|
何豔1白怡明1 楊廣亮2
1中煤國際工程集團沈陽設計研究院, 沈陽 110000
2楊廣亮 江蘇安科瑞電器製造有限公司，江蘇 江陰 214405；
摘 要：分析電流互感器的原理，介紹了保護用電流互感器的種類，分析其特點，結合工程實例分析，談談對保護用電流互感器的選用。
關鍵詞 低壓配電係統 保護用電流互感器 工作原理 種類 特性 特性曲線 選型
1.引言
隨著我國電力係統不斷完善和發展，低壓配電係統的自動化程度不斷提高，測量、jiliangyongjunxingchengzidonghua，eryonghuduizishenyongdianshebeidezantaihewentaibaohuyishiyuelaiyueqiang，weicibaohuyongdianliuhuganqiyibeiguangfandiyingyongyudianlibaohuzhuangzhizhizhong。
2.電流互感器工作原理
保護用電流互感器的工作原理與測量用電流互感器的工作原理較為類似，工作原理如圖1所示，電流互感器的一次繞組串聯在被測線路中，I1為線路電流即電流互感器的一次電流，N1為電流互感器的一次匝數，I2電流互感器二次電流（通常為5A、1A），N2為電流互感器的二次匝數，Z2e為二次回路設備及連接導線阻抗。當一次電流從電流互感器P1端流進，P2端出，在二次Z2e接通的情況下，由電磁感應原理，電流互感器二次繞組有電流I2從S1流過，經Z2e至S2，形成閉合回路。由此可得電流在理想狀態下I1×N1=I2×N2，所以有I1/I2=N1/N2=K，K為電流互感器的變比。
.jpg)
圖1
3.保護用電流互感器的分類
保護用電流互感器分暫態（TP類）和穩態（P類）條件保護，TP類電流互感器是考慮暫態條件的保護用電流互感器。一般P類lei保bao護hu用yong電dian流liu互hu感gan器qi僅jin考kao慮lv在zai穩wen態tai短duan路lu電dian流liu情qing況kuang下xia保bao證zheng具ju有you規gui定ding的de準zhun確que性xing，在zai具ju有you非fei周zhou期qi分fen量liang的de暫zan態tai條tiao件jian下xia則ze可ke能neng飽bao和he而er使shi誤wu差cha遠yuan超chao過guo允yun許xu值zhi。TP類保護用電流互感器則要求在規定工作循環的暫態條件下保證規定的準確性。
3.1 TP類電流互感器分以下級別並定義如下：
TPS級（鐵心閉合）：低漏磁電流互感器，其性能由二次勵磁特性和匝數比誤差限值規定，對剩磁無規定。
TPX級（鐵心閉合）：準確限值規定為在指定的暫態工作循環中的峰值瞬時誤差（ε），對剩磁無規定。其二次時間常數在數秒以上。
TPY級（小氣隙鐵心）：準確限值規定為在指定的暫態工作循環中的峰值瞬時誤差（ε），剩磁不超過飽和磁通的10%。其二次時間常數在數百毫秒至1秒左右。
TPZ級（大氣隙鐵心）：準確限值規定為在指定的二次時間常數下，具有最大直流偏移的單次通電時的峰值瞬時交流分量誤差（εac）。無直流分量誤差限值要求。剩磁通實際上可以忽略，其二次時間常數在60～100毫秒左右。
TPS級電流互感器的誤差限值見表1，TPS級電流互感器的性能與P類互感器中的PX級電流互感器相當，誤差限值條件由匝數比和勵磁特性確定，匝數比Kn誤差應不超過±0.25%。
勵磁特性的二次極限電動勢Eal不低於規定值，此電動勢幅值增大10%時致使相應勵磁電流增大不超過100%。當dang客ke戶hu有you規gui定ding時shi，在zai勵li磁ci極ji限xian二er次ci電dian動dong勢shi下xia測ce得de的de勵li磁ci電dian流liu峰feng值zhi應ying不bu超chao過guo規gui定ding值zhi，如ru果guo未wei指zhi定ding限xian值zhi，則ze勵li磁ci電dian流liu應ying不bu超chao過guo折zhe算suan到dao二er次ci側ceIth的10%。對於TPS,由用戶規定額定等效二次極限電動勢，通常表示如下：Eal≥KsKssc（Rct+Rb）Isn其中Ks為客戶給定的暫態係數，Rct由製造廠的設計確定，但在有些使用條件下，為了與其他設備相配合，可由客戶提出其限值。
TPX級、TPY級、TPZ級電流互感器的誤差限值表1。P類電流互感器的誤差限值條件由複合誤差規定。TP類lei電dian流liu互hu感gan器qi在zai暫zan態tai情qing況kuang下xia的de誤wu差cha限xian值zhi條tiao件jian則ze由you瞬shun時shi誤wu差cha規gui定ding。這zhe是shi由you於yu引yin起qi互hu感gan器qi誤wu差cha的de勵li磁ci電dian流liu在zai暫zan態tai情qing況kuang下xia一yi般ban不bu是shi周zhou期qi分fen量liang，隻zhi能neng用yong瞬shun時shi電dian流liu描miao述shu。主zhu要yao技ji術shu參can數shu見jian表biao2。
