电流互感器选型指南(1)

1  电流互感器概述

电流互感器（current transformer）是将一次回路的大电流成正比的变换为二次小电流以供给测量仪表、继电保护及其它类似电器。电流互感器在电网中的工作状态见下图。

 电网中电流互感器的工作状态   

2.4 额定输出容量标准值

额定输出标准值为：2.5、5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA

对一台互感器来说，只有一个额定输出是标准值，并满足标准准确级。其余额定输出时，可允许是非标准值，但要符合另一个标准准确级。

2.5 温升限值

当电流互感器一次电流等于额定连续热电流，且带有对应于额定输出负荷，其功率因数为1时，电流互感器温升应不超过规定限值。

当周围温度高于规定数值时，应将允许温升减去超过的气温值。

当互感器工作地点在海拔1000m以上地区工作时，温升限值按每高出100m减去0.4％（油浸式）或0.5％（干式）。

3  电流互感器基本特性

3.1 电流互感器型式

按下列分类方式，可归纳为：

（1）按用途：测量用电流互感器；保护用电流互感器

（2）按电压等级：对应不同的电网电压(0.38kV、0.6 kV、1 kV、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1000kV）下使用的电流互感器；

3.2 保护用电流互感器的类型

保护用电流互感器分为两大类：

（1） P类（P意为保护）电流互感器。包括PR和PX类。

该类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态对称电流时的复合误差或励磁特性拐点来确定的。

P类及PR类电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准准确级为：5P、10P、5PR和10PR。

P类及PR类电流互感器在额定频率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过表2-1所列限值。

表2-1      P类及PR类电流互感器误差限值

TPS级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定。对剩磁无限制。

TPX级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（）。对剩磁无限制。

TPY级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（）。剩磁不超过饱和磁通的10％。

TPZ级：准确限值规定为在指定的二次回路时间常数下，具有最大直流偏移的单次通电时的峰值瞬时交流分量误差（）。无直流分量误差限值要求。剩磁实际上可以忽略。

3.3 测量用电流互感器的类型

测量用电流互感器有一般用途和特殊用途（S类）两类。测量用电流互感器的额定一次电流为保证二次电流在合适的范围内，可采用复式变比或二次带抽头的电流互感器。

工程中应根据电力系统测量和计量系统的实际需要合理选择互感器类型。

3.4 多变比电流互感器

多变比电流互感器是指在一台电流互感器上，采用一次绕组各段的串联或并联连接，或/和采用二次绕组抽头的方法，获得多种电流比的电流互感器。当电流互感器有多个二次绕组，且各二次绕组的额定电流比不同时，也称复合变比电流互感器。测量级和保护级的电流比可以不相同。

（1）  一次绕组串并联方式

采用一次绕组串联或并联方式，可获得两个成倍数的电流比（见图2-18）。例：2x600/5A：一次绕组串联时为600/5A；一次绕组并联时为1200/5A。一般在66kV及以上电压等级的电流互感器上采用。对于35kV及以下电压等级由于产品结构布置困难，较少采用。

图2-18 一次绕组串并联方式

（2）  二次绕组抽头方式

二次绕组抽头理论上可以在起未端之间的任意部位，一般常用是中间抽头。图2-19表示在1/3处抽头的情况。一般二次绕组抽头方式仅用在测量用电流互感器。保护级采用抽头获得的电流比会降低保护性能，因此，保护级一般不会采用二次抽头方式获得更小的电流比。

图2-19 二次绕组抽头方式

（3）  一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用

同时采用一次绕组串并联和二次绕组抽头方式可获得更多的电流比。

图2-20 一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用

示例：2x600/5A：一次串并联方式；二次在1/3处抽头方式，获得的电流比见表2-5。

表2-5 多电流比的电流互感器

4  电流互感器参数选择原则

（2） 动稳定校验

对带有一次回路导体的电流互感器需进行动稳定效验；对于一次回路导体从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不用进行动稳定效验。

电流互感器的动稳定性能通常以额定动稳定电流或动稳定倍数表示。它们之间的关系是：

……………………………（2-1）

式中：

Kd — 动稳定倍数，（由制造部门提供）；

Idyn— 额定动稳定电流（峰值）（kA）；

Ipn— 电流互感器额定一次电流（A）。

电流互感器动稳定的校验按下式计算：             Idyn≥Ich………………………………………     （2-2）

或

……………………………（2-3）

式中：

Ich— 短路冲击电流瞬时值（kA）。

（3） 短时热电流校验

短时热电流校验是验算互感器承受短路电流发热的能力。制造部门在产品样本中一般给出的是1s或5s热稳定电流倍数，可按下式进行校验：

…………………………………（2-4）

式中：

 K th— 电流互感器热稳定电流倍数，由制造部门提供。

Qd— 短路电流引起的热效应（A²s），宜按后备保护动作时的全分闸时间确定；

t — 制造部门提供的短时热电流计算时间，t＝1s或5s。

校验时也可按的大小对产品的热稳定进行比较，特别是不同产品t采用不同值时。

当互感器绕组可串、并联切换时，应按其接线状态下的实际短路电流进行校验。

当动热稳定不够时，例如有时因回路工作电流较小，则可选择额定电流较大的电流互感器，增大变流比。若测量用电流表读数太小时，可采用复式变比或二次带抽头电流互感器。

（4） 机械荷载

机械荷载校验是校验电流互感器出线端承受导体的静荷载力和短路时电动力不超过设备的允许值。

1）静荷载

设备最高电压72.5kV及以上的电流互感器，其一次绕组接线端子的垂直和水平方向应能承受表2-6所规定的静态试验荷载。

表2-6 静态承受试验荷载

上表中数值包含由于风和结冰而引起的荷载。

按导线机械计算方法，计算出电流互感器端子承受导体的拉力，不超过厂家提供的静荷载数据。具体计算方法见《电力工程电气设计手册》中“导线实用力学计算”部分。

2）短路荷载

a）硬导体短路电动力计算

电流互感器与硬导体连接时，其校验公式与支柱绝缘子相同，即：

………………………（2-5）

式中：

 Fmax—电流互感器端子承受的电动力，N

  a—回路相间距离，cm；

  lm—计算长度，cm；

  l1—电流互感器出线端部至最近一个母线支柱绝缘子的距离，cm；

  l2—电流互感器两端瓷帽的距离，（当电流互感器为非母线式瓷绝缘时，），cm。

有的产品样本未标明出线端部允许作用力，而只给出动稳定倍数Kd。Kd一般是在相间距离为40cm，计算长度为50cm的条件下取得的。此时，可按下式进行校验：

 …………………（2-6）

b）软导线短路电动力计算

电流互感器与软导线连接时，电动力计算方法见《电力工程电气设计手册》中“软导线和组合导线短路摇摆计算”部分的有关内容。

（5） 额定二次电流和负荷

1）电流互感器额定二次电流（Isn）有1A和5A