(完整word版)電流互感器

1、電流互感器1、原理一次電流 I 流過一次繞組，建立一次磁動勢（ N1I 1），亦被稱為一次安匝，其中N1 為一次繞組的匝數(shù)；一次磁動勢分為兩部分，其中小一部分用于勵磁，在鐵心中產(chǎn)生磁通，另一部分用來平衡二次磁動勢（ N2I 2 ），亦被稱為二次安匝，其中N2 為二次繞組的匝數(shù)。勵磁電流設(shè)為 I 0，勵磁磁動勢（N1 I 0 ），亦被稱為勵磁安匝。平衡二次磁動勢的這部分一次磁動勢，其大小與二次磁動勢相等，但方向相反。磁勢平衡方程式如下：I1N1I2N2I0N1在理想情況下，勵磁電流為零，即互感器不消耗能量，則有I1N1I2N20若用額定值表示，則I1NN1I2NN2其中 I 1N ， I 2 N

2、 為一次、二次繞組額定電流。額定一次、二次電流之比為電流互感器額定電流比，I1NK NI 2 NP1I 1P2I 2ZB電流互感器工作原理0E2I1 N1I2 N2I2 N2I0 N1電流互感器的等值電路如下圖所示：Z1Z2I1I 2I 0Z MU2ZB'E 1E2根據(jù)電工原理，勵磁電流在鐵心中建立主磁通，它穿過一次、二次繞組的全部線匝。由于互感器鐵心有磁滯和渦流損耗，勵磁電流的一部分供給這些損耗，稱為有功部分，另一部分用于勵磁，稱為無功部分。所以勵磁電流與主磁通相差角，這個角稱為鐵損角。主磁通在二次繞組中感應(yīng)出電動勢E2 ，相位相差 90（滯后）；則：E2I2(Z2ZB)式中Z2-

3、二次繞組的內(nèi)阻抗，Z2= R2 + 2ZB 二次負(fù)荷， ZB R + 二次電流的相位滯后于二次感應(yīng)電動勢角。X 2X BarctanRBR2一次電流 I1 是（I 2 ）和 I 0之和，一次電流與（I2 ）相差角。可見由于勵磁電流I 0 的存在，一、二次電流在變換的大小和相位上都存在差別，這就是互感器的誤差。特別要注意，電流互感器在運行中不允許開路，如果二次開路，二次電流 I 2 為零，一次安匝全部用于勵磁，鐵心高度飽和，勵磁磁通由正弦波變?yōu)槠巾敳?，二次感?yīng)電動勢變?yōu)榉逯岛芨叩募忭敳ǎ瑢θ松砗驮O(shè)備將造成危害。二、電流互感器的分類1、分類分類說明保護(hù)用（用于機(jī)電保護(hù)和自動控制裝置的電流互感器）按

4、 用 途測量用（測量電流和電能的電流互感器）分按 安 裝戶內(nèi)式（一般額定電壓不高于35kV）種類分戶外式（一般額定電壓高于35kV）油絕緣（即油浸式電流互感器，電壓可高達(dá)500 kV ）按 絕 緣澆注絕緣（以環(huán)氧樹脂澆注成型，多在35 kV 以下使用）介質(zhì)分一般干式絕緣 （由普通絕緣材料包扎，經(jīng)浸漬漆處理的，有塑料外殼和無塑料外殼的電流互感器，多數(shù)為低壓電流互感器）瓷絕緣（多數(shù)已被澆注絕緣取代）氣體絕緣（如 SF6 氣體作為絕緣的，多用于高壓和超高壓）貫穿式：單匝、多匝貫穿式支柱式按 結(jié) 構(gòu)母線式：用于大電流場合，一次繞組只有一匝。形式分套管式：安裝在變壓器或斷路器套管的中間法蘭處，主絕緣是套

5、管，一次繞組是導(dǎo)電桿，一次繞組只有一匝正立式：二次繞組在下部，國內(nèi)高壓油浸式電流互感器常用結(jié)構(gòu)。詳見“白” P57倒立式：二次繞組在上部，一次繞組較短，瓷套較細(xì)，多用于 SF6 氣體作為絕緣。2、電流互感器型號組成特殊使用環(huán)境代號電壓等級設(shè)計序號產(chǎn)品型號字母下表為部分電流互感器型號代表字母表電流互感器型號代表字母及涵義分類涵義代表分類用涵義代 表字母途字母用途電流互感器L繞組外 變壓器油-套管式（裝入R絕 緣 介 空氣（干式）G結(jié)構(gòu)式）質(zhì)氣式形式支柱式Z瓷式Q澆注成型固體C線圈式Q絕緣“殼”Z貫穿式（復(fù)匝） FK貫穿式（單匝） D結(jié)構(gòu)特 帶保護(hù)級B母線型M征 及 用 帶保護(hù)級（暫BT開合式K途

