電流互感器完整版本

互感器電力系統(tǒng)的一次電壓很高，電流很大，且運行的額定參數(shù)千差萬別，用以對一次系統(tǒng)進(jìn)行測量、控制的儀器儀表及保護(hù)裝置無法直接接入一次系統(tǒng)，一次系統(tǒng)的大電流/高電壓需要使用電流/壓互感器進(jìn)行隔離，使二次的繼電保護(hù)、自動裝置和測量儀表能夠安全準(zhǔn)確地獲取電氣一次回路電流/壓信息?；ジ衅鞯淖饔檬牵?、將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓(100V)和小電流(5A或1A)，從而使測量儀表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化，小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧，價格便宜，便于屏內(nèi)安裝；并可采用小截面電纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量。2、將二次設(shè)備與高壓部分隔離，保護(hù)工作人員的安全；同時，互感器二次側(cè)均接地，這樣可防止當(dāng)一/二次絕緣損壞時，在二次設(shè)備上發(fā)生高壓危險。電流互感器電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器，它的工作原理和變壓器相似。

電流互感器的原理接線如圖：電流互感器的工作特點：

1.一次側(cè)電流：一次繞組串聯(lián)在所測量的一次回路中，并且匝數(shù)很少。因此，一次繞組中的電流I完全取決于被測回路的負(fù)荷電流，而與二次繞組電流大小無關(guān)。電流互感器的工作特點:

2、二次側(cè)電流：二次繞組中的匝數(shù)N2很多，是一次繞組匝數(shù)的若干倍。二次繞組的電流完全取決于一次繞組電流。3、電流互感器的二次回路中所串接的負(fù)載，是測量儀表和繼電器的電流線圈。它們的阻抗都小，因此電流互感器在正常工作時，二次側(cè)接近于短路狀態(tài)，這是與普通電力變壓器的主要區(qū)別。當(dāng)一次側(cè)流過電流I1時，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，此磁通穿過二次繞組，產(chǎn)生電動勢，在二次回路中產(chǎn)生電流I2。磁勢平衡方程為：忽略很小的勵磁安匝電流數(shù)值關(guān)系電流互感器的額定電流Ki：

電流互感器在正常工作狀態(tài)時，二次負(fù)荷電流I2所產(chǎn)生的二次磁勢對一次磁勢F1有去磁作用，因此合成磁勢F0及鐵芯中的合成磁通數(shù)值都不大。如果運行中的電流互感器二次繞組開路，則二次磁勢等于零，而一次磁勢不變，且全部用于激磁。此時合成磁勢Fo等于F1，比正常狀態(tài)的合成磁勢增大了許多倍，使鐵芯中的磁通急劇增加而達(dá)到飽和狀態(tài)。電流互感器在正常工作時，二次繞組絕對不允許開路。鐵芯飽和，使隨時間變化的磁通波形變?yōu)槠巾敳?。在波形上升和下降處，因磁通急劇變化在二次繞組內(nèi)所感應(yīng)的電勢可達(dá)幾千伏甚至更高，對設(shè)備和人員是極其危險的。磁感應(yīng)強(qiáng)度驟增，會引起鐵芯和繞組過熱。在鐵芯中會產(chǎn)生剩磁，使互感器準(zhǔn)確級變低。電磁式電流互感器的誤差分析誤差的來源根據(jù)磁勢平衡原理有可見，由于電流互感器本身存在勵磁損耗和磁飽和等影響，使一次電流I1，和二次電流I2在大小和相位上都有誤差。誤差的定義(1)電流誤差fi：

二次電流的測量值乘以額定電流比所得的值與實際一次電流之差，占后者的百分?jǐn)?shù)。

因為所以(1)電流誤差fi：當(dāng)很小時，所以有：電流互感器的誤差可用勵磁磁通勢表示。當(dāng)相量圖中的用表示時，則在橫軸上的投影就是電流誤差。(2)相位誤差：

旋轉(zhuǎn)180o的二次電流相量與一次電流相量之間的夾角。當(dāng)-I2超前I1時，相位誤差為正。當(dāng)很小時：在縱軸上的投影就是相角誤差。電流互感器的準(zhǔn)確級1．電流互感器的準(zhǔn)確級

