電氣工程及其自動(dòng)化：1000A測(cè)量級(jí)電流互感器研究與設(shè)計(jì)

1、 沈陽(yáng)化工大學(xué) 本科畢業(yè)論文題 目： 1000a測(cè)量級(jí)電流互感器研究與設(shè)計(jì) 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣0703 學(xué)生姓名： xxxxx 指導(dǎo)教師： xxxxx 論文提交日期：2013年 6 月 25 日論文答辯日期：2013年 6 月 28 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)電氣0703班學(xué)生：xxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：1000測(cè)量級(jí)電流互感器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：電流互感器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，電磁場(chǎng)基本知識(shí)，電流互感器工作原理，電流互感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程及參數(shù)計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：電流互感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)。包括一次繞組設(shè)計(jì)、二次繞組

2、設(shè)計(jì)及誤差分析計(jì)算等起止時(shí)間：2013年 3月- 2011年 6月指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日教研主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長(zhǎng)： 簽字 年 月 日摘要 電流互感器是電力系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)備，起到測(cè)量和保護(hù)作用，是用來(lái)測(cè)量電路中電流大小的裝置。當(dāng)某一電路中的電流過(guò)大以至于不能通過(guò)儀器直接測(cè)量出來(lái)，這時(shí)在電路中電流互感器的另一側(cè)會(huì)準(zhǔn)確地產(chǎn)生成比例的小電流，這樣就可以方便直接用儀器測(cè)量并記錄。電流互感器同時(shí)可以隔絕待測(cè)電路中可能出現(xiàn)的高電壓，以便保護(hù)測(cè)量?jī)x器。 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)600a電流互感器的分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)1000a測(cè)量級(jí)的電流互感器。通過(guò)了解電流互感器的發(fā)展趨勢(shì)，電磁場(chǎng)的基本知識(shí)，所需

3、材料的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算鐵心截面積，繞線長(zhǎng)度，平均磁路長(zhǎng)，繞組阻抗，以及0.5準(zhǔn)確級(jí)時(shí)對(duì)應(yīng)的5%，20%，100%，120%倍額定電流及0.25倍額定電壓，120%倍額定電流時(shí)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，鐵損角及誤差。通過(guò)計(jì)算出的比差值和相位差與誤差限制表進(jìn)行對(duì)比，得到所計(jì)算的誤差處在誤差限制之內(nèi)。 通過(guò)對(duì)1000a測(cè)量級(jí)電流互感器的設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)電流互感器的深入了解，對(duì)以后從事相關(guān)行業(yè)起到重要的幫助。 關(guān)鍵詞：電流互感器；設(shè)計(jì)；測(cè)量abstractcurrent transformer is the key basic instrument in electrical power system. cur

4、rent transformer is used for measurement and protection. it is a instrument used for measuring the current in a circuit. when current in a circuit is too high to directly apply to measuring instruments, a current transformer produces a reduced current accurately proportional to the current in the ci

5、rcuit, which can be conveniently connected to measuring and recording instruments. a current transformer also isolates the measuring instruments from what may be very high voltage in the monitored circuit. current transformers are commonly used in metering and protective relays in the electrical pow

6、er industry.this project is based on the analysis of a 600a current transformer, and then makes a design of a 1000a current transformer. through the understanding of the development of current transformers and the basic knowledge of electromagnetic field to get the parameters of the material. and ca

7、lculate responding current of 5%, 20%, 100%,120% when it at the accuracy of 0.5, and the magnetic power at 120% and the errors. through the results of errors and comparing with the diagram we have already got . through achieve above projects, to make the design of 1000a current transformer come true

8、. the significance of the this design of current transformer is to get a more completed understanding of it, maybe of a help in the future.keywords: current transformer; design; measure目 錄第一章 緒論11.1 本課題研究的背景意義11.2 我國(guó)電流互感器行業(yè)研究發(fā)展過(guò)程以及發(fā)展趨勢(shì)21.2.1我國(guó)電流互感器研究發(fā)展過(guò)程21.2.2 發(fā)展趨勢(shì)41.3 課題的主要研究工作5第二章 電流互感器的理論62.1 電磁場(chǎng)

9、的基本概念62.2 電與磁的關(guān)系62.3 電流互感器的基本原理62.3.1 電流互感器的用途，分類62.3.2 電流互感器的工作原理82.3.3 電流互感器的電與磁的關(guān)系102.4 電流互感器的誤差特性122.4.1 穩(wěn)定狀態(tài)下的電流互感器的誤差122.4.2誤差計(jì)算13第三章 電流互感器的設(shè)計(jì)流程及參數(shù)計(jì)算143.1 繞組設(shè)計(jì)計(jì)算143.2 誤差計(jì)算163.2.1. 電流互感器設(shè)計(jì)163.2.2 計(jì)算203.3 1000a/5a ct的主要參數(shù)和誤差分析計(jì)算結(jié)果22第4章 結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝26 第一章 緒論第一章 緒論1.1 本課題研究的背景意義隨著我國(guó)1000kv交流高壓試驗(yàn)示范工