6、“態(tài)”誤差）倒立式V油 保 護(hù)帶金屬膨脹器-鏈型A方式不帶金屬膨脹器N特殊使用環(huán)境代號主要有以下幾種：GY- 高原地區(qū)使用；W- 污穢地區(qū)使用（123W 、W、W對應(yīng)污穢等級為、） ；TA- 干熱帶地區(qū)使用；TH- 濕熱帶地區(qū)使用。三、電流互感器的電氣特性1、術(shù)語A、額定電流： 電流互感器的誤差性能、發(fā)熱性能和過流性能都是以額定電流為基數(shù)作出的相應(yīng)規(guī)定的。對一、二次繞組而言， 就是額定一、二次電流。電力系統(tǒng)額定二次電流一般為1A、 5A。IB、額定電流比：額定一、二次電流之比K N= I1 N2 NC、額定二次負(fù)荷； 確定互感器的準(zhǔn)確級所依據(jù)的二次負(fù)荷。通常以視在功率 VA表示。SNI2ZB=

7、2 N2、電流互感器的誤差特性21 誤差的定義A、電流誤差GB1208-87 對電流誤差的定義是KNI2I1100%I 1從電流互感器的原理知道，由于勵磁電流的存在，二次電流乘以額定電流比總是小于實際一次電流，所以電流互感器的誤差總是負(fù)值，只有采取了補(bǔ)償以后，才可能出現(xiàn)正值電流誤差。B、相位誤差GB1208-87 對相位誤差的定義是：電流互感器的一次、二次電流相量的相位之差。從電流互感器相量圖中可以看出，相位差是二次電流反轉(zhuǎn) 180后與一次電流的相角之差。二次電流相量反轉(zhuǎn)180后超前于一次電流相量時，相位差為正值，通常以“分”或“厘弧度”表示。1 弧度（ rad ） =100 厘弧度（ cra

8、d ） =3438 分特別注意相位差的定義只是在電流為正弦波形時是正確的。C、復(fù)合誤差當(dāng)電流互感器通過很大電流時，鐵心的磁通密度很高，勵磁電流的波形畸變，二次電流也不再是正弦波，這時需要引入復(fù)合誤差的概念。GB1208-87 對復(fù)合誤差的定義是：在穩(wěn)態(tài)時下列兩個值之差的有效值為復(fù)合誤差1）一次電流瞬時值2）二次電流瞬時值與額定電流比的乘積。復(fù)合誤差以下式計算：%1001( K N i 2 i1 ) 2dtTI 1T0D、儀表保安系數(shù)儀表保安系數(shù)是針對測量用電流互感器的。儀表保安系數(shù)是額定儀表保安電流與額定一次電流之比。額定儀表保安電流是二次負(fù)荷為額定負(fù)荷時復(fù)合電流小于10%的最小一次電流值。保

9、護(hù)用和測量用電流互感器對復(fù)合誤差的要求不同，保護(hù)用電流互感器在過流時要求復(fù)合誤差誤差要小，便于保護(hù)檢測，而測量用電流互感器在過流時要求復(fù)合誤差誤差要大，便于保護(hù)二次儀表、電能表。2、2 保護(hù)用電流互感器誤差（詳見“白”P5558）GB1208-87 對保護(hù)用電流互感器的誤差要求如下：機(jī)電保護(hù)用電流互感器的誤差極限比值誤差角誤差復(fù)合誤差準(zhǔn)確級（%，額定一（額定一次電流（%，額定準(zhǔn)確次電流時）時）極限一次電流（）時）crad5P1601.85103-10P隨著高壓、超高壓和特高壓電網(wǎng)的發(fā)展和電網(wǎng)傳輸容量加大，普通保護(hù)用電流互感器已經(jīng)不能滿足要求；提出保證暫態(tài)誤差的電流互感器的概念?！皶簯B(tài)保護(hù)”類電

