电流互感器原理介绍及检验的原则

1 前言

　　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Φm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Φm，但U1一定时，Φm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：

　　I1Wl＝I0Wl+(－I2W2) (1)
　　即I0＝I1+W2I2／Wl (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：
　　I1W1＝－I2W2
　　有：Il／I2＝－W2／W1

3 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，Ki＝I1n／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。 

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，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：S2≤S2n。
　　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0．1Ω，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／(Ωmm2)，铝线r＝32m(Ωmm2)，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最大复合误差ε%来标称的(如5P对应的ε%＝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ε%值。

　　电流互感器ε%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)2t≥I(3)∞tima

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φm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。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。