電力系統(tǒng)電流互感器課程課件

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。1．誤差的定義(1)電流誤差fi：為二次電流的測測量值乘以額定電流比比所得的值與實際一次次電流之差，占占后者的百分?jǐn)?shù)數(shù)。因為所所以1．誤差的來源(1)電流誤差fi：當(dāng)很小小時，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。1．誤差的來源(2)相位誤差：為旋轉(zhuǎn)180o的二次電流相量與一次電流流相量之間的夾角。當(dāng)-I2超前I1時，相位誤差為為正。當(dāng)很小時時：在縱軸上的投影就是相相角誤差。2．影響誤差的因素素可見，fi和δi都與激磁磁勢F0(I0N1)及一次磁勢F1(I1N1)有關(guān)：具體影響電流互互感器的誤差的的因素有：一，二次繞組的的匝數(shù)；一次電電流的大??；鐵芯材料質(zhì)量，，結(jié)構(gòu)尺寸；二二次回路的負(fù)載載阻抗等。3．減小誤差的措施施A．運行時，應(yīng)使使一次實際電流流接近一次額定定電流。1.當(dāng)I1比IN1小得多時，由于于F1很小，則誤差較較大。2.當(dāng)I1=(100%——120%)IN1時，3.但如果I繼續(xù)增大，由于于鐵芯磁路飽和，誤差反而會增增大。同時，此此時的發(fā)熱也會會超過允許值。。3．減小誤差的措施施B．I1較小時，必須增增加一次繞組匝匝數(shù)N1。1.單匝式：N1=1。此時若I1很小，則I1N1小，誤差就大。。但優(yōu)點是構(gòu)造造較簡單，價格格較低，尺寸較較小，短路電流流通過時的動穩(wěn)穩(wěn)定度高。I1大于600A～1000A的電流互感器，，都制成單匝式式的2.多匝式：N1>1。當(dāng)被測電流很小小時，也能保證證要求的精度。。缺點是構(gòu)造較較復(fù)雜，價格貴貴。當(dāng)I1小于400A時，可以將電流流互感器制成多多匝式的。3．減小誤差的措施施C.為了減小磁勢F0，必須減小鐵芯芯的磁阻rm。1.縮短磁路長度L(如采用圓形截面面鐵芯)。2.增大鐵芯的橫截面S，磁路不易飽和和。3.采用磁導(dǎo)率μ高的電工鋼。3．減小誤差的措施施D、要盡量減小二二次回路的負(fù)載載Z2f。如果F1不變的情況下，，而增大Z2f，則I2減小，F(xiàn)2減小，使F0增大，結(jié)果是fi，δi增大。3．減小誤差的措施施E.減少二次繞組的的匝數(shù)N2由于二次電流與二次次繞組的匝數(shù)成成反比，所以減減少二次繞組的的匝數(shù)N2會使二次電流比未減少匝數(shù)前前增大，從而補補償了電流誤差。電流互感器的準(zhǔn)準(zhǔn)確級1．電流互感器的的準(zhǔn)確級為了保證計量、、測量的準(zhǔn)確性性，保證保護(hù)裝裝置動作可靠、、正確，電流互互感器必須達(dá)到到一定的準(zhǔn)確度度，即限定其工作作范圍，給出如如下定義：電流互感器的準(zhǔn)準(zhǔn)確級以電流誤誤差來定義的。。即：在規(guī)定的二次負(fù)荷荷變化范圍內(nèi)，，一次電流為額額定值時的最大大電流誤差百分分?jǐn)?shù)。(準(zhǔn)確級越大，誤誤差越大，精度度越低。)包括測量用準(zhǔn)確確級和保護(hù)用準(zhǔn)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)其其二次負(fù)荷應(yīng)在在二次額定負(fù)荷荷的25％～100％之間，3～5兩個標(biāo)準(zhǔn)其二次次負(fù)荷應(yīng)在額定定負(fù)荷的50％～120％間，否則準(zhǔn)確確度不能滿足要要求。對負(fù)荷范圍廣，，準(zhǔn)確度要求高高的場合，可以以采用經(jīng)補償?shù)牡?.2s和0.5s電流互感器。該該互感器在1％～120％負(fù)荷間均能滿滿足準(zhǔn)確度要求求。對測量用電電流互感器除了了幅值準(zhǔn)確度要要求外，還有角角度誤差要求。。P184表6-3除了二次負(fù)載的的變化范圍影響響著誤差限值，，實際的一次電電流占額定電流流的百分，比也也影響著測量準(zhǔn)準(zhǔn)確度。保護(hù)用（Protection）：電流互感器在一一次系統(tǒng)短路后后的暫態(tài)過程中中要具有良好的的暫態(tài)響應(yīng)特性性,在短路后的暫態(tài)過程中仍能能真實地傳變一次短路電流—暫態(tài)響應(yīng)特性好好。