為了保證計量、測量的準(zhǔn)確性，保證保護(hù)裝置動作可靠、正確，電流互感器必須達(dá)到一定的準(zhǔn)確度，即限定其工作范圍，給出如下定義：電流互感器的準(zhǔn)確級以電流誤差來定義的。即：在規(guī)定的二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大電流誤差百分?jǐn)?shù)。(準(zhǔn)確級越大，誤差越大，精度越低。)

包括測量用準(zhǔn)確級和保護(hù)用準(zhǔn)確級測量用：0.1級0.2級0.5級1級3級5級其中，0.1級～1級的四個標(biāo)準(zhǔn)其二次負(fù)荷應(yīng)在二次額定負(fù)荷的25％～100％之間，3～5兩個標(biāo)準(zhǔn)其二次負(fù)荷應(yīng)在額定負(fù)荷的50％～120％間，否則準(zhǔn)確度不能滿足要求。對負(fù)荷范圍廣，準(zhǔn)確度要求高的場合，可以采用經(jīng)補(bǔ)償?shù)?.2s和0.5s電流互感器。該互感器在1％～120％負(fù)荷間均能滿足準(zhǔn)確度要求。對測量用電流互感器除了幅值準(zhǔn)確度要求外，還有角度誤差要求。除了二次負(fù)載的變化范圍影響著誤差限值，實際的一次電流占額定電流的百分，比也影響著測量準(zhǔn)確度。保護(hù)用（Protection）

電流互感器在一次系統(tǒng)短路后的暫態(tài)過程中要具有良好的暫態(tài)響應(yīng)特性,在短路后的暫態(tài)過程中仍能真實地傳變一次短路電流—暫態(tài)響應(yīng)特性好。

系統(tǒng)發(fā)生短路故障時一定伴有電流迅速的、大幅值的變化，其中含有大的直流分量與豐富的各次諧波分量，這種暫態(tài)過程在故障初期最為嚴(yán)重。如果電流互感器沒有較好的暫態(tài)特性，就無法準(zhǔn)確進(jìn)行信號的傳變，嚴(yán)重時將發(fā)生電流互感器飽和，造成保護(hù)裝置拒動或誤動。保護(hù)用電流互感器分為穩(wěn)態(tài)類電流互感器（P類）和暫態(tài)類電流互感器（TP類）。對于穩(wěn)態(tài)類來說，準(zhǔn)確級規(guī)定5P、10P兩個準(zhǔn)確級。暫態(tài)保護(hù)特性級分別為TPS級、TPX級、TPY級和TPZ級。目前我國使用較多的是TPY級。繼電保護(hù)用準(zhǔn)確級同時還要滿足10％誤差要求。穩(wěn)態(tài)保護(hù)用電流互感器穩(wěn)態(tài)保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級要求一般沒有測量用的高，但由于要求其在故障大電流時有較好的傳變特性，所以引入短路電流倍數(shù)（稱為額定準(zhǔn)確限值系數(shù)）這個參數(shù)，習(xí)慣上把保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級與準(zhǔn)確限值系數(shù)連在一起標(biāo)注，一般用εPM表示，如5P10。其含義是當(dāng)實際短路電流是互感器一次額定電流的10倍時，其誤差（復(fù)合誤差）滿足5％的要求。式中ε是準(zhǔn)確等級，M是保證準(zhǔn)確度的允許最大短路電流倍數(shù)。具有良好的抗飽和性能。這在制造中可以通過增加鐵芯的截面積、選用高導(dǎo)磁材料或同時在鐵芯中加入非磁性間隙等辦法來改變磁路特性。改變磁路特性的大小不同，形成了不同等級的暫態(tài)型電流互感器。暫態(tài)保護(hù)用電流互感器目前暫態(tài)型電流互感器分為四個等級，分別用TPS、TPX、TPY、TPZ表示。各等級暫態(tài)型電流互感器具有如下特點：1)TPS級為低漏磁電流互感器，鐵芯中不設(shè)非磁性間隙，無剩磁通限值，制造工藝比較簡單。2)TPX級在鐵芯中不設(shè)非磁性間隙，無剩磁通限值，誤差限值較小，主要用于后備保護(hù)。3)TPY級在鐵芯中設(shè)置一定的非磁性間隙，其相對非磁性間隙長度(實際非磁性間隙長度與鐵芯磁路長度之比值)約為0.05％。剩磁通不超過飽和磁通的10％。應(yīng)用最為廣泛。4)TPZ級在鐵芯中設(shè)置的非磁性間隙尺寸較大，一般相對非磁性間隙長度約為0.1％以上，無直流分量誤差限值要求，剩磁實際上可以忽略。TPZ級準(zhǔn)確級由于鐵芯非磁性間隙大，鐵芯磁化曲線線性度好，二次回路時間常數(shù)小，對交流分量的傳變性能也好，但傳變直流分量的能力極差。目前220kV及以下電力系統(tǒng)保護(hù)用電流互感器，在大多數(shù)情況下選用普通保護(hù)級(P級)電流互感器，即能滿足穩(wěn)態(tài)也能滿足暫態(tài)運行要求。在目前500kV線路保護(hù)中，一般選用TPY級暫態(tài)電流互感器。應(yīng)用電流互感器的額定容量電流互感器的額定容量電流互感器的額定容量SN2：是指在二次額定電流IN2和額定二次阻抗ZN2下運行時，二次繞組輸出的容量（最大負(fù)載值）。即：可見，額定容量和額定阻抗只差一個系數(shù)，所以，廠家常提供電流互感器的二次額定阻抗。較低的準(zhǔn)確級對應(yīng)較高的二次額定容量。要想保證準(zhǔn)確級，就要保證通常所說的額定容量是指對應(yīng)于最高準(zhǔn)確級的容量同一臺電流互感器工作在不同準(zhǔn)確級時，會有不同的額定容量。電流互感器的接線形式常用的電流互感器二次回路接線方式有單相接線、兩相星形（或不完全星形）接線和三相星形（或全星形）接線。單相式接線：只有一只電流互感器組成，接線簡單。它可以用于小電流接地系統(tǒng)零序電流的測量，也可以用于三相對稱電流中電流的測量或過負(fù)荷保護(hù)等。