10、程的啟動(dòng)，使得我國(guó)成為世界電網(wǎng)建設(shè)的中心。而前不久游海嘯造成的日本福島核電站設(shè)施毀壞，導(dǎo)致核泄漏，使人民群眾不得不對(duì)核電站感到恐慌，而最近我國(guó)南方出現(xiàn)了大面積的停電事件，這也對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)公司對(duì)電力系統(tǒng)的安全性能提出更高的要求；為了緩解供電緊張的局面，我國(guó)將在未來(lái)幾年里將有一定數(shù)量的大型火力發(fā)電機(jī)組和核電項(xiàng)目投入建設(shè)，根據(jù)有關(guān)部門的資料顯示，我國(guó)將在今后每年新建35kv-500kv變電站1160個(gè)，新增發(fā)電機(jī)組271臺(tái)，并且以5%-15%的速度增長(zhǎng)，由于作為電力輸變電設(shè)備的重要的組成部分，對(duì)互感器的設(shè)計(jì)和完善也就提上了日程。我國(guó)的電力互感器用量以8%的速度增長(zhǎng)，2006年全國(guó)互感器產(chǎn)值近20個(gè)

11、億左右，近150家互感器制造廠在生產(chǎn)10kv及以上電壓等級(jí)產(chǎn)品。電流互感器是各種保護(hù)裝置和測(cè)量?jī)x表中的重要裝置，是反應(yīng)一次系統(tǒng)真實(shí)電流信號(hào)的接口元件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)監(jiān)控，保護(hù)，錄波和測(cè)距等技術(shù)領(lǐng)域。它在運(yùn)行過(guò)程中能否真實(shí)反應(yīng)一次電流，對(duì)繼電保護(hù)裝置和正確動(dòng)作起著決定性的作用。尤其是在超高壓，大容量系統(tǒng)中，一方面由于傳輸容量的增大，使得一次電流迅速增加，這需要有電流互感器；另一方面，在使用電流互感器的同時(shí)還需要對(duì)電流互感器進(jìn)行保護(hù)，以確保電流互感器能夠正常工作，從而保證對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。1.2 我國(guó)電流互感器行業(yè)研究發(fā)展過(guò)程以及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 我國(guó)電流互感器研究發(fā)展過(guò)程我國(guó)互感器的整

12、體技術(shù)水平有了更大的提高，品種日益增加。各互感器制造廠也不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和完善，我國(guó)已具有現(xiàn)在國(guó)際上互感器行業(yè)最高電壓等級(jí)的產(chǎn)品制造能力。 50年代初期，互感器制造僅是按得到的樣機(jī)及資料仿制，品種少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，未形成系列。沈陽(yáng)變壓器廠在1953年翻譯了蘇聯(lián)圖紙，建立起仿蘇的產(chǎn)品系列并開始試制，并于1956年試制成功仿蘇220kv油浸絕緣電壓互感器，1958年試制成功仿蘇220kv油浸絕緣電流互感器。 自此，中國(guó)已可以制造0.5kv220kv各種規(guī)格的電流互感器和電壓互感器并形成了系列。 1958年后開始在仿制產(chǎn)品的基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)。沈陽(yáng)變壓器廠、華通開關(guān)廠試制成功l0kv環(huán)氧樹脂澆注電流互感器

13、，取代了仿蘇產(chǎn)品。同時(shí)對(duì)油浸絕緣互感器進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)，形成了新的互感器系列。 60年代后，沈陽(yáng)變壓器研究所先后組織了多次全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，完成了0.5kv干式電流、電壓互感器，l0v澆注絕緣電流、電壓互感器，35kv油浸絕緣電流、電壓互感器，110kv油浸絕緣電流、電壓互感器新系列的設(shè)計(jì)、試制，提高了產(chǎn)品的技術(shù)性能，使產(chǎn)品更符合中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要。 1970年后，我國(guó)互感器的整體技術(shù)水平有了更大的提高，品種日益增加。沈陽(yáng)變壓器廠先后又試制成功330kv和500kv油紙絕緣電流互感器。西安電力電容器廠也試制成功500kv電容式電壓互感器。 隨著城市供電系統(tǒng)的發(fā)展需要，我國(guó)開始發(fā)展使用sf6組合電器。

14、1973年，西安高壓開關(guān)廠研制的110kvsf6組合電器在湖北丹江口水電站投入運(yùn)行。與組合電器配套的110kvsf6氣體絕緣電壓互感器和電流互感器于1979年在上?；ジ衅鲝S試制成功，以后又試制成功220kvsp6氣體絕緣電壓互感器和電流互感器。 為了進(jìn)一步提高互感器技術(shù)水平，我國(guó)開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的互感器制造技術(shù)。1979年沈陽(yáng)變壓器廠從法國(guó)阿爾斯通公司引進(jìn)了500kv油浸絕緣電流互感器制造技術(shù)。上?；ジ衅鲝S于1984年從德國(guó)mwb公司引進(jìn)了72.5kv-500kvsp6氣體絕緣互感器制造技術(shù)，又從瑞士bbc公司引進(jìn)了l0kv-35kv澆注絕緣互感器制造技術(shù)。之后，天津互感器廠、沈陽(yáng)互感器廠、江

15、西互感器廠等先后從國(guó)外引進(jìn)了澆注絕緣互感器制造技術(shù)，北京互感器廠還引進(jìn)了西門子油浸絕緣互感器制造技術(shù)。 1993年，上?；ジ衅鲝S與德國(guó)mwb公司合資，成立了上海mwb互感器有限公司。引進(jìn)的72.5kv750kv獨(dú)立式sf6氣體互感器制造技術(shù)，在國(guó)內(nèi)制造并于1995年投入運(yùn)行。2000年，上?；ジ衅鲝S與傳奇集團(tuán)（trench）擴(kuò)大合資，引進(jìn)瑞士haefely35kv550kv油浸絕緣電流互感器、油浸絕緣電壓互感器、電容式電壓互感器、套管及電抗器制造技術(shù)。 1964年，我國(guó)制定了第一個(gè)互感器產(chǎn)品的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)jb572575-1964，但它只是在蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)foct基礎(chǔ)上作了少量改動(dòng)、翻譯而成。197

