電流互感器原理及特性試驗(yàn)

1、一. 電流互感器基本原理為保證電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,需要對電力系統(tǒng)及其中各電力設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量,以便對其進(jìn)行必要的計(jì)量、監(jiān)控和保護(hù)。通常的測量和保護(hù)裝置不能直接接到高電壓大電流的電力回路上, 需將這些高電平的電力參數(shù)按比例變換成低電平的參數(shù)或信號,以供給測量儀器、儀表、繼電保護(hù)和其他類似電器使用。進(jìn)行這種變換的變壓器,通常稱為互感器或儀用變壓器?；ジ衅髯鳛橐环N特殊的變壓器,其特性與一般變壓器有類似之處,但也有其特定的性能要求。電流互感器(current transformer)簡稱CT,是將一次回路的大電流成正比的變換為二次小電流以供給測量儀器儀表繼電保護(hù)及其他類似電器。電流互感器的

2、基本電路如圖1-1 。電流互感器的一次繞組和二次繞組繞在同一閉合的鐵心上,如果一次繞組帶電而二次繞組開路,互感器成為一個(gè)帶鐵心的電抗器。一次繞組中的電壓降等于鐵心磁通在該繞組中引起的電動勢, 鐵心磁通也在二次繞組中感應(yīng)出相應(yīng)的電動勢。如果二次繞組的回路通過一個(gè)阻抗形成閉合回路，則二次回路中將產(chǎn)生一個(gè)電流，此電流在鐵心中產(chǎn)生磁通趨向于抵消一次繞組產(chǎn)生的磁通。忽略誤差時(shí)，二次回路電流與一次回路電流之比值等于一次繞組匝數(shù)與二次繞組匝數(shù)之比。電流互感器的用途是實(shí)現(xiàn)被測電流值的變換，與普通變壓器不同的是其輸出容量很小。一般不超過數(shù)十伏安。一組電流互感器通常有多個(gè)鐵心，即具有多個(gè)繞組，提供不同的用途。中壓

3、的（如10KV級）某些類型互感器可能只有13個(gè)二次繞組。而超高壓的電流互感器的二次繞組可多達(dá)68個(gè)。電流互感器的一次繞組通常串接于被測量的一次電路中,二次繞組通過導(dǎo)線或電纜串接儀表及繼電保護(hù)等二次設(shè)備。電流互感器二次電流在正常運(yùn)行及規(guī)定的故障條件下,應(yīng)與一次電流成正比,其比值和相位不超過規(guī)定值。電流互感器的額定一次電流和額定二次電流是作為互感器性能基準(zhǔn)的一次電流和二次電流。電流互感器按其用途和性能特點(diǎn)可分為兩大類:一類是測量用電流互感器,主要在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)將相應(yīng)電路的電流變換供給測量儀表積分儀表和其他類似電器,用于狀態(tài)監(jiān)視記錄和電能計(jì)量等用途。另一類是保護(hù)用互感器,主要在電力系統(tǒng)非正常運(yùn)

4、行和故障狀態(tài)下,將相應(yīng)電路的電流變換供給繼電保護(hù)裝置和其他類似電器,以便啟動有關(guān)設(shè)備清除故障,也可實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)視和錄波。測量用和保護(hù)用兩類電流互感器的工作范圍和性能差別很大一般不能共用。但可組裝在一組電流互感器內(nèi),由不同的鐵心和二次繞組分別實(shí)現(xiàn)測量和保護(hù)功能。二 .電流互感器技術(shù)參數(shù)及意義實(shí)際一次電流Ip 實(shí)際一次電流方均根值（有效值）；額定一次電流Ipn 作為電流互感器性能基準(zhǔn)的一次電流值，是長期連續(xù)正常運(yùn)行一次電流值；國標(biāo) GB1208-1997規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)值）：10 12.5 15 20 25 30 40 50 60 75A以及它們十進(jìn)制倍數(shù)或小數(shù)，一般 10-500kV電流互