10、流互感器的鐵心要求、誤差極限要求如下表：類別鐵心要求額定一次電流準(zhǔn) 確 極限 時 誤差比值誤 角誤差角誤差暫態(tài)誤差（）crad差（ %）（%）TPS低漏磁型互感器，閉合0.25-鐵心，鐵心剩磁未作規(guī)定。TPX閉合鐵心，鐵心剩磁未0.25300.910作規(guī)定。TPY剩磁不超過飽和磁通 1601.81010%的互感器， 小氣隙環(huán)型鐵心。TPZ 無剩磁互感器，大氣隙11804.7-5.10環(huán)型鐵心。82、3 電流互感器的誤差影響因素根據(jù)誤差定義和相量圖，誤差計算公式如下：比值差：fI 0N1sin() 100%I1N1I 0 N1 cos() 3440相位差：I1N1轉(zhuǎn)換成互感器的參數(shù)和負(fù)荷的關(guān)系上

11、，則變?yōu)橄旅娴墓剑篒2( Z 2ZB)L 104) 100%f222 N2S(I1N1)sin(45( Z2ZB)Lsin()100%N 22 SI2(Z2ZB)L10 4cos() 3440222 N 2S ( I1N1)45( Z2Z B )L cos() 3440N 22 S式中 I 2-二次電流Z2 -二次繞組內(nèi)阻抗（）ZB-二次負(fù)荷阻抗N2 -二次繞組匝數(shù)L-平均磁路長度（ cm）S-鐵心截面積（ cm2 ）-鐵心材料的磁導(dǎo)率（H/cm）I 1 N1-一次繞組安匝（A）電流互感器的誤差影響因素主要有以下六項：A、電流對誤差的影響B(tài)、繞組的匝數(shù)對誤差的影響C、平均磁路長度對誤差的影響

12、D、鐵心截面積對誤差的影響E、鐵心材料對誤差的影響F、二次負(fù)荷對誤差的影響23 1 電流對誤差的影響當(dāng)電流增大時，鐵心的磁密按比例增大，這是鐵心的磁導(dǎo)率和損耗角也隨著增大，根據(jù)誤差計算公式看出分母增加，電流互感器誤差隨著減小。但Sin （+）增大， cos（+）減小，因此電流互感器誤差減小的少，相位差減小的多。23 2 繞組的匝數(shù)對誤差的影響從公式中可以看出，誤差與二次繞組的匝數(shù)的平方成反比，增加了二次繞組的匝數(shù)能夠減小誤差；但增加了二次繞組的匝數(shù)，同時增加了二次繞組的內(nèi)阻抗，在一定程度上限制了誤差的減??；根據(jù)N2KNN1 ，同時也要增加一次繞組的匝數(shù)，從制造工藝和節(jié)省銅材的角度，一次繞組應(yīng)盡

13、量少，多采用單匝；這種設(shè)計但當(dāng)一次電流較小時，誤差迅速增大，有時無法滿足準(zhǔn)確度等級要求。23 3 平均磁路長度對誤差的影響減小平均磁路長度，誤差隨著減小；并且可以節(jié)省鐵心材料。磁路長度取決于鐵心窗口的大小，縮小鐵心窗口的面積，可以縮短磁路長度，但要保證一次、二次繞組以及它們之間的絕緣。23 4 鐵心截面積對誤差的影響鐵心截面積與誤差成反比，一般來講，增加鐵心截面積可以減小誤差，但是鐵心截面積增加同時，增加了磁路長度，同時增加了二次繞組的阻抗，這些都大大的限制了誤差的減小。23 5 鐵心材料對誤差的影響鐵心的磁導(dǎo)率與誤差成反比。提高鐵心的磁導(dǎo)率，可以縮小鐵心的尺寸。一般來講，鐵心材料愈好，鐵心的

14、尺寸亦愈小，互感器價格就低。用于電流互感器的鐵心材料一般選高磁導(dǎo)率的材料. 如坡莫合金、非晶、超微晶合金材料、微晶高導(dǎo)鐵氧體簿和冷、熱軋硅鋼片等。23 6 二次負(fù)荷對誤差的影響從誤差公式中可以看出，誤差與二次負(fù)荷成一定的正比關(guān)系。實際上當(dāng)二次負(fù)荷增大，鐵心的磁密增大，鐵心的磁導(dǎo)率也略有增大。所以互感器的誤差所二次負(fù)荷的增大而增大。二次負(fù)荷的功率因數(shù)角增大，Sin （+）增大， cos（+）減小，因此二次負(fù)荷的功率因數(shù)角增大，比值差增大，相位差減小。24 電流互感器的誤差補(bǔ)償（）20 40 60 80 100 1205001000 I1/ I1N（ %）f （ %）由于存在勵磁電流和鐵心損耗，未