表1 TP類電流互感器誤差限值
|
級別
|
在額定一次電流下
|
在準確限值條件下
|
|
比值差
（%）
|
相位差
|
最大峰值瞬時誤差
（%）
|
|
min
|
card
|
|
TPX
|
±0.5
|
±30
|
±0.9
|
ε=10
|
|
TPY
|
±1
|
±60
|
±1.8
|
ε=10
|
|
TPZ
|
±1
|
180±18
|
5.3±0.6
|
εac=10
|
表2 TP類電流互感器規範內容
|
電流互感器的級別
|
TPS
|
TPX
|
TPY
|
TPZ
|
說明
|
|
額定一次電流Ipn
|
√
|
√
|
√
|
√
|
由用戶提出的規範
|
|
額定二次電流Ips
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
額定頻率f
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
設備最高電壓和額定絕緣水平
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
額定短時熱電流Ith
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
額定動穩定電流Idyn
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
規範采用的電流比Kn
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
額定對稱短路電流倍數Kssc
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
規定的一次時間常數Tp
|
×
|
√
|
√
|
√
|
|
工作循環
單：t
雙：t’，tfr，t’’
|
×
|
√
|
√
|
×
|
|
額定二次負荷電阻Rbn
|
√
|
√
|
√
|
√
|
|
用戶規定的暫態係數Ks
|
√
|
×
|
×
|
×
|
|
互感器二次繞組電阻Rct
（校正至…℃）
|
√
|
√
|
√
|
√
|
由製造部門提供的補充規範
|
|
額定暫態麵積係數Ktd
|
×
|
√
|
√
|
√
|
|
額定二次時間常數Tsn
|
×
|
×
|
√
|
×
|
|
√適用；×不適用
|
|
|
|
|
|
注1：當客戶希望獲得新設備與現有設備兼容時，在相配合的技術規範中可規定某些參數的限值，例如Ts或Rct。但必須承認不同設計之間可能有些差別。
注2：技術規範包括補充規範，應在產品銘牌上標明，以便用戶進行性能校驗。
3.2TP類電流互感器的應用特點
（1）TPS級和TPX級電流互感器。TPSjidianliuhuganqichuleshidiloucixingwai，haiyaoqiuyangekongzhizashubi。shiyongyugenjujiandanhuanliuyuanlihecaiyonggaozukangjidianqidechadongbaohuxitong。youyuduishengcibuxianzhi，baohujidianqidelicishiyongjixian，tongchangyoushiyanhexianchangjingyandechudejingyangongshiqueding。ruozaidianliuhuganqiyiyanzhongbaoheshiqieduanyicidianliu，jiangshideercihuiluzhongdedianliusuitongcitongyoubaohezhuangtaikuaisujiangdidaoshengcishuiping，baohujidianqidefuguishijian，tongchangbumingxianshouTPS電流互感器衰減特性的影響。適用於對複歸時間要求嚴格的斷路器失靈保護電流檢測元件。
TPX級電流互感器的基本特性一般與TPS級相似，隻是對誤差限值的規定不同。對於TPS和TPX級電流互感器，在t＜tmax和Tp＜＜Ts情況下的C-t-O工作循環中，暫態麵積係數計算公式可簡化為：
Ktd≈2πfTp（1-錯誤！未找到引用源。）+1
C-t′-O-tfr-C-t″-O工作循環的暫態麵積係數公式可簡化為：
Ktd=【ωTp（1-錯誤！未找到引用源。）-sinωt′】錯誤！未找到引用源。+ωTp（1-錯誤！未找到引用源。）+1
由於這類電流互感器二次時間常數Ts較大，在重合閘斷電時間tfr鐵心磁通衰減很有限，兩次通電循環的Ktd值很大，故TPS和TPX互感器不適用於線路重合閘情況。
2）TPY級電流互感器。TPY級電流互感器控製剩磁不大於飽和磁通的10%。有利於C-O-C-O工作循環的準確限值，適用於采用重合閘的線路保護。在從飽和到剩磁狀態的轉換期間，與相同尺寸和相同二次外接負荷的TPS級或TPX級電流互感器相比，由於磁阻、儲能、以及磁通變化量的不同，因而二次回路的電流值較高且持續時間較長。不宜用斷路器失靈保護。