16、5年根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展需要互感器行業(yè)的實(shí)際技術(shù)水平，對(duì)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)jb572-575-1964作了修改后上升為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gbl207-1975電壓互感器和gbl208-1975電流互感器。1986年對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行較大幅度更改，修訂為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gbl207-1986電壓互感器和gbl208-1987電流互感器，等效采用了iec標(biāo)準(zhǔn)185、186。1997年又對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大幅度更改，修訂為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gbl207-1997電壓互感器和gbl208-97電流互感器，等同采用了iec標(biāo)準(zhǔn)iecl85：1987和iec186：1987。 互感器制造業(yè)的發(fā)展歷程是從零星制造到專業(yè)化生產(chǎn)直至大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量多

17、年來(lái)也不斷提高，基本上達(dá)到了互感器產(chǎn)品質(zhì)量分等標(biāo)準(zhǔn)要求。70年代末至80年代初，互感器行業(yè)進(jìn)行過(guò)三次規(guī)模較大的行業(yè)質(zhì)量檢查，對(duì)互感器行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)分批進(jìn)行了質(zhì)量抽查，促進(jìn)了各企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平的提高。 科研工作是每個(gè)行業(yè)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品質(zhì)量提高的根本。在我國(guó)互感器制造業(yè)形成規(guī)模數(shù)量后，鑒于標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，以及產(chǎn)品在制造、運(yùn)行中發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，有針對(duì)性地開展科研工作就顯得特別重要。沈變所曾組織行業(yè)力量對(duì)行業(yè)共存的難題不斷進(jìn)行研究、攻關(guān)。先后對(duì)澆注絕緣互感器的局部放電、油浸絕緣互感器產(chǎn)品的局部放電、內(nèi)部含水量、含氣量及介損等影響互感器質(zhì)量的因素，通過(guò)集中行業(yè)力量分析其產(chǎn)生原因、防止方法及探索

18、檢測(cè)段等，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，取得了較大收獲，研制了局部放電專用的測(cè)試儀器。有的生產(chǎn)企業(yè)已把它與計(jì)算機(jī)配套使用，但精確計(jì)算及定量、定位測(cè)量尚待進(jìn)一步研究。 對(duì)于互感器的誤差測(cè)試，國(guó)外已普遍使用自動(dòng)檢測(cè)、顯示及輸出裝置，我國(guó)曾引進(jìn)過(guò)樣。有些單位也自行研制了數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示及輸出裝置，并已有專業(yè)制造單位，為組建互感器生產(chǎn)線提供了適用的測(cè)試手段。目前，這些裝置已在大多數(shù)互感器專業(yè)制造廠廣泛得到使用。原沈陽(yáng)變壓器廠在500kv電流互感器研制過(guò)程中，著重地作了研究并提出了設(shè)計(jì)和制造方法。 目前，上海mwb互感器有限公司通過(guò)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)也已掌握了設(shè)計(jì)、制造保證暫態(tài)特性的電流互感器的技術(shù)，并能設(shè)計(jì)、制造發(fā)電機(jī)

19、保護(hù)用保證暫態(tài)特性的大電流互感器。1997年我國(guó)頒布實(shí)施了等同采用iec44-6：1992標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gbl6847-1997保護(hù)用電流互感器暫態(tài)特性技術(shù)要求。 變電所從1970年就開始研究光電式互感器，以后在清華大學(xué)、四平電業(yè)局的積極協(xié)作下，1979年研制出第一臺(tái)樣機(jī)。90年代后，新一代的光電式互感器又引起重視。不少制造廠及大專院校相繼研制、開發(fā)了光電式互感器，也有一些投入試運(yùn)行。但終因國(guó)內(nèi)元器件性能較差、不穩(wěn)定，暫時(shí)處于重新擬定方案的狀態(tài)。 當(dāng)前，國(guó)際上正在開發(fā)新型原理、結(jié)構(gòu)的低阻抗互感器（即lopo），其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品體積小、性能穩(wěn)定、造價(jià)低廉，可望在不久的將來(lái)會(huì)成為互感器新的品種，也

20、會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用?？傊?，回顧40多年的我國(guó)互感器發(fā)展史，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)互感器行業(yè)通過(guò)幾個(gè)階段的發(fā)展已在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位1。1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)目前的發(fā)展趨勢(shì)是：電力設(shè)計(jì)部門采用高速差動(dòng)保護(hù)，減少繼電保護(hù)裝置功率消耗，采用新原理保護(hù)裝置，以適應(yīng)電流互感器暫態(tài)性能或降低對(duì)電流互感器暫態(tài)性能的要求?；ジ衅髦圃鞆S商與電力用戶商制定合理的電流互感器使用技術(shù)條件，生產(chǎn)不同的鐵心型式和規(guī)格的產(chǎn)品，供電力設(shè)計(jì)部門選用，保證發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。針對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)可以預(yù)測(cè)：在不久的將來(lái)，傳統(tǒng)型的ct將逐步地淡出電力系統(tǒng)，新型實(shí)用的互感器將取而代之。但是，新型的技術(shù)發(fā)展到成熟階段總

