第五章 实例完成电流互感器的设计 这里介绍当前较流行的 LB220 、2600/1A 电流互感器设计主要计算前已介绍。由于220kV 电流互感器设计较为成熟，因此常利用以往经验，简过程和内容。5.1 设计条件 （1）额定电压220kV/ 。 （2）设备最高电压：252kV 。 （3）额定频率：50Hz 。 （4）额定电流比： 。 （5）级次组合：5P/5P/5P/5P/0.2/0.2 。 （6）额定负荷：30VA 。 （7）测量级仪表保安系数： 。 （8）保护级准确限值

39、系数： 。 （9）额定短时热电流：50kA 。 （10）额定动稳定电流：125kA 。 （11）额定绝缘水平： 252/395/950kV。 （12）外绝缘防污等级：II 类（爬电比距：20mm/kV ） 。5.2 结构选型 （1）一次绕组采用 ，厚壁空心铝管，整形成U 形后再对半剖分。采用传统多屏电容型绝缘结构。 （2）采用环形铁芯，环绕圆铜漆包线二次绕组。 （3）二次绕组套人 U形一次绕组，每边三个，固定在一次绕组的下部， U形绕组两根引线间衬垫以成型木块并用无纬玻璃丝粘带捆扎固定，以保证动稳定性能要求。 （4）器身下端放在椭圆形油箱内，油箱侧面有二次出线盒，油箱上还有起吊吊拌，放油活门，

40、接地螺栓和安装孔等。 （5）一次引线由高压瓷套上部侧壁开孔引出，在外部实现串并联换接。瓷套上端装有金属膨胀器构成全密封微正压结构。5.3 铁芯和绕组设计 （1）额定安匝。 选取额定安匝 ，一次绕组额定匝数 ，二次绕组额定匝数 。 （2）一次绕组。 导线选用 空心铝管，对半剖分，剖缝宽4mm ，一次导线有效截面一次导线额定电流密度 ，剖分部分用0.5 厚电工纸板和皱纹纸作导线匝间绝缘，绝缘厚度为2.1mm ，再用 0,01mm的铝箔外包一层做零屏，零屏要与一半铝管等电位。 （3）二次绕组。二次导线采用 漆包铜线，导线截面为 二次导线额定电流密度为 1）测量级铁芯及绕组。0.2 级铁芯采用超微晶合

41、金铁芯，选用铁芯尺寸为 ，由此求出铁芯截面积 铁芯平均磁路长铁芯质量 二次导线质量（平均匝长 ） 在合金铁芯固定圈上半叠皱纹纸一层，然后用 漆包线绕线三层，每层400匝。层间用皱纹纸半叠两层作绝缘，绕组外绝缘用皱纹纸半叠两层，用直纹布带半叠一层扎紧。 2）保护级铁芯及绕组。 级铁芯采用冷轧硅钢片，选用尺寸号 ，由此求出铁芯截面积 铁芯平均磁路长 铁芯质量 二次导线质量 平均匝长 在环形铁芯两端面各垫一个 0.5mm厚纸圈，铁芯内外圆圈各垫一张0.2mm 厚纸板和0.02 厚聚酯薄膜，角环用 0.2mm电工纸张两张，错开剪口包扎在内外环面和上下端面交界处，再用直纹布带稀绕扎紧，接着用 漆包线绕制

42、三层，每层 400匝，层间绝缘为皱纹纸半叠两层。绕组外绝缘用皱纹纸半叠两层，再用直纹布带半叠一层扎紧。5.4 外绝缘瓷套设计 （1）瓷套有效高度的确定。 1）按全波冲击耐受电压冲击试验电压式中1.1 .电压分布不均匀系数和裕度系数。查绝缘特性曲线图 2-2-25，得 。 2）按一分钟工频耐受电压工频试验电压 式中1.1 .电压分布不均匀系数和裕度系数； 1.5.电容绝缘伏一秒特性系数。查绝缘特性曲线图2-2-25 ，得 。 3）从 1）与 2）中取较大值 。 （2）计算套管总高度L=瓷套有效高度1+ 瓷套机械夹持部分长度 瓷套高度公差=1760+160+302000(mm) （3爬电比距计算1