不完全星形接線有兩相電流互感器組成，與三相星形接線相比，它缺少一只電流互感器（一般為B相），所以又叫不完全星形接線。三相星形接線

三相星形接線又叫全星形接線。這種接線由三只互感器按星形連接而成，相當(dāng)于三只互感器公用零線。零線在系統(tǒng)正常運行時沒有電流通過（3I0=0），但該零線不能省略。能反應(yīng)任何一相、任何形式的電流變化。電流互感器二次回路必須接地，其目的是為了防止當(dāng)一、二次之間絕緣被破壞時，對二次設(shè)備與人身造成危害，所以一般宜在配電裝置處經(jīng)端子接地。在電流互感器的接線中，要特別注意其二次線圈的極性，特別是方向保護(hù)與差動保護(hù)等回路。當(dāng)電流互感器二次極性錯誤時，將會造成計量、測量錯誤，方向繼電器指向錯誤，差動保護(hù)中有差流等，造成保護(hù)裝置的誤動或拒動。電流互感器的極性電流互感器的極性表示方法采用減極性表示法：定義一次繞組的首端為L1，末端為L2，定義二次繞組的首端為K1，末端為K2。如果規(guī)定L1與K1為同極性，則如果L1有交流電流流入，那么K1就有同相位的交流電流流出。目的：經(jīng)電流互感器接入的儀表，其測量的電流方向與把儀表直接接入一次電路中電流的方向相同。與雙繞組變壓器相似，是由鐵芯和一次、二次繞組兩個主要部分構(gòu)成。0.5kV電流互感器的一次和二次繞組都套在同一鐵芯上，是結(jié)構(gòu)最簡單的互感器。不同的二次負(fù)荷對電流互感器有不同的精度要求。為了節(jié)省空間和成本，往往幾個鐵芯(沒有磁聯(lián)系，各自繞著相應(yīng)的二次繞組)共享一個一次線圈，構(gòu)成一臺電流互感器。一般3～35kV電流互感器均有兩個二次繞組；110kV電流互感器有3～5二次繞組；而220kV及以上則有4～7個二次繞組。電流互感器的結(jié)構(gòu)另外，為了適應(yīng)不同一次負(fù)荷電流的要求，110kV及以上的電流互感器常常將一次繞組分成幾組，通過改變一次繞組的串并聯(lián)關(guān)系，即可方便地獲得2～3個額定電流比。1.一般干式互感器：適用于戶內(nèi)、低電壓；2.澆注式：廣泛用于10~20kV；3.油浸式：35kV及以上戶外式TA多為油浸式；4.SF6氣體絕緣TA：一種是與GIS配套用；一種是獨立式（倒立式結(jié)構(gòu)：如下圖）電流互感器使用的注意事項