21、需要一定的時(shí)間。傳統(tǒng)型電流互感器就經(jīng)歷了數(shù)百年的發(fā)展，而基于faraday磁光效應(yīng)的新型光電電流互感器才出現(xiàn)了幾十年，在很多方面還不完善。全光型電流互感器實(shí)現(xiàn)的最大困難是其本身的光學(xué)系統(tǒng)折射效應(yīng)會(huì)隨環(huán)境因素變化而變化，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。其根本原因在于光纖的線性雙折射效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響：降低系統(tǒng)靈敏度、可靠性和穩(wěn)定性，使測(cè)量結(jié)果與被測(cè)電流在光路內(nèi)的位置有關(guān)等。研究表明：光纖的線性雙折射效應(yīng)可分為內(nèi)在和外在兩類。內(nèi)在線性雙折射是由于制備光纖過(guò)程中引入的光纖不完備性引起的，諸如纖芯的非圓度和光纖內(nèi)部非對(duì)稱性應(yīng)力等；而外在線性雙折射則由光纖的彎曲、環(huán)境溫度、壓力、振動(dòng)等外部非對(duì)稱性橫向

22、壓力引起?？梢?jiàn)，產(chǎn)生線性雙折射效應(yīng)的原因是復(fù)雜的、多方面的，要建立起完善的光纖線性雙折射效應(yīng)的表達(dá)式，克服線性雙折射效應(yīng)的影響是非常困難的2-5。1.3 課題的主要研究工作 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)1000a/5a電流互感器，對(duì)此不僅要理解電流互感器的基本原理，也要對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行深入的理解。而且還要準(zhǔn)確計(jì)算出在0.5準(zhǔn)確級(jí)時(shí)所對(duì)應(yīng)的誤差計(jì)算,并且對(duì)所測(cè)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。33沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電流互感器的理論第二章 電流互感器的理論2.1 電磁場(chǎng)的基本概念 電磁場(chǎng)，electromagnetic field，是有內(nèi)在聯(lián)系，相互依存的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的統(tǒng)一體和總稱。隨時(shí)間變化的電

23、場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，兩者互為因果，形成電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)可以由變速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子引起，也可以由強(qiáng)弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場(chǎng)總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場(chǎng)是電磁作用的媒介物，具有能量和動(dòng)量，是物質(zhì)存在的一種型式。電磁場(chǎng)的性質(zhì)，特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律是有麥克斯韋方程組確定。2.2 電與磁的關(guān)系 從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會(huì)釋出電磁波。電與磁可說(shuō)是一體兩面，變動(dòng)的電會(huì)產(chǎn)生磁，變動(dòng)的磁則會(huì)產(chǎn)生電。2.3 電流互感器的基本原理2.3.1 電流互感器的用途，分類 電流互感器的用途，在正常條件下使用時(shí)，二次電流實(shí)質(zhì)上與一次電流成正比；而

24、在正確接線時(shí)，二次電流對(duì)一次電流的相位差接近于零的互感器叫做電流互感器。電流互感器的一次繞組串聯(lián)在回路里，二次繞組要經(jīng)過(guò)某些負(fù)荷（測(cè)量?jī)x表和繼電器）而閉合，并保證通過(guò)的負(fù)荷電流與一次繞組的電流成正比。通過(guò)圖2.1來(lái)具體說(shuō)明ct的應(yīng)用。圖2.1為一臺(tái)電流互感器的應(yīng)用接線示意圖。二次繞組是測(cè)量用繞組，接至保護(hù)繼電器。當(dāng)電力線路正常工作時(shí)，二次電流不大，繼電器不會(huì)動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)是打開的，斷路器的跳閘線圈沒(méi)有電流，斷路器處于接通狀態(tài)?；ジ衅鞯木€路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載，就有很大的電流經(jīng)過(guò)ct的一次繞組，二次電流也將增加許多，當(dāng)二次電流增加到等于或大于繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，繼電器動(dòng)作將常開觸點(diǎn)接通，斷路器跳

25、閘線圈跳過(guò)電流，跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作，斷路器跳閘。將故障線路從電力系統(tǒng)中切斷。值得注意的是，ct在運(yùn)行中如果二次不接負(fù)荷，則必須可靠地短接，決不允許開路，因?yàn)槎螞](méi)有電流，一次安匝全部用來(lái)勵(lì)磁。圖 2.1 ct的應(yīng)用 圖 2.2 二次開路時(shí)的磁通和電動(dòng)勢(shì)波形電流互感器的分類. 按用途分 測(cè)量用電流互感器 在測(cè)量交變電流的大電流時(shí),為便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流（我國(guó)規(guī)定電流互感器的二次額定為5a或1a），另外線路上的電壓都比較高，如果直接測(cè)量是非常危險(xiǎn)的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。 它是電力系統(tǒng)中測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比

26、例轉(zhuǎn)換成低電流，電流互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)等。 保護(hù)用電流互感器保護(hù)用電流互感器主要與繼電裝置配合，在線路發(fā)生短路過(guò)載等故障時(shí)，向繼電裝置提供信號(hào)切斷故障電路，以保護(hù)供電系統(tǒng)的安全。保護(hù)用微型電流互感器的工作條件與測(cè)量用互感器完全不同，保護(hù)用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時(shí)才開始有效的工作。保護(hù)用互感器主要要求：a. 絕緣可靠b. 足夠大的準(zhǔn)確限值系數(shù)c. 足夠的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性保護(hù)用電流互感器分為：a. 過(guò)負(fù)荷保護(hù)電流互感器b. 差動(dòng)保護(hù)電流互感器c. 接地保護(hù)電流互感器. 裝置種類分 戶內(nèi)式，即只能安裝于戶內(nèi)的電流互感器，其額定電壓一般不高于35k