5、感器額定一次電流50-2500A, 用于100-600MW大型發(fā)電機(jī)10-20kV出線側(cè)的電流互感器一次電流可達(dá)到6000-25000A。額定儀表限值一次電流IPL測量用電流互感器在二次負(fù)荷等于額定負(fù)荷，且復(fù)合誤差等于或大于10%時(shí)的最小一次電流值。儀表保安系數(shù)FS 測量用電流互感器額定儀表限值一次電流IPL對額定一次電流Ipn之比，標(biāo)準(zhǔn)值為5和10。額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal 保護(hù)用電流互感器在穩(wěn)態(tài)情況能滿足復(fù)合誤差要求的最大一次電流值； 準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf(或ALF) 保護(hù)用電流互感器額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal與額定一次電流Ipn之比，Kalf = Ipal /Ipn；標(biāo)準(zhǔn)值：5 1

6、0 15 20 30 ，產(chǎn)品樣本中最大可達(dá)到40。測量用電流互感器二次極限感應(yīng)電勢 儀表保安系數(shù)FS、二次額定電流及額定負(fù)荷與二次繞組阻抗的相量和乘積。保護(hù)用電流互感器二次極限感應(yīng)電勢 由準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf(或ALF) 、二次額定電流及額定負(fù)荷與二次繞組阻抗的相量和乘積。實(shí)際二次電流Is 測量條件下通過的實(shí)際二次電流方均根值（有效值）；額定二次電流Isn 作為電流互感器性能基準(zhǔn)的二次電流值，是長期連續(xù)正常運(yùn)行二次電流值； 額定電流比Kn kn= Ipn/ Isn;負(fù)荷 二次回路阻抗，用歐姆和功率因數(shù)表示。負(fù)荷通常以視在功率伏安值表示，它是在規(guī)定功率因數(shù)及額定二次電流下所汲取的。額定負(fù)荷 確定

7、互感器準(zhǔn)確等級所依據(jù)的負(fù)荷值。額定輸出在額定二次電流及接有額定負(fù)荷條件下，互感器所供給二次回路的視在功率值（在規(guī)定功率因數(shù)下以伏安表示）。標(biāo)準(zhǔn)值為：2.5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100 VA。電流誤差(比誤差)I I= （kn Is- Ip）/ Ip×100% ； 復(fù)合誤差c 穩(wěn)態(tài)條件下一次電流瞬時(shí)值ip與二次電流瞬時(shí)值is乘以Kn兩者之差的方均根值，準(zhǔn)確等級 對電流互感器所給定的等級，互感器在規(guī)定使用條件下的誤差應(yīng)在規(guī)定限度內(nèi)。對于測量用電流互感器，以額定一次電流情況下互感器二次側(cè)接入額定負(fù)荷(VA)時(shí)的二次電流誤差限值為互感器的準(zhǔn)確等級，（例如

8、15VA0.2級 、30VA 0.5級等）。標(biāo)準(zhǔn)值為：0.1 0.2 0.5 1 3 5。對于保護(hù)用電流互感器，以保護(hù)用互感器類型（P、PR、PX和TPS、TPX、TPY、TPZ等）、額定準(zhǔn)確限值一次電流下的復(fù)合誤差值、Kalf(或ALF) 準(zhǔn)確限值系數(shù)、 額定輸出（VA）等參數(shù)標(biāo)注準(zhǔn)確等級（例如：30VA 5P10、15VA 10P20等） 標(biāo)準(zhǔn)值為：5P 10P勵(lì)磁電流Ie 在一次繞組和其他繞組開路的情況下，以額定頻率的正弦波電壓時(shí)駕馭二次接線端子時(shí)，二次繞組所汲取的電流方均根值。三、電流互感器試驗(yàn)電流互感器試驗(yàn)分為出廠試驗(yàn)、交接驗(yàn)收試驗(yàn)、大修試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)。按試驗(yàn)性質(zhì)和要求分為絕緣試驗(yàn)