15、作補(bǔ)償?shù)碾娏骰ジ衅鞯恼`差必然是負(fù)值，上圖是未補(bǔ)償?shù)碾娏骰ジ衅鞯恼`差曲線， 多數(shù)情況下，（ + ）不超過 90 ，所以相位差為正值 。為使電流互感器的誤差向正方向變化，就必須采取補(bǔ)償措施。下面介紹幾種常用的補(bǔ)償方法：A、整數(shù)匝補(bǔ)償B、分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償C、磁分路補(bǔ)償D、短路匝補(bǔ)償E、磁分路短路匝補(bǔ)償F、圓環(huán)磁分路電勢補(bǔ)償G、電容補(bǔ)償24 1 整數(shù)匝補(bǔ)償（減匝補(bǔ)償）根據(jù)電流互感器的磁動勢平衡公式I 1 N 1I 2 N 2I 0 N 1 ，減少二次繞組的匝數(shù)，二次電流增加以維持磁動勢平衡，這樣達(dá)到電流誤差向正方向變化的目的。減匝補(bǔ)償?shù)挠嬎愎綖椋篺 bN b100%N 2 N式中 N b-補(bǔ)償匝數(shù)，即二次

16、繞組中減去的匝數(shù)；N2N-額定二次匝數(shù)。補(bǔ)償后電流互感器的誤差為f 1 = f + f b24 2 分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償在整數(shù)匝補(bǔ)償?shù)姆椒ㄑa(bǔ)償值過大時，可以采用分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償，分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償有兩種：a、雙鐵心補(bǔ)償或鐵心穿孔補(bǔ)償b、雙線或多線并繞補(bǔ)償雙鐵心實現(xiàn)分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償?shù)脑硎牵弘娏骰ジ衅鞯蔫F心分成大小相同的兩個，并在它們上面繞制二次繞組，其中有一匝只繞在一個鐵心上，少繞繞組的鐵心稱之為輔助鐵心；對整個鐵心來講，相當(dāng)于少繞了半匝，這就得到半匝補(bǔ)償。如果輔助鐵心的截面積是整個鐵心截面積的 1/3 ，則得到三分之一補(bǔ)償。分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償?shù)恼`差計算公式是：fb1Sb100%SN 2 N式中 S b-輔助鐵心的截面積；S-鐵心

17、的總截面積（兩個鐵心的截面積和） 。雙鐵心制作電流互感器有時不方便，可以在鐵心上穿孔的辦法實現(xiàn)分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償。同樣少繞繞組的那部分鐵心為輔助鐵心，它的截面積是整個鐵心截面積的1 /n ，就得到 1/n補(bǔ)償。由于兩個鐵心的平均磁路長度不同，這種補(bǔ)償?shù)恼`差計算公式是：f b1S bL100%N 2 NSL b式中 L b-輔助鐵心的平均磁路長度；L-整個鐵心的平均磁路長度。如果二次繞組采用完全相同的兩根導(dǎo)線并聯(lián)繞制，且有一根導(dǎo)線少繞一匝，相當(dāng)于整個二次繞組少繞半匝，得到半匝補(bǔ)償。補(bǔ)償值按照下式計算：N bf b100%2 N 2如果采用兩根不同線徑的導(dǎo)線或不同材料的導(dǎo)線繞制，則它們的內(nèi)阻值不同，少繞少