27、v。 戶外式，即可以在戶外安裝使用的電流互感器，電壓一般在35kv以上。. 按絕緣介質(zhì)分，可以分：油絕緣，澆注絕緣，一般干式絕緣，瓷絕緣，氣體絕緣等。.按結(jié)構(gòu)形式分，可分為：支柱式，母線式，套管式，正立式，倒立式6。2.3.2 電流互感器的工作原理在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬(wàn)安都有。為便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓都比較高如直接測(cè)量是非常危險(xiǎn)的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。較早前，顯示儀表大部分是指針式的電流電壓表，所以電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級(jí)的（如5a等）。現(xiàn)在的電量測(cè)量大多數(shù)字化，而計(jì)算機(jī)的采樣的信號(hào)一般為毫安級(jí)（0-

28、5v、4-20ma等）。微型電流互感器二次電流為毫安級(jí)，主要起到互感器與采樣之間的橋梁作用。 微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。微型電流互感器與變壓器類似，也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了。額定的二次電流標(biāo)準(zhǔn)電流值為1a和5a，以5a為優(yōu)先值，這樣可以減少儀表和繼電器的尺寸，也可以簡(jiǎn)化其規(guī)格，有利于儀表和繼電器的小型化，標(biāo)準(zhǔn)化。因此電流互感器的主要作用是：a. 傳遞信息給測(cè)量?jī)x表或保護(hù)控制裝置：b. 使測(cè)量和保護(hù)與高壓電力線路相隔離；c. 有利于儀表和保護(hù)繼電器的小型化，標(biāo)準(zhǔn)化。圖2.3 電流互感器的工作原理圖2.4 電流互感器的等效電路

29、圖2.3.3 電流互感器的電與磁的關(guān)系在圖2.3中，當(dāng)電流i1流過(guò)互感器的一次繞組時(shí)，建立一次磁動(dòng)勢(shì)，i1與一次繞組匝數(shù)n1的乘積就是一次磁動(dòng)勢(shì)，也稱一次安匝。一次磁動(dòng)勢(shì)分為兩部分，其中一小部分用來(lái)勵(lì)磁，使鐵心中產(chǎn)生磁通；另一部分用來(lái)平衡二次磁動(dòng)勢(shì)。二次磁動(dòng)勢(shì)也稱為二次安匝，是二次電流i2與二次繞組匝數(shù)n2的乘積。用以勵(lì)磁的里此次董事也可稱為勵(lì)磁安匝，等于勵(lì)磁電流i0與一次繞組匝數(shù)n1的乘積，用于平衡二次磁動(dòng)勢(shì)的這一部分的一次磁動(dòng)勢(shì)，其大小與二次磁動(dòng)勢(shì)相等，但是方向相反，具體的磁動(dòng)勢(shì)平衡可用下列公式說(shuō)明： (2-1) 式中i1，i2，i0- 二次電流和勵(lì)磁電流的相量(a)，如用復(fù)數(shù)表示既可表示

30、大小還可表示相位;n1，n2二次繞組匝數(shù); 如果忽略很小的勵(lì)磁安匝，并且只考慮一、二次電流大小之間的關(guān)系 式可簡(jiǎn)寫為: (2-2)若以額定值表示: (2-3)額定一次電流與額定二次電流之比稱為電流互感器的額定電流比,用kn 表示： (2-4)圖 2.5 電流互感器的向量圖但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，這一小部分的勵(lì)磁電流是不能忽略不計(jì)的，現(xiàn)在我們討論電流互感器的相量圖，圖2.5中給出了較為完整的電流互感器的相量圖，這個(gè)相量圖為一次側(cè)各量折算到二次側(cè)后所得的相量圖，折算關(guān)系如下: (2-5) (2-6) (2-7) (2-8) (2-9) (2-10) 根據(jù)現(xiàn)有的電工知識(shí)可以知道，勵(lì)磁電流i0在鐵心中建立

31、起主磁通，這個(gè)磁通同時(shí)穿過(guò)一次和二次繞組的全部線匝，故稱為主磁通0。鐵心材料有磁滯和渦流損耗，勵(lì)磁電流中有一部分是供給這些損耗所必需的，稱之為有功分量;另一部分是用勵(lì)磁的，稱之為無(wú)功分量;這兩個(gè)分量的相量和才是i0，所以勵(lì)電流與主磁通相差一個(gè)角，這個(gè)角稱為鐵損角。主磁通在二次繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e2。在相位上，e2滯后于主磁通90o角。 電流互感器的一次線圈通過(guò)的電流是待測(cè)的網(wǎng)路電流，它與互感器二次側(cè)的負(fù)荷無(wú)關(guān)，即電流互感器的一次側(cè)是接電流源的，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電勢(shì)方程式為: (2-11)或用有效值表示為： (2-12) e2. 12一二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(v)和電流的相量（a） e2,i2一二次感應(yīng)電動(dòng)

32、勢(shì)(v)和電流(a)的有效值 z2一二次繞組內(nèi)阻抗，也是一個(gè)復(fù)數(shù)量 zb一二次負(fù)荷阻抗，復(fù)數(shù)量 r2,rb一二次繞組電阻和二次負(fù)荷電抗 x2,xb一二次繞組電抗和二次負(fù)荷電抗 因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，電抗x2和xb都是電感性的，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定用電感性負(fù)荷(功率因數(shù)為0.8)來(lái)測(cè)量互感器的誤差，所以在圖2.4中二次電流相量滯后二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)角， (2-13) 一次電流i1應(yīng)是i0與(-i2)之和，所以一次電流i1與(-i2)相差b角。由圖2.5可見(jiàn)，由于勵(lì)磁電流i0的存在，一、二次電流在大小和相位上都出現(xiàn)了差別。電流大小的差別就是電流變換出現(xiàn)了誤差，相位差別就是相位差，在討論電流互感器的誤差特性一節(jié)