9、和特性試驗(yàn)。電流互感器特性試驗(yàn)項(xiàng)目包括：a. 測量二次繞組的直流電阻；b. 極性試驗(yàn)；c. 變比試驗(yàn)；d. 伏安特性試驗(yàn)。1.測量二次繞組的直流電阻：電流互感器的二次繞組直流電阻較小，應(yīng)使用雙臂電橋測試比較準(zhǔn)確。也可采用直流壓降法，通入直流電流，測量電流、電壓計(jì)算求得?，F(xiàn)場試驗(yàn)一般不要求測試。但是如果需要根據(jù)伏安特性繪制誤差特性曲線，使用到二次繞組直流電阻值。如果沒有互感器的出廠測試值，就要在現(xiàn)場測試二次繞組的直流電阻值。2.極性試驗(yàn)：極性試驗(yàn)的目的是為了檢查一、二次繞組之間的極性關(guān)系是否正確。電流互感器一、二次繞組規(guī)定為減極性。所謂減極性，就是當(dāng)從一側(cè)繞組的參考正極性端通入交流電流時(shí)，同時(shí)在

10、另一側(cè)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，如果另一側(cè)繞組外部端子接有負(fù)載或短接，將有電流從另一側(cè)繞組的參考極性端流出，由非極性端返回。兩側(cè)繞組電流所產(chǎn)生的磁勢相減。極性試驗(yàn)的方法一般采用直流法，試驗(yàn)接線如圖3。圖2圖3中電源E一般使用1.5-3V干電池，試驗(yàn)時(shí)加在匝數(shù)少的繞組側(cè)，匝數(shù)多的繞組側(cè)接一個(gè)直流電壓表，電壓表的量程根據(jù)兩側(cè)繞組匝數(shù)比確定，匝數(shù)比越大，量程選的越大。試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，如果電壓表V指針正偏轉(zhuǎn)，兩側(cè)繞組的極性關(guān)系為減極性，指針反偏轉(zhuǎn)為加極性。 3變比試驗(yàn)： 變比試驗(yàn)的目的是為了檢查電流互感器的實(shí)際變流比是否于額定變流比相否，也稱為誤差試驗(yàn)。理想的電流互感器應(yīng)當(dāng)是一、二次側(cè)電流值按額定變

11、流比變換，相位一致。由于二次繞組端子接有負(fù)荷阻抗，需要施加一定的端電壓，產(chǎn)生端電壓需要一部分勵(lì)磁電流，使得從二次繞組端子流出的電流與理想變換電流有一定的誤差。分析誤差的電流互感器的等值電路和相量圖如圖3。圖3中Ip/kn為按額定變流比變換的理想變換電流，Ie為產(chǎn)生端電壓Us所需的勵(lì)磁電流，Is為二次繞組流出的實(shí)際電流。通過相量圖可以看出，由于Ie的存在，使得Is與Ip/kn之間的幅值和相位均出現(xiàn)了誤差。其中幅值差稱為比誤差I(lǐng) I= （kn Is- Ip）/ Ip×100%相位差稱為角誤差對于計(jì)量專用的準(zhǔn)確等級為0.2或0.5級電流互感器，對額定電流情況下的變流比誤差要求很高，比誤差、

12、角誤差都需要測試，一般采用電橋原理的互感器校驗(yàn)儀，由計(jì)量人員測試，測試要求比較高。 對于保護(hù)用電流互感器，對額定電流情況下的變流比誤差要求不太高，一般只測試比誤差，現(xiàn)場試驗(yàn)只要求做核對性測試，無明顯差別即可?，F(xiàn)場核對性變比測試的接線原理圖如圖4圖4 圖4中T1為調(diào)壓器，用來將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)可調(diào)的電壓。T2為升流變壓器（簡稱升流器），用來將調(diào)壓器輸出的高壓（相對于低壓側(cè)）小電流，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪捍箅娏?。TAn為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器,一般比被試互感器準(zhǔn)確等級高1-2個(gè)等級。Tax為被試電流互感器。A1、A2為便攜式0.5級標(biāo)準(zhǔn)電流表。試驗(yàn)時(shí)升流器輸出與TAn、Tax一次繞組串聯(lián)連接，TAn、Tax二次繞組