18、繞一匝的導(dǎo)線的電阻為Rb，另一根導(dǎo)線的電阻為 Rn，則補(bǔ)償值為：1R n100%f bR n RbN 2整數(shù)匝補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償只對比值差起到補(bǔ)償作用，對相位差基本不起作用。24 3 磁分路補(bǔ)償整數(shù)匝補(bǔ)償和分?jǐn)?shù)匝補(bǔ)償對電流互感器誤差的補(bǔ)償是不變的。雙鐵心補(bǔ)償中如果增加補(bǔ)償匝數(shù)， 在 7%10%額定電流時輔助鐵心的導(dǎo)磁率和損耗角都達(dá)到或接近最大， 對互感器誤差的補(bǔ)償也相應(yīng)達(dá)到最大，這是我們所希望的，但由于電流互感器誤差隨電流的增加而減小，若電流達(dá)到 10%120%額定電流時， 上述補(bǔ)償可能反而使互感器的誤差增加，此時必須減小輔助鐵心的截面積，這時輔助鐵心相當(dāng)于一個磁分路，這種補(bǔ)償方法稱為磁分路補(bǔ)償

19、或小鐵心補(bǔ)償。磁分路補(bǔ)償?shù)奶攸c是： 7%10%額定電流時，磁分路的導(dǎo)磁率和損耗角都最大，可以通過增減補(bǔ)償匝數(shù)來達(dá)到。補(bǔ)償數(shù)值的大小，可以通過增減磁分路的截面來調(diào)節(jié)。只要選擇合適的補(bǔ)償匝數(shù)和磁分路的截面，就可以使互感器誤差顯著減小，達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。下圖為圓環(huán)磁分路補(bǔ)償示意圖1主鐵心3 二次繞組2磁分路4補(bǔ)償匝數(shù)（只繞在主鐵心上）圓環(huán)磁分路的片數(shù)必須是整數(shù)片。磁分路的頭尾必須搭接4060mm，保證沒有氣隙。磁分路補(bǔ)償對比值差和相位差都起作用。24 4 短路匝補(bǔ)償在互感器的鐵心上用導(dǎo)線繞1 匝或 2 匝并短接， 稱為短路匝。 一次安匝中除勵磁安匝外，還增加了短路電流安匝，互感器的誤差為勵磁安匝和

20、短路電流安匝之和。短路電流安匝對互感器的誤差起到補(bǔ)償作用，這種補(bǔ)償稱為短路匝補(bǔ)償。短路匝補(bǔ)償補(bǔ)償?shù)臄?shù)值為：I k NkNk 2Z2 ZBb2RNI1 N1N2 Nk式中 Nk-短路匝數(shù)；Rk-短路匝內(nèi)阻。一次繞組二次繞組短路匝從上述公式中發(fā)現(xiàn)，短路匝補(bǔ)償對比值差和相位差的補(bǔ)償均為負(fù)值，且與短路匝數(shù)的平方成正比，與二次繞組的匝數(shù)和短路匝的內(nèi)阻成反比。短路匝補(bǔ)償主要用來補(bǔ)償當(dāng)二次負(fù)荷功率因數(shù)為0.8 時互感器的相位差。短路匝補(bǔ)償存在明顯的缺陷，即當(dāng)互感器出現(xiàn)過流時，短路匝容易被過流燒毀。24 5 磁分路短路匝補(bǔ)償電流互感器的相位差在 5%10%額定電流時，容易超出容許范圍，采用短路匝補(bǔ)償時，容易給

21、互感器帶來副作用，采用磁分路補(bǔ)償對相位補(bǔ)償效果不明顯，人們引入在磁分路上繞制短路匝的辦法，對相位差起到很好的補(bǔ)償作用，這種方法稱為磁分路短路匝補(bǔ)償。圓環(huán)磁分路短路匝補(bǔ)償示意圖如下：磁分路二次繞組主鐵心磁分路補(bǔ)償匝短路匝圓環(huán)磁分路短路匝補(bǔ)償不僅對比值差起補(bǔ)償作用，而且對相位差的補(bǔ)償也很大。24 5 電容補(bǔ)償一般來講，電流互感器是感抗元件，用電容補(bǔ)償可以抵消感抗，減小勵磁電流的無功分量，從而起到良好的誤差補(bǔ)償效果。電容補(bǔ)償主要有：A、并聯(lián)電容補(bǔ)償B、附加繞組并聯(lián)電容補(bǔ)償C、二次繞組正接附加繞組并聯(lián)電容補(bǔ)償24 5 1 并聯(lián)電容補(bǔ)償二次繞組并聯(lián)電容對誤差的補(bǔ)償為：b100cZ Bfb100cX B 100%b100 cR 3440（）B并聯(lián)電容對比值差的補(bǔ)償為正值，對相位的補(bǔ)償為負(fù)值，并且與二次負(fù)荷阻抗值成正比，二次負(fù)