33、中，我們將詳細(xì)說(shuō)明。2.4 電流互感器的誤差特性2.4.1 穩(wěn)定狀態(tài)下的電流互感器的誤差 表2.1 測(cè)量級(jí)誤差計(jì)算點(diǎn)準(zhǔn)確級(jí)誤差計(jì)算點(diǎn)額定電流的百分?jǐn)?shù) % 二次負(fù)荷范圍 0.2s；0.5s0.1；0.2；0.5；13；51；5；20；100；1201205；20；100；12012050；120 額定負(fù)荷 四分之一額定負(fù)荷額定負(fù)荷 四分之一額定負(fù)荷 額定負(fù)荷 理想的電流互感器，在變換電流時(shí)沒(méi)有能量消耗，一次磁勢(shì)與二次磁勢(shì)在數(shù)量上相等，繞組中電流與匝數(shù)成反比，互感器沒(méi)有誤差。但是，在實(shí)際的電流互感器中，由于鐵心中產(chǎn)生磁通、鐵心發(fā)熱和交變勵(lì)磁以及二次繞組和二次回路導(dǎo)線的發(fā)熱，電流變換將消耗附加磁勢(shì)，

34、電流互感器繞組中電流與匝數(shù)不成反比，這就造成了電流變換中存在誤差。但設(shè)計(jì)電流互感器時(shí)應(yīng)能保證其有一定的準(zhǔn)確度，這才能保證測(cè)量精確，或保護(hù)裝置正確地動(dòng)作，因此電流互感器誤差必須在一定的限值內(nèi)。gb1208- 87規(guī)定測(cè)量用電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)有:0.1, 0.2, 0.5,1, 3和5級(jí)，0.1級(jí)5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，負(fù)荷的功率因數(shù)為0.8。 電流誤差 從電流互感器的工作原理知道，只有當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)，二次電流乘以額定電流比等于實(shí)際的一次電流，由于勵(lì)磁電流總是存在，所以二次電流乘以額定電流比總是小于實(shí)際一次電流，也就是說(shuō)，電流誤差總是負(fù)值，只有在采取了特殊的誤差補(bǔ)償措施以后，才可能出現(xiàn)正值電流誤差。 相位

35、誤差 相位差的定義是:互感器的一次電流與二次電流相量的相位之差。相量方向以理想狀態(tài)下互感器的相位差為零來(lái)確定。當(dāng)二次電流相量超前一次電流相量時(shí)，相位差為正值，它通常以分或厘弧度表示。 在此特別要說(shuō)一點(diǎn):相位差的定義只在電流為正弦波形時(shí)正確。因?yàn)楫?dāng)電流不是正弦波形時(shí)，就不能用相量圖表示它們之間的關(guān)系。2.4.2誤差計(jì)算根據(jù)前面的誤差定義和參照互感器的相量圖，其中式的誤差定義包含了比值差和相位差的相量式，比值差和相位差的計(jì)算公式如下:比值差： (2-14)相位差： (2-15) 為了減少誤差，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上就要盡可能減少二次繞組阻抗，減少磁路長(zhǎng)度，增加鐵心面積，而且要選用磁導(dǎo)率高的鐵心材料。實(shí)際上，

36、上面所說(shuō)的這些措施是相互影響的，例如增加鐵心截面積必將使二次繞組電阻和電抗增加，而且還可能增加磁路長(zhǎng)度，這又部分地抵消了增加鐵心截面的效果7。沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電流互感器的設(shè)計(jì)流程及參數(shù)計(jì)算第三章 電流互感器的設(shè)計(jì)流程及參數(shù)計(jì)算 本章將簡(jiǎn)要說(shuō)明電流互感器的設(shè)汁計(jì)算步驟和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要考慮的若干問(wèn)題，并主要通過(guò)誤差計(jì)算和絕緣計(jì)算實(shí)例說(shuō)明有關(guān)的計(jì)算方法和計(jì)算公式的應(yīng)用。3.1 繞組設(shè)計(jì)計(jì)算繞組設(shè)計(jì)的步驟一般是: 確定繞組額定匝數(shù)。對(duì)某些電流互感器，如母線型、套管型互感器，以及單匝貫穿式電流互感器，一次繞組只有一匝，其額定安匝（in）1n，已是定數(shù)，即 (3-1) 對(duì)多匝式電流互感器.

37、則需先初選一個(gè)額定安匝，由此計(jì)算一、.二次繞組額定匝數(shù)。額定安匝的選取需考慮各方面的因數(shù)。從保證產(chǎn)品的誤差性能出發(fā)，要求額定安匝高，但高額定安匝卻不易滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。準(zhǔn)確級(jí)高的產(chǎn)品要取較高的額定安匝，準(zhǔn)確級(jí)低的產(chǎn)品可取較低的額定安匝，電壓較低的產(chǎn)品，主絕緣距離小，鐵心的平均磁路長(zhǎng)短，取較低的額定安匝比較容易滿足誤差性能要求，電壓較高的產(chǎn)品在誤差性能要求相同的條件下則要困難些，采用導(dǎo)磁性能好的材料可取較低的額定安匝，反之則要取較高的額定安匝對(duì)于有多個(gè)額定變比的系列產(chǎn)品，還必須考慮取合適的額定安匝.以減少二次繞組規(guī)格，額定安匝數(shù)高意味著繞組用銅量增加，成本提高?？傊?，額定安匝數(shù)是與產(chǎn)品技術(shù)性和產(chǎn)品