分為穩(wěn)態(tài)類電流流互感器（P類）和暫態(tài)類電電流互感器（TP類）。對于穩(wěn)態(tài)態(tài)類來說，準(zhǔn)確確級規(guī)定5P、10P兩個準(zhǔn)確級。暫態(tài)保護(hù)特性級級分別為TPS級、TPX級、TPY級和TPZ級。目前我國使使用較多的是TPY級。繼電保護(hù)用準(zhǔn)確確級同時還要滿滿足10％誤差要求。穩(wěn)態(tài)保護(hù)用電流流互感器穩(wěn)態(tài)保護(hù)用電流流互感器的準(zhǔn)確確級要求一般沒沒有測量用的高高，但由于要求求其在故障大電電流時有較好的的傳變特性，所所以有短路電流倍數(shù)（稱稱為額定準(zhǔn)確限值值系數(shù)）這個重要參數(shù)，習(xí)習(xí)慣上把保護(hù)用電電流互感器的準(zhǔn)確確級與準(zhǔn)確限值系系數(shù)連在一起標(biāo)注注，一般用εPM表示，如5P10。其含義是當(dāng)實際短短路電流是互感器器一次額定電流的的10倍時，其誤差（復(fù)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)確度的允允許最大短路電流流倍數(shù)。電流互感器的10%誤差曲線是指當(dāng)電電流互感器誤差滿滿足10%時,一次電流倍數(shù)m10（一次電流I1與其額定電流I1N的比值m10=I1/I1N）和二次負(fù)荷阻抗抗Zb的關(guān)系特性曲線（如圖），也是對對應(yīng)準(zhǔn)確級為10P的誤差曲線（準(zhǔn)確確級為5P即為5%誤差曲線）。保護(hù)用電流互感器器的暫態(tài)特性系統(tǒng)發(fā)生短路故障障時一定伴有電流流迅速的、大幅值值的變化，其中含含有大的直流分量量與豐富的各次諧諧波分量，這種暫暫態(tài)過程在故障初初期最為嚴(yán)重。如如果電流互感器沒沒有較好的暫態(tài)特特性，就無法準(zhǔn)確確進(jìn)行信號的傳變變，嚴(yán)重時將發(fā)生生電流互感器飽和和，造成保護(hù)裝置置拒動或誤動。暫態(tài)特性良好的電電流互感器與普通通電流互感器相比比，具有良好的抗飽和性能能，這在制造中可以以通過增加鐵芯的的截面積、選用高高導(dǎo)磁材料或同時時在鐵芯中加入非非磁性間隙等辦法法來改變磁路特性性。改變磁路特性性的大小不同，形形成了不同等級的的暫態(tài)型電流互感感器。暫態(tài)過程的大小和和持續(xù)時間，與系系統(tǒng)的時間常數(shù)有有關(guān)。系統(tǒng)時間常數(shù)增大大，使短路電流非非周期分量的衰減減時間加長，短路路電流的暫態(tài)持續(xù)續(xù)時間加長。系統(tǒng)容量越大，短短路電流的幅值也也越大，暫態(tài)過程程越嚴(yán)重。針對不同的系統(tǒng)要要采用具有不同暫暫態(tài)特性的電流互互感器。目前暫態(tài)型電流互互感器分為四個等等級，分別用TPS、TPX、TPY、TPZ表示。各等級暫態(tài)態(tài)型電流互感器具具有如下特點：1)TPS級為低漏磁電流互互感器，鐵芯中不不設(shè)非磁性間隙，，無剩磁通限值，，制造工藝比較簡簡單。2)TPX級在鐵芯中不設(shè)非非磁性間隙，無剩剩磁通限值，誤差差限值較小，主要要用于后備保護(hù)。。3)TPY級在鐵芯中設(shè)置一一定的非磁性間隙隙，其相對非磁性性間隙長度(實際非磁性間隙長長度與鐵芯磁路長長度之比值)約為0.05％。剩磁通不超過飽和和磁通的10％。應(yīng)用最為廣泛泛。4)TPZ級在鐵芯中設(shè)置的的非磁性間隙尺寸寸較大，一般相對對非磁性間隙長度度約為0.1％以上，無直流分分量誤差限值要求求，剩磁實際上可可以忽略。TPZ級準(zhǔn)確級由于鐵芯芯非磁性間隙大，，鐵芯磁化曲線線線性度好，二次回回路時間常數(shù)小，，對交流分量的傳傳變性能也好，但但傳變直流分量的的能力極差。普通保護(hù)級(P級)電流互感器是按穩(wěn)穩(wěn)態(tài)條件設(shè)計的，，暫態(tài)性能較弱，，但一般能夠滿足足220kV以下系統(tǒng)的暫態(tài)性性能要求。目前220kV及以下電力系統(tǒng)保保護(hù)用電流互感器器，在大多數(shù)情況況下選用普通保護(hù)護(hù)級(P級)電流互感器，即能能滿足穩(wěn)態(tài)也能滿滿足暫態(tài)運行要求求。