13、分別接A1、A2，TAn額定變比與TAx額定變比相同。調(diào)整T1輸出電壓，A1、A2有電流指示，對比A1、A2讀數(shù)應(yīng)接近。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備容量，一次電流要求升到被試電流互感器的20100%額定值。當(dāng)被試電流互感器一次電流低于50%額定值時(shí)，試驗(yàn)誤差允許大于額定電流時(shí)的誤差限值。4伏安特性試驗(yàn);伏安特性是確定電流互感器在故障電流情況下變流比誤差的一個(gè)主要特性。對于保護(hù)用電流互感器，用準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf(或ALF)確定當(dāng)故障時(shí)復(fù)合變流比誤差等于10%額定變流比時(shí)一次故障電流與額定電流倍數(shù)，確保通入保護(hù)裝置的二次故障電流誤差不超過10%。對于測量用電流互感器，用儀表保安系數(shù)FS確定當(dāng)故障時(shí)復(fù)合變流

14、比誤差等于大于10%額定變流比時(shí)一次故障電流與額定電流倍數(shù)，確保通入測量儀器儀表的故障電流不致于過大而損壞，F(xiàn)S比Kalf低得多。電流互感器在故障電流下變比誤差增大，是由于電流互感器鐵心飽和使得勵(lì)磁電流增大造成的，該勵(lì)磁電流存在與一次繞組中，通過等值可變換到二次繞組側(cè)，圖3中的Ie就是從一次繞組變換來的一次勵(lì)磁電流。在故障電流下，與二次電流在負(fù)荷阻抗上的電壓降US對應(yīng)的二次繞組內(nèi)感電動勢ES, 確定了對應(yīng)的二次繞組勵(lì)磁電流Ie。用伏安特性試驗(yàn)可間接求得Ie與 ES的對應(yīng)關(guān)系，伏安特性試驗(yàn)的接線原理如圖5。圖5試驗(yàn)時(shí)電流互感器TAx一次繞組開路，二次繞組施加交流試驗(yàn)電壓,逐點(diǎn)讀取試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)電

15、流，通入的電流電壓不超過制造廠技術(shù)條件的規(guī)定為準(zhǔn)，當(dāng)電流增大而電壓變化不大時(shí)，說明鐵心已經(jīng)飽和，應(yīng)停止試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出伏安特性。內(nèi)感電勢Es可以從試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得：Es=U-IeZctU-IeRct，Rct可在現(xiàn)場實(shí)測求得。T2為升壓變壓器，當(dāng)試驗(yàn)電壓超過T1輸出最大值時(shí)實(shí)用，試驗(yàn)電壓低于T1輸出最大值時(shí)可不用。準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf(或ALF)是對應(yīng)于二次繞組接額定負(fù)荷情況下，電流互感器復(fù)合誤差等10%（或5%）額定變流比時(shí)一次實(shí)際電流與額定一次電流的比值。如果二次負(fù)荷與額定值不相符，對應(yīng)10%（5%）誤差值的一次實(shí)際電流與額定一次電流的比值也不同。用mct表示在確保10%（5%）誤差值情況下一次實(shí)際電流與額定一次電流的比值與二次負(fù)荷阻抗Zb變化關(guān)系特性參數(shù)，繪制mct與Zb關(guān)系曲線，稱為10%（5%）誤差曲線。由圖3（a）可知：Es=Us+Is(Rct+jXct+Rb+jXb) 由于Xct、Xb與Rct、 Rb相比較小，實(shí)用時(shí)可以忽略，則 Es=Us+Is(Rct +Rb)由試驗(yàn)得到的Ie和Es,通過計(jì)算可求得mct與Rb關(guān)系曲線，對應(yīng)10%誤差，當(dāng)二次額定電流5A時(shí)，m=ip/5*n n 變比 折算成Ie：勵(lì)磁電流當(dāng)二次額定電流1A時(shí)，mct=10Ie對應(yīng)5%誤差，當(dāng)二次額定電流5A時(shí)，當(dāng)二次額定電流為1A時(shí)， mct=20Ie按伏安特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)求出伏安特性曲線Ue=f(