電流互感器原理介紹及檢驗(yàn)的原則

1 前言

　　近幾年來，隨著我國電力工業(yè)中城網(wǎng)及農(nóng)網(wǎng)的改造，以及供電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度不斷提高，電流互感器作為電力系統(tǒng)的一種重要電氣設(shè)備，已被廣泛地應(yīng)用于繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和電力系統(tǒng)分析之中。

　　電流互感器作為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)元件，起著將一次系統(tǒng)的大電流變換成二次系統(tǒng)的小電流，用以分別向測(cè)量?jī)x表、繼電器的電流線圈供電，正確反映電氣設(shè)備的正常運(yùn)行參數(shù)和故障情況，使測(cè)量?jī)x表和繼電器等二次側(cè)的設(shè)備與一次側(cè)高壓設(shè)備在電氣方面隔離，以保證工作人員的安全。同時(shí)，使二次側(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，結(jié)構(gòu)輕巧，價(jià)格便宜，便于屏內(nèi)安裝，便于采用低壓小截面控制電纜，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制。當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，能夠保護(hù)測(cè)量?jī)x表和繼電器等二次設(shè)備免受大電流的損害。下面就有關(guān)電流互感器的選擇和使用作一淺薄探討，以饗各位讀者朋友。

2電流互感器的原理

　　互感器，一般W1≤W2，可見電流互流感器為一“變流”器，基本原理與變壓器相同，工作狀況接近于變壓器短路狀態(tài)，原邊符號(hào)為L1、L2，副邊符號(hào)為K1、K2。互感器的原邊串接入主線路，被測(cè)電流為I1，原邊匝數(shù)為W1，副邊接內(nèi)阻很小的電流表或功率表的電流線圈，副邊電流為I2，副邊匝數(shù)為W2。原副邊電磁量及規(guī)定正方向由電工學(xué)規(guī)定。

　　由原理可知，當(dāng)副邊開路時(shí)，原邊電流I1中只有用來建立主磁通Φm的磁化電流I0，當(dāng)副邊電流不等于零時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)去磁磁化力I2W1，它力圖改變Φm，但U1一定時(shí)，Φm是基本不變的，即保持I0W1不變，因?yàn)镮2的出現(xiàn)，必使原邊電流Il增加，以抵消I2W2的去磁作用，從而保證I0W1不變，故有：

　　I1Wl＝I0Wl+(－I2W2) (1)
　　即I0＝I1+W2I2／Wl (2)
　　在理想情況下，即忽略線圈的電阻，鐵心損耗及漏磁通可得：
　　I1W1＝－I2W2
　　有：Il／I2＝－W2／W1

3 電流互感器的選擇

3．1 電流互感器選擇與檢驗(yàn)的原則

　　1)電流互感器額定電壓不小于裝設(shè)點(diǎn)線路額定電壓；
　　2)根據(jù)一次負(fù)荷計(jì)算電流IC選擇電流互感器變化；
　　3)根據(jù)二次回路的要求選擇電流互感器的準(zhǔn)確度并校驗(yàn)準(zhǔn)確度；
　　4)校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。

3．2 電流互感器變流比選擇

　　電流互感器一次額定電流I1n和二次額定電流I2n之比，稱為電流互感器的額定變流比，Ki＝I1n／I2n≈N2／N1式中，N1和N2為電流互感器一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。
　　電流互感器一次側(cè)額定電流標(biāo)準(zhǔn)比(如20、30、40、50、75、100、150(A)、2Xa／C)等多種規(guī)格，二次側(cè)額定電流通常為1A或5A。其中2Xa／C表示同一臺(tái)產(chǎn)品有兩種電流比，通過改變產(chǎn)品頂部?jī)?chǔ)油柜外的連接片接線方式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)串聯(lián)時(shí)，電流比為a／c，并聯(lián)時(shí)電流比為2Xa／C。一般情況下，計(jì)量用電流互感器變流比的選擇應(yīng)使其一次額定電流I1n不小于線路中的負(fù)荷電流(即計(jì)算IC)。如線路中負(fù)荷計(jì)算電流為350A，則電流互感器的變流比應(yīng)選擇400／5。保護(hù)用的電流互感器為保證其準(zhǔn)確度要求，可以將變比選得大一些。

3．3 電流互感器準(zhǔn)確度選擇及校驗(yàn)

　　所謂準(zhǔn)確度是指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi)，一次電流為額定值時(shí)的最大誤差。我國電流互感器的準(zhǔn)確度和誤差限值，對(duì)于不同的測(cè)量?jī)x表，應(yīng)選用不同準(zhǔn)確度的電流互感器。
　　準(zhǔn)確度選擇的原則：計(jì)費(fèi)計(jì)量用的電流互感器其準(zhǔn)度為0．2～0．5級(jí)；用于監(jiān)視各進(jìn)出線回路中負(fù)荷電流大小的電流表應(yīng)選用1．0—3．0級(jí)電流互感器。為了保證準(zhǔn)確度誤差不超過規(guī)定值，一般還校驗(yàn)電流互感器二次負(fù)荷(伏安)，互感器二次負(fù)荷S2不大于額定負(fù)荷S2n，所選準(zhǔn)確度才能得到保證。準(zhǔn)確度校驗(yàn)公式：S2≤S2n。
　　二次回路的負(fù)荷l：。取決于二次回路的阻抗Z2的值，則：
　　S2＝I2n2Z2≈I2n2(∑Zi+ RWl+RXC)
　　或S2V1≈∑Si+I2n2(RWl+RXC)
　　式中，Si、Zi為二次回路中的儀表、繼電器線圈的額定負(fù)荷和阻抗，RXC為二次回路中所有接頭、觸點(diǎn)的接觸電阻，一般取0．1Ω，RWL為二次回路導(dǎo)線電阻，
　　計(jì)算公式化為：RWL＝LC／(r×S)。
　　式中，r為導(dǎo)線的導(dǎo)電率，銅線r＝53m／(Ωmm2)，鋁線r＝32m(Ωmm2)，S為導(dǎo)線截面積(mm2)，LC為導(dǎo)線的計(jì)算長度(m)。設(shè)互感器到儀表單向長度為L1，