38、成本密切相關(guān)的參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)要通過(guò)多方案比較.才能得到經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。表3-1給出的是鐵心采用冷軋硅鋼板，額定二次電流為5a,準(zhǔn)確級(jí)為0.5，不同額定二次負(fù)荷下的額定安匝初選參考值。 表3-1 額定安匝初選參考值額定二次符合初選額定安匝0.40.61.22300400600800800100010001200 選取額定安匝后，按下式計(jì)算一、二次繞組額定匝數(shù) (3-2) (3-3)式中 n1n 額定一次匝數(shù); n2n 額定一氣次匝數(shù); i1n 額定一次電流，a: i2n 額定二次電流，a 已知一次繞組匝數(shù)后，根據(jù)額定連續(xù)熱電流和額定短時(shí)熱電流要求選擇一次導(dǎo)體截面和規(guī)格:已知一次繞組匝數(shù)后，先根

39、據(jù)誤差和溫升要求選擇二次導(dǎo)線截面和規(guī)格。 按結(jié)構(gòu)要求確定繞組結(jié)構(gòu)型式。 計(jì)算一次繞組絕緣。 設(shè)計(jì)二次繞組要與鐵心設(shè)計(jì)和誤差計(jì)算結(jié)合進(jìn)行)。3.2 誤差計(jì)算3.2.1. 電流互感器設(shè)計(jì) 計(jì)算鐵心截面。根據(jù)誤差要求和準(zhǔn)備采用的鐵心材料的性能初選鐵心截面。當(dāng)無(wú)其它參考數(shù)據(jù)時(shí)?？捎孟率阶鞒醪焦浪?。 (3-4) 式中 k2z考慮繞組內(nèi)阻抗的系數(shù)， ace鐵心截面，cm2 i2n額定二次電流，a; z2n額定一次負(fù)荷,: f 額定頻率，hz; n2n額定二次匝數(shù); b 初選的額定磁密. t 初選的額定磁密值，依準(zhǔn)確級(jí)和鐵心材料而定，對(duì)于o.5級(jí)鐵心。采用冷軋硅鋼板時(shí)，可初步取bn=0.2t。更高的準(zhǔn)確級(jí)，

40、或有儀表保安系數(shù)要求時(shí).則應(yīng)選用高導(dǎo)磁材料，如超微晶合金或玻莫合金。 確定鐵心幾何尺寸。鐵心窗口(或內(nèi)徑應(yīng)保證一、二次繞組之間有足夠的絕緣距離并有適當(dāng)?shù)难b配間隙。內(nèi)窗口尺寸確定后，根據(jù)所需的截面以及結(jié)構(gòu)要求確定鐵心的外框(或外徑)和高度。在比較準(zhǔn)確地確定鐵心尺寸以后。再對(duì)二次繞組設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，確定繞組尺寸。鐵心和二次繞組尺寸確定后即可計(jì)算誤差。 計(jì)算鐵心參數(shù)，計(jì)算鐵心有效截面，平均磁路長(zhǎng)。 計(jì)算二次繞組電阻：計(jì)算二次繞組電阻時(shí)，銅導(dǎo)線電阻系數(shù)通常取55的值。即取= o.02 /m (3-5)式中 銅導(dǎo)線電阻系數(shù) l2 二次繞組導(dǎo)線平均匝長(zhǎng) n2n 額定二次匝數(shù) s2 泛次導(dǎo)線截面積 鐵心截面為

41、矩形的電流互感器。二次繞組平均匝長(zhǎng)的計(jì)算式為 (3-6) 圖3-1 鐵心截面為矩形的二次繞組 1二次導(dǎo)線 2層間絕緣 3鐵心 4鐵心絕緣 5鐵心面端絕緣 當(dāng)層數(shù)較多且各層匝數(shù)不等時(shí)，要分層計(jì)算平均匝長(zhǎng)和每層導(dǎo)線長(zhǎng)度，將各層導(dǎo)線長(zhǎng)相加得出二次導(dǎo)線總長(zhǎng)。然后計(jì)算電阻。當(dāng)二次引線較長(zhǎng)時(shí)，還應(yīng)將引線電阻計(jì)入。 計(jì)算二次漏抗：準(zhǔn)確計(jì)算二次漏抗是困難的，通常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值。 對(duì)于環(huán)形二次繞組，如果二次線匝均勻分布在整個(gè)鐵心的圓周上，且單匝一次繞組在鐵心中心穿過(guò)?；蚨嘣岩淮卫@組也均勻分布在整個(gè)鐵心的圓周上，可以認(rèn)為二次漏抗x2等于零、實(shí)際的繞組不可能如此完全對(duì)稱。 表3-2 環(huán)形二次繞組的

42、漏抗額定一次安匝 x2的近似值600600 0.05-0.1 0.1-0.2 計(jì)算二次負(fù)荷阻抗的電阻分量和電抗分量二按額定負(fù)荷和下限負(fù)荷分別計(jì)算 (3-7) (3-8) (3-9) (3-10) (3-11) 計(jì)算二次回路總電阻、總電抗和總阻抗以及相應(yīng)的阻抗角 (3-12) (3-13) (3-14) (3-15) (3-16) (3-17) (3-18) (3-19) 確定誤差計(jì)算點(diǎn)。不同準(zhǔn)確級(jí)有不同的誤差計(jì)算點(diǎn)，如果規(guī)定了額定擴(kuò)大一次電流值，則還應(yīng)計(jì)算額定擴(kuò)大一次電流下的誤差，計(jì)算不同電流和負(fù)荷下，gb12081997規(guī)定：額定擴(kuò)大一次電流下的誤差限值與120%額定電流下的限值相同，故計(jì)算