在目前500kV線路保護(hù)中，一般般選用TPY級暫態(tài)電流互感器器。電流互感器的額定定容量電流互感器的額定定容量電流互感器的額定定容量SN2：是指在二次額定定電流IN2和額定二次阻抗ZN2下運行時，二次繞繞組輸出的容量（（最大負(fù)載值）。。即：額定輸出容量的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值有5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA可見，額定容量和和額定阻抗只差一一個系數(shù)，所以，，廠家常提供電流流互感器的二次額額定阻抗。較低的準(zhǔn)確級對應(yīng)應(yīng)較高的二次額定定容量。要想保證準(zhǔn)確級，，就要保證通常所說的額定容容量是指對應(yīng)于最最高準(zhǔn)確級的容量量同一臺電流互感器器工作在不同準(zhǔn)確確級時，會有不同同的額定容量。電流互感器的接線線形式常用的電流互感器器二次回路接線方方式有單相接線、、兩相星形（或不不完全星形）接線線和三相星形（或或全星形）接線。。單相式接線：只有一只電流互感感器組成，接線簡簡單。它可以用于于小電流接地系統(tǒng)統(tǒng)零序電流的測量量，也可以用于三三相對稱電流中電電流的測量或過負(fù)負(fù)荷保護(hù)等。不完全星形接線有兩相電流互感器器組成，與三相星星形接線相比，它它缺少一只電流互互感器（一般為B相），所以又叫不不完全星形接線。。三相星形接線三相星形接線又叫叫全星形接線。這種接線由三只互互感器按星形連接接而成，相當(dāng)于三只只互感器公用零線線。零線在系統(tǒng)正正常運行時沒有電流通通過（3I0=0），但該零線不能能省略。能反應(yīng)任何一相、、任何形式的電流流變化。電流互感器二次回路必須接地地，其目的是為了防防止當(dāng)一、二次之之間絕緣被破壞時時，對二次設(shè)備與與人身造成危害，，所以一般宜在配配電裝置處經(jīng)端子子接地。在電流互感器的接接線中，要特別注注意其二次線圈的極性性，特別是方向保護(hù)護(hù)與差動保護(hù)等回回路。當(dāng)電流互感感器二次極性錯誤誤時，將會造成計計量、測量錯誤，，方向繼電器指向向錯誤，差動保護(hù)護(hù)中有差流等，造造成保護(hù)裝置的誤誤動或拒動。電流互感器的極性性電流互感器的極性性表示方法采用減極性表示法：定義一次繞組的首首端為L1，末端為L2，定義二次繞組的的首端為K1，末端為K2。如果規(guī)定L1與K1為同極性，則如果果L1有交流電流流入，，那么K1就有同相位的交流流電流流出。目的：經(jīng)電流互感感器接入的儀表，，其測量的電流方方向與把儀表直接接接入一次電路中中電流的方向相同同。在由一組電流互感感器或多組電流互互感器二次連接成成的回路中，運行行中接地不能拆除，但也不允許出現(xiàn)一個以以上的接地點，當(dāng)回路中存在兩兩點或多點接地時時，如果地電網(wǎng)不不同點間存在電位位差，將有地電流流從兩點間通過，，這將影響保護(hù)裝裝置的正確動作。。電流互感器全型號號的表示及含義與雙繞組變壓器相相似，是由鐵芯和和一次、二次繞組組兩個主要部分構(gòu)構(gòu)成。0.5kV電流互感器的一次次和二次繞組都套套在同一鐵芯上，，是結(jié)構(gòu)最簡單的的互感器。不同的二次負(fù)荷對對電流互感器有不不同的精度要求。。為了節(jié)省空間和和成本，往往幾個個鐵芯(沒有磁聯(lián)系，各自自繞著相應(yīng)的二次次繞組)共享一個一次線圈圈，構(gòu)成一臺電流流互感器。一般3～35kV電流互感器均有兩兩個二次繞組；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)構(gòu)另外，為了適應(yīng)不不同一次負(fù)荷電流流的要求，110kv及以上的電流互感感器常常將一次繞繞組分成幾組，通通過改變一次繞組組的串并聯(lián)關(guān)系，，即可方便地獲得得2～3個額定電流比。1.一般干式互感器：：適用于戶內(nèi)、低低電壓；2.澆注式：廣泛用于于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；一種是獨獨立式（倒立式結(jié)構(gòu)：如如下圖）電流互感器使用的的注意事項1．電流互感器的接接線應(yīng)保證正確性性。