1．電流互感器的接線應(yīng)保證正確性。一次繞組和被測電路串聯(lián)，而二次繞組應(yīng)和連接的所有測量儀表、繼電保護(hù)裝置或自動裝置的電流線圈串聯(lián)；同時要注意極性的正確性，一次繞組與二次繞組之間應(yīng)為減極性關(guān)系，一次電流若從同名端（減極性標(biāo)示法）流入，則二次電流應(yīng)從同名端流出。

2．電流互感器的二次繞組絕對不允許開路。為了防止二次繞組開路，規(guī)定在二次回路中不準(zhǔn)裝熔斷器等開關(guān)電器。如果在運行中必須拆除測量儀表或繼電器及其他工作時，應(yīng)首先將二次繞組短路。

3．電流互感器的二次側(cè)必須可靠接地這是為了防止一、二次繞組之間絕緣損壞或擊穿時，一次高電壓竄入二次回路，危及人身和設(shè)備安全。1．結(jié)構(gòu)類型的確定根據(jù)安裝地點（戶內(nèi)或戶外式）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式）選擇其型式。電流互感器的選擇準(zhǔn)確級的確定電流互感器準(zhǔn)確級的確定，取決于二次負(fù)荷的性質(zhì)。0.2級用于實驗室的精密測量，重要的發(fā)電機(jī)和變壓器回路及500kV重要回路；二次負(fù)荷如果屬一般電能計量，則電流互感器采用0.5級；功率表和電流表可配用1.0級的電流互感器。如果幾個性質(zhì)不同的測量儀表需要共用一臺電流互感器時，則互感器的準(zhǔn)確級按就高不就低的原則確定。用于繼電保護(hù)裝置的電流互感器還應(yīng)按10％誤差曲線進(jìn)行校驗。2．額定電壓的選擇

電流互感器的一次額定電壓的選擇主要是滿足相應(yīng)電網(wǎng)電壓的要求，其絕緣水平能夠承受電網(wǎng)電壓長期運行，并承受可能出現(xiàn)的雷電過電壓、操作過電壓及異常運行方式下的電壓。應(yīng)滿足下列條件：

UN≥UNS

3．一次額定電流的選擇確定一次額定電流應(yīng)大于所在回路可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，并考慮適當(dāng)?shù)呢?fù)荷增長，當(dāng)最大負(fù)荷無法確定時，可以取與斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的額定電流一致。而且選取的電流互感器一次額定電流值應(yīng)與國家標(biāo)準(zhǔn)GBl208-1997推薦的一次電流標(biāo)準(zhǔn)值相一致。

一次側(cè)額定電流應(yīng)盡可能比電路的正常工作電流大1/3左右。4.二次側(cè)額定電流：

電流互感器的二次額定電流采用5A還是1A，主要決定于經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。在相同一次額定電流、相同額定輸出容量的情況下：電流互感器二次電流采用5A時，其體積小，價格便宜，但電纜及接入同樣阻抗的二次設(shè)備時，二次負(fù)載將是1A額定電流時的25倍。一般在220kV及以下電壓等級變電所中，220kV回路數(shù)不多，而10～110kV回路數(shù)較多，電纜長度較短時，電流互感器二次額定電流采用5A的；在330kV及以上電壓等級變電所，220kV及以上回路數(shù)較多，電流回路電纜較長時，電流互感器二次額定電流采用1A的。5.二次負(fù)荷的校驗為保證所選電流互感器的準(zhǔn)確級，其最大相二次負(fù)荷S2，應(yīng)不大于所選準(zhǔn)確級相應(yīng)的額定容量，即由和得：代入二次負(fù)荷阻抗為Z2L為ra、rre—測量儀表和繼電器的電流線圈電阻，可由其線圈消耗的功率求得。rL—儀表或繼電器至電流互感器的連接導(dǎo)線電阻：rc—接觸電阻，一般取0.1。

由可將二次負(fù)荷校驗條件轉(zhuǎn)換為求連接導(dǎo)線的最小截面積。連接導(dǎo)線的電阻應(yīng)滿足

根據(jù)，可得滿足準(zhǔn)確級要求的連接導(dǎo)線最小截面積S為

ρ—連接導(dǎo)線的電阻率

Lc—連接導(dǎo)線的計算長度（m）。它與儀表和繼電器至電流互感器安裝