對於TPY級電流互感器，額定暫態麵積係數Ktd可按公式進行計算，工作循環有關參數可根據電力係統實際情況確定。但二次回路時間常數Ts變化範圍較大，通常是由製造設計優化確定的。製造廠應提供額定二次負荷下的Ts值。應用時可根據實際二次負荷進行修正。
（3）TPZ級電流互感器。對於TPZ級電流互感器，剩磁可忽略不計。嚴重飽和後衰減的二次電流在最初階段（繼電器返回時）比相應的TPY級保持更高數值。這類互感器適用於僅反應交流分量的保護。許多繼電器將被測量經過輸入電流/電dian壓ya傳chuan感gan器qi轉zhuan換huan後hou處chu理li，因yin此ci，僅jin二er次ci電dian流liu的de交jiao流liu分fen量liang有you意yi義yi。由you於yu不bu保bao證zheng低di頻pin分fen量liang誤wu差cha及ji勵li磁ci阻zu抗kang低di，此ci類lei互hu感gan器qi一yi般ban不bu推tui薦jian用yong於yu主zhu設she備bei保bao護hu和he斷duan路lu器qi失shi靈ling保bao護hu。
3.3 P和PR類電流互感器的準確特性
P類電流互感器是IEC標準和我國國家標準GB1208-2006規定的保護用電流互感器，現已在我國廣泛應用。由於P類互感器的鐵心是閉合的，在嚴重短路後可能殘留有剩磁，將嚴重影響互感器的性能。故IEC關於電流互感器標準的修改單規定了PR類電流互感器，規定該類電流互感器的剩磁係數小於10%。
P類及PR類電流互感器的準確級在額定準確限值一次電流下的最大允許複合誤差的百分值標稱，標準準確級為：5P、10P、5PR、10PR。電流互感器在額定頻率及額定負荷下，電流誤差、相位誤差和複合誤差不超過下表3所列限值。
表3 P類及PR類電流互感器誤差限值
|
準確級
|
在額定一次電流下
|
在準確限值條件下
|
|
電流誤差（%）
|
相位差
|
複合誤差（%）
|
|
min
|
card
|
|
5P、5PR
|
±1
|
±60
|
±1.8
|
5
|
|
10P、10PR
|
±3
|
—
|
—
|
10
|
對於PR電流互感器，有些情況下應規定二次時間常數Ts值以限製複合誤差。
發電機和變壓器主回路、220kV及以上電壓線路宜采用複合誤差較小（波形畸變較小）的5P或5PR級電流互感器。其他回路可采用10P或10PR級電流互感器。
3.4 PX類電流互感器的準確特性
PX類電流互感器是IEC標準新定義的一種電流互感器，其性能與英國標準規定的X類互感器相當。PX類電流互感器用於5P和10P的de準zhun確que限xian值zhi不bu適shi應ying的de特te殊shu場chang合he。例li如ru對dui互hu感gan器qi變bian比bi和he勵li磁ci特te性xing有you嚴yan格ge要yao求qiu的de高gao阻zu抗kang母mu線xian保bao護hu。勵li磁ci特te性xing是shi電dian流liu互hu感gan器qi二er次ci端duan子zi上shang正zheng弦xian波bo電dian動dong勢shi方fang均jun根gen值zhi與yu所suo加jia勵li磁ci電dian流liu的de方fang均jun根gen值zhi的de相xiang互hu關guan係xi，此ci時shi互hu感gan器qi的de一yi次ci繞rao組zu和he其qi他ta繞rao組zu均jun開kai路lu。如ru下xia圖tu2：
.jpg)
圖2
PX級互感器必須是低漏磁型，其性能可由以下規範確定：
·額定一次電流；（Ipn）
·額定二次電流；（Isn）
·額定匝數比，匝數比誤差不應超過±0.25%；
·額定拐點電動勢；（Ek）
·額定拐點電動勢的最大勵磁電流；（Ie）
·在溫度為75℃時二次繞組最大電阻（Rct）
·額定負荷電阻；（Rbn）
·計算（尺寸）係數（Kx）。
額定拐點電動勢定義為電流互感器所有其他端子均開路時，施加於二次端子上的額定頻率正弦波電動勢最小方均根值。當此值增加10%時，其勵磁電流方均根值增加至但不大於50%。額定拐點電動勢可用以下公式表示：
Ek=Kx×（Rct+Rbn）×Isn
3.5常見保護用電流互感器的型號規格
保bao護hu用yong電dian流liu互hu感gan器qi就jiu是shi為wei保bao護hu用yong繼ji電dian器qi提ti供gong電dian流liu的de電dian流liu互hu感gan器qi器qi，與yu電dian流liu繼ji電dian器qi等deng類lei似si電dian器qi配pei套tao使shi用yong，主zhu要yao用yong於yu低di壓ya配pei電dian係xi統tong電dian流liu過guo載zai保bao護hu和he短duan路lu保bao護hu。主zhu要yao準zhun確que級ji有you：5P、10P，5、10表示複合誤差5%、10%，準確限值係數又叫限值係數，它是額定準確限值一次電流（此時符合誤差不超過5%、10%）與額定一次電流的比值，準確限值係數有，5、10、15、20，以江蘇安科瑞AKH-0.66 P係列保護型電流互感器為例，具體型號與規格見表4.