一次繞組和被被測電路串聯(lián)，而二次繞組應(yīng)和和連接的所有測量量儀表、繼電保護(hù)護(hù)裝置或自動裝置置的電流線圈串聯(lián)聯(lián)；同時要注意極極性的正確性，一一次繞組與二次繞繞組之間應(yīng)為減極性關(guān)系，一次電流若若從同名端（減極極性標(biāo)示法）流入入，則二次電流應(yīng)應(yīng)從同名端流出。。2．電流互感器的二次繞組絕對不允允許開路。為了防止二次繞繞組開路，規(guī)定在在二次回路中不準(zhǔn)準(zhǔn)裝熔斷器等開關(guān)關(guān)電器。如果在運運行中必須拆除測測量儀表或繼電器器及其他工作時，，應(yīng)首先將二次繞繞組短路。3．電流互感器的二次側(cè)必須可靠接接地這是為了防止一、、二次繞組之間絕絕緣損壞或擊穿時時，一次高電壓竄竄入二次回路，危危及人身和設(shè)備安安全。1．結(jié)構(gòu)類型和準(zhǔn)確確級的確定根據(jù)安裝地點（戶戶內(nèi)或戶外式）和和安裝方式（如穿穿墻式、支持式、、裝入式）選擇其其型式。準(zhǔn)確級的確定電流互感器準(zhǔn)確級級的確定，取決于于二次負(fù)荷的性質(zhì)質(zhì)。0.2級用于實驗室的精精密測量，重要的的發(fā)電機和變壓器器回路及500kV重要回路；二次負(fù)負(fù)荷如果屬一般電電能計量，則電流流互感器采用0.5級；功率表和電流流表可配用1.0級的電流互感器。。如果幾個性質(zhì)不不同的測量儀表需需要共用一臺電流流互感器時，則互互感器的準(zhǔn)確級按按就高不就低的原原則確定。用于繼電保護(hù)裝置置的電流互感器還還應(yīng)按10％誤差曲線進(jìn)行校校驗。2．額定電壓的選擇電流互感器的一次額定電壓的選選擇主要是滿足相相應(yīng)電網(wǎng)電壓的要要求，其絕緣水平平能夠承受電網(wǎng)電電壓長期運行，并并承受可能出現(xiàn)的的雷電過電壓、操操作過電壓及異常常運行方式下的電電壓。應(yīng)滿足下列條件：：UN≥UNS3．一次額定電流的的選擇確定一次額定電流應(yīng)大大于所在回路可能能出現(xiàn)的最大負(fù)荷荷電流，并考慮適適當(dāng)?shù)呢?fù)荷增長，，當(dāng)最大負(fù)荷無法法確定時，可以取取與斷路器、隔離離開關(guān)等設(shè)備的額額定電流一致。而而且選取的電流互互感器一次額定電電流值應(yīng)與國家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GBl208-1997推薦的一次電流標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值相一致。一次側(cè)額定電流應(yīng)應(yīng)盡可能比電路的的正常工作電流大大1/3左右。4.二次側(cè)額定電流：：電流互感器的二次次額定電流采用5A還是1A，主要決定于經(jīng)濟濟技術(shù)比較。在相相同一次額定電流流、相同額定輸出出容量的情況下：：電流互感器二次電電流采用5A時，其體積小，價價格便宜，但電纜纜及接入同樣阻抗抗的二次設(shè)備時，，二次負(fù)載將是1A額定電流時的25倍。所以一般在220kV及以下電壓等級變變電所中，220kV回路數(shù)不多，而10～110kV回路數(shù)較多，電纜纜長度較短時，電電流互感器二次額額定電流采用5A的。在330kV及以上電壓等級變變電所，220kV及以上回路數(shù)較多多，電流回路電纜纜較長時，電流互互感器二次額定電電流采用1A的。5、額定電流比的確確定由于電流互感器的的二次額定電流一一般為標(biāo)準(zhǔn)的5A與1A，電流互感器的變變比基本有一次電電流額定電流的大大小決定。6.二次負(fù)荷的校驗為保證所選電流互互感器的準(zhǔn)確級，，其最大相二次負(fù)負(fù)荷S2，應(yīng)不大于所選準(zhǔn)確級相應(yīng)的的額定容量，即由和和得得：：代入二次負(fù)荷阻阻抗為Z2L為ra、rre—測量儀表和繼電器器的電流線圈電阻阻，可由其線圈消耗的功率求得。。rL—儀表或繼電器至電電流互感器的連接導(dǎo)線電阻：rc—接觸電阻，一般取取0.1。由可將二次負(fù)荷校驗驗條件轉(zhuǎn)換為求連連接導(dǎo)線的最小截截面積。連接導(dǎo)線線的電阻應(yīng)滿足根據(jù)，，可得滿足足準(zhǔn)確級要求的連