43、額定擴(kuò)大一次電流下的誤差時(shí)，應(yīng)增加額定負(fù)荷和四分之一額定負(fù)荷兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)。 計(jì)算不同電流和負(fù)荷下的二次感應(yīng)電勢(shì)。按下式計(jì)算二次感應(yīng)電勢(shì)e2， (3-20) 不同的準(zhǔn)確級(jí)有不同的計(jì)算點(diǎn) 計(jì)算不同電流和負(fù)荷下的磁密: (3-21)式中f 額定頻率。hz: n2n 額定二次匝數(shù): ac 鐵心有效截面積 由b查磁化曲線，得出磁場(chǎng)強(qiáng)度單位勵(lì)磁安匝)和鐵心損耗角圖3-2 磁化曲線 計(jì)算勵(lì)磁安匝 (3-22)式中h對(duì)應(yīng)于不同的計(jì)算磁密b時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度 ln平均磁路長(zhǎng) 計(jì)算電流誤差和相位差3.2.2 計(jì)算 選額定安匝，選定額定安匝為1000a，由此得出額定二次匝數(shù)n2n=1000/5=200額定二次匝數(shù)為200匝

44、，二次用兩根單線直徑為1.5/1.6mm的qq2漆包線并繞 鐵心計(jì)算。鐵心材料采用30qg120硅鋼板，估算鐵心截面 (3-23)計(jì)算出鐵心的截面積后，再來(lái)確定a, b的值，一般都是由經(jīng)驗(yàn)選取。環(huán)形鐵心的內(nèi)徑d或矩形鐵心的窗寬由一次和二次繞組的厚度、二者之間的間隙以及鐵心絕緣厚度確定;鐵心高度a(硅鋼片片寬)常取5的倍數(shù)；a /b取大于1。但a /b的比值不同，鐵心截面的周長(zhǎng)和鐵心的平均磁路長(zhǎng)度也就不同。前者影響二次繞組的用銅量和負(fù)荷誤差，而后者影響硅鋼片消耗量和空載誤差。當(dāng)a /b=1時(shí)，周長(zhǎng)最短，但平均磁路長(zhǎng)度增加；而a /b值大于1越多，則相反的結(jié)果越嚴(yán)重。為使有效材料消耗量和總誤差最小

45、，可以按鐵心截面周長(zhǎng)與鐵心磁路平均長(zhǎng)度之和為最小的原則，來(lái)確定a /b的比值，即確定鐵心截面最佳尺寸。鐵心截面周長(zhǎng)： (3-24)鐵心平均磁路長(zhǎng)： (3-25)令函數(shù) ： (3-26)當(dāng)鐵心內(nèi)直徑d己確定情況下，函數(shù)y的極小值，可對(duì)式子對(duì)b求一階導(dǎo)數(shù)等于零。即可得到： (3-27)得到b后，就可以得到a 初選鐵心尺寸為150/25030鐵心有效面積（取疊片系數(shù)為0.96）為a=（25-15）30.96=14.4cm平均磁路長(zhǎng)為l=（25+15）/2=62.83cm鐵心絕緣采用絕緣紙板，鐵心上下端面絕緣厚3mm，內(nèi)，外側(cè)厚2mm 二次阻抗計(jì)算，先計(jì)算繞線層數(shù)，鐵心包絕緣后內(nèi)徑為150-22=14

46、6mm 按內(nèi)徑展開長(zhǎng)排線計(jì)算可繞匝數(shù)，預(yù)計(jì)有效繞線角度為350o ，繞線取1.1，第一層可繞匝數(shù)為。 n=124即只需繞一層計(jì)算二次平均匝長(zhǎng) l2=185.1二次導(dǎo)線總長(zhǎng)為22.2m計(jì)算二次繞組電阻，已知導(dǎo)線截面積為3.53mm2 ，取二次引線截面2.5mm2 ，長(zhǎng)1m r2=0.134 取x2=0.05，z2=0.02計(jì)算額定負(fù)荷時(shí)的二次回路阻抗和阻抗角r2n=0.134+1.6=1.734x2n=0.05+1.2=1.25z2n=2.137=arctan1.25/1.734=35.79o 計(jì)算額定電流及額定負(fù)荷時(shí)的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2=52.137=10.685v 額定電流及額定負(fù)荷時(shí)的磁密 b=0.1424 由磁化曲線查得磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.0341.2=0.0408，鐵損角為47.4o （in）o=2.56 i=0.254%i=1.03 額定負(fù)荷下，5%，20%，120%額定電流時(shí)的誤差3.3 1000a/5a ct的主要參數(shù)和誤差分析計(jì)算結(jié)果 測(cè)量級(jí)誤差計(jì)算1.給定參數(shù) 額定電流比：1000/5a 準(zhǔn)確級(jí)：0.5 二次負(fù)荷：50va fs:無(wú)規(guī)定2.鐵心計(jì)算尺寸：150/ 25030 磁路長(zhǎng)：62.83 凈截面：14.4 材料：硅鋼片30qg120 鐵心絕緣：徑向2，軸向3 疊片系數(shù) 0.96 3