表4 保護用電流互感器的型號規格
|
電流互感器型號
|
輸入、輸出
|
主要特點
|
主要規格
|
|
AKH-0.66/P-雙M8係列
|
輸入：3-100A
輸出：0-5A（0-1A）
|
配合100A及以下保護，10P10
|
P-雙M8
|
|
AKH-0.66/P-M8係列
|
輸入：150-400A
輸出：0-5A（0-1A）
|
主要使用在核電項目小空間櫃體中使用，10P10
|
P-M8
|
|
AKH-0.66/P-III係列
|
輸入：250-6300A
輸出：0-5A（0-1A）
|
主要用於櫃體空間較小的大電流場合5P10、10P10、10P15
|
P-50III、P-60III、P-80III、P-100III、P-120III、P-130III
|
|
AKH-0.66/P-II係列
|
輸入：200-6300A
輸出：0-5A（0-1A）
|
一般用於如電廠等高要求，大電流場合，5P10、5P15、5P20
|
P-60×50、P-80×50、P-100×50、、P-120×50、、P-180×50、P-220×50、P-220×165、 P-280×90
|
.jpg)
圖3 AKH-0.66 P係列保護型電流互感器外形圖
3.6保護用電流互感器在低壓配電係統中的問題及應用實例
保護電流互感器在低壓配電係統中，準確級以及準確限值係數的選擇是用戶經常碰到的問題。
2003年河北某工廠，由於新廠房擴建，在新廠房1500米附近安裝了一台250KVA（10/0.4kV）配變，與主變距離2500米，因負荷較小（額定電流80A），當時為了考慮計量準確，使互感器額定一次電流與最大負荷電流相接近，將電流互感器比選擇100/5A，同時保護用電流互感器選擇100/5A，10P10。在施工下水道時，將電纜挖斷，造成工廠附近大麵積停電。
經電網參數計算得：主變短路電抗為X1 = 0.07Ω，配變短路電抗為X2 = 0.5Ω，短路點前短路電抗為X3= 0.4Ω， 計算電抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 0.97。 相短路時TA流經次暫態短路電流周期分量有效值為：I" = 1 / X*∑×5.5 = 5.67（kA），此時短路電流是額定電流的56.7倍，遠遠大於準確限值係數10，同時複合誤差超過10%時，影響繼電器動作，應該選擇500/5A 10P15。
3.7電流互感器使用過程中的注意事項
●電流互感器在接線時，同名端必須要保持一致，即P1、S1；P2、S2。
●電流互感器在正常運行時，二次不得開路，防止二次開路產生高電壓，影響人身和設備安全。
4.結束語
本ben文wen對dui低di壓ya配pei電dian係xi統tong中zhong的de不bu同tong類lei型xing電dian流liu互hu感gan器qi進jin行xing了le簡jian單dan概gai述shu，推tui薦jian給gei電dian力li係xi統tong各ge位wei專zhuan家jia和he電dian氣qi工gong程cheng師shi們men參can考kao，有you利li於yu不bu同tong類lei型xing低di壓ya電dian流liu互hu感gan器qi在zai低di壓ya智zhi能neng配pei電dian係xi統tong的de廣guang泛fan應ying用yong。
參考文獻
[1]江蘇安科瑞電器製造有限公司.電量傳感器選型手冊,201407版.
[2]任致遠，周中.電力電測數字儀表原理與應用指南,中國電力出版社，2007.
作者簡介：楊廣亮，男，本科，江蘇安科瑞電器製造有限公司，主要研究方向為電量傳感器設計，手機：，座機：，QQ:2880157852,E-mail:
|