　　則：
　　L1互感器為星形接
　　LC＝L1兩相V形接線
　　2L1一相式接線
　　繼電保護(hù)用的電流互感器的準(zhǔn)確度常用的有5P和l0P。保護(hù)級(jí)的準(zhǔn)確度是以額定準(zhǔn)確限值一次電流下的最大復(fù)合誤差ε%來標(biāo)稱的(如5P對(duì)應(yīng)的ε%＝5%)。所謂額定準(zhǔn)確限值一次電流即一次電流為額定一次電流的倍數(shù)(n＝I1／I1n)，也稱為額定準(zhǔn)確限值系數(shù)。即要求保護(hù)用的電流互感器在可能出現(xiàn)的范圍內(nèi)，其最大復(fù)合誤差不超過ε%值。

　　電流互感器ε%誤差曲線校驗(yàn)步驟：
　　(1)按照保護(hù)裝置類型計(jì)算流過電流互感器的一次電流倍數(shù)；
　　(2)根據(jù)電流互感器的型號(hào)、變比和一次電流倍數(shù)，在10%誤差曲線上確定電流互感器的允許二次負(fù)荷；
　　(3)按照對(duì)電流互感器二次負(fù)荷最嚴(yán)重的短路類型，計(jì)算電流互感器的實(shí)際二次負(fù)荷；
　　(4)比較實(shí)際二次負(fù)荷與允許二次負(fù)荷。如實(shí)際二次負(fù)荷小于允許二次負(fù)荷，表示電流互感器的誤差不超過10%誤差：
　　1)增大連接導(dǎo)線截面或縮短連接導(dǎo)線長度，以減小實(shí)際二次負(fù)荷；
　　2)選擇比較大的電流互感器，減小一次電流倍數(shù)，增大允許二次負(fù)荷；
　　3)將電流互感器的二次繞組串聯(lián)起來，使允許二次負(fù)荷增大一倍。

3．4 電流互感器動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)

　　廠家的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中都給出了動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)Kes和熱穩(wěn)定倍數(shù)Kt，因此按下列公式分別校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱定度即可。
　　1)動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)Kes×I1N≥iSh；
　　2)熱穩(wěn)定度校驗(yàn)(KtI1n)2t≥I(3)∞tima

4 電流互感器的正確使用

　　1)電流互感器的接線應(yīng)遵守串聯(lián)原則：即一次繞阻應(yīng)與被測(cè)電路串聯(lián)，而二次繞阻則與所有儀表負(fù)載串聯(lián)；
2)按被測(cè)電流大小，選擇合適的變化，否則誤差將增大。同時(shí)，二次側(cè)一端必須接地，以防絕緣一旦損壞時(shí)，一次側(cè)高壓竄入二次低壓側(cè)，造成人身和設(shè)備事故；
　　3)二次側(cè)絕對(duì)不允許開路，因一旦開路，一次側(cè)電流I1全部成為磁化電流，引起φm和E2驟增，造成鐵心過度飽和磁化，發(fā)熱嚴(yán)重乃至燒毀線圈；同時(shí)，磁路過度飽和磁化后，使誤差增大。
　　另外，二次側(cè)開路使E2達(dá)幾百伏，一旦觸及造成觸電事故。因此，電流互感器二次側(cè)都備有短路開關(guān)，防止一次側(cè)開路。在使用過程中，二次側(cè)一旦開路應(yīng)馬上撤掉電路負(fù)載，然后，再停車處理。一切處理好后方可再用。
　　4)為了滿足測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)、斷路器失靈判斷和故障錄波等裝置的需要，在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段斷路器、母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)具有2～8個(gè)二次繞阻的電流互感器。對(duì)于大電流接地系統(tǒng)，一般按三相配置；對(duì)于小電流接地系統(tǒng)，依具體要求按二相或三相配置；
　　5)對(duì)于保護(hù)用電流互感器的裝設(shè)地點(diǎn)應(yīng)按盡量消除主保護(hù)裝置的不保護(hù)區(qū)來設(shè)置。例如：若有兩組電流互感器，且位置允許時(shí)，應(yīng)設(shè)在斷路器兩側(cè)，使斷路器處于交叉保護(hù)范圍之中；
　　6)為了防止支柱式電流互感器套管閃絡(luò)造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側(cè)；
　　7)為了減輕發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)的損傷，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的電流互感器應(yīng)布置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。為了便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障，用于測(cè)量?jī)x表的電流互感器宜裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)。