43、选伞宽 ，伞距 ，伞数 个，得爬电距离 。 ）外绝缘爬电比距 ，此值符合 类污秽等级的要求。5.5一次绕组绝缘设计 （1）一次绕组绝缘尺寸。 一次绕组采用U形，同心圆柱体电容绝缘。主绝缘由个主屏间的层绝缘组成，主屏用打孔铝箔制作（搭接处不打孔）。采用设置四端屏及端部加强绝缘措施，主屏间绝缘厚度为。一次绕组绝缘尺寸，如图5-1所示。 （2）一次绕组主绝缘计算（工频电压下） 。 计算采用最高设备电压，工频试验电压，主屏数，端屏数，按传统计算方法，将U字形一次绕组展开成直线，然后按同轴圆柱图 5-1一次绝缘尺寸图电容进行计算，计算结果如表 所示，计算式如下 主屏间电容 屏间电压分布率 径向场强 轴向

44、场强 屏间沿面电压 表 5-1一次绕组主绝缘计算表主屏序号主电屏半径主电屏长度主电屏梯差相邻两主电屏电容(pF)屛向电压分布率(%)最高工作电压下工频试验电压下n(cm)(cm)(cm)径向场强轴向场强径向场强轴向场强屏间沿面电压（kV）（kV/cm)（kV/cm)（kV/cm)（kV/cm)03.6583-14545190.10540.37931016610.7441.341.03111.842.7953.0124.450190.09530.38121032010.5840.521.02109.632.7652.4434.8475160.0870.38281059110.3139.321.1

45、4106.383.0849.2845.2447140.080.3841084010.0738.291.25103.593.3847.3255.6423120.07410.3853110749.8637.361.39101.083.7645.1266399120.0690.3864112189.7336.761.3799.453.7144.5276.4379100.06450.387113999.5836.141.5897.784.2742.786.8359100.06060.3878114929.535.771.5796.784.2542.597.2339100.05720.389114979

46、.535.661.5796.484.2542.5107.6319100.05410.39171081910.0937.611.66101.754.4944.95.6 误差计算及励磁性能计算（1）测量绕组。 1）计算采用超微晶合金的磁化特性数据，误差计算程序及结果见表5-2. 表5-2 测量级绕组误差计算及保安系数计算表准确围0.2级，电流比1200/1A，铁芯计算条件误差计算保安系数100%负荷1/4负荷100%负荷307.5300.80.80.824624184.51818.24.718.228.710.728.9732.3823.7132.1433.9811.6934.2152010012

47、01205000.050.21.01.21.251.706.8033.9840.7714.03171.051094372182261890110984由B查出1.354.211125.2铁芯已饱和0.1230.3560.9331.0180.441由查出42036352736.3852.3868.3867.3850.71-0.12-0.12-0.07-0.07-0.02-5.683.110.990.940.67符合误差）电流误差及相位差计算时，二次绕组电阻 二次绕组漏电抗 。）仪表保安系数计算时，二次绕组漏电阻 二次绕组电抗 。）因铁芯已饱和，测量级的伏安特性计算数据不能按误差计算表得出。）励磁

48、特性计算时，励磁线圈选用1匝，控制线圈选用2匝，选用计算点、 两个点，计算数据见表 5-3.表5-3计算数据表计算点6.80.3560.35611.3340.771.0181.01867.95 感应电热 及 由误差计算表查出 。 由表 可得到 与 的关系，供试验用。 （2）保护绕组。 ）设计采用 冷轧硅钢片的磁化特性数据，误差计算程序及结果见表 5-4。 表5-4 保护级绕组误差计算及准确限值系数计算准确级5P级，电流比1200/1A，计算条件误差计算准确限值系数100%负荷100%负荷30300.80.82424181818.218.232.633.4629.1728.5437.3438.0

49、9100300013037.341142.70.05361.59由B查出0.0220.5741.949.59由查出30-59.17-0.14-2.8-符合误差0.14 ）电流误差及相位差计算时，二次绕组电阻 二次组漏电抗 。 ）准确限值系数计算时，二次绕组电阻 二次绕组漏电抗。 ）伏安特性计算点为准确限值系数 ALF，计算数据见表 5-5。表5-5 计算数据表计算点极感应电势ALF=309.460.04130.391142.71143.09 表 中 ， 及 由误差计算表查出。由本数据表可得到 与 的关系，供试验用。 ）励磁特性计算时，励磁线圈选取1匝，控制线圈选用2匝，计算点仍选择准确限值系数 一个点，计算数据见表5-6 。表5-6 计算数据表计算点ALF=301142.749.5949.591905 表5-6 中 、由误差计算表查出，由本表数据可得到 与 的关系，供试验用。5.7 短时热电流密度计算 （1）一次绕组。 额定短时热电流 ，一次绕组导线截面 短时热电流密度 （铝） （）二次绕组。 ）磁路未饱和时二次绕组短时热电流 磁路饱和时最大二次绕组电流测量绕组（取 ） 保护绕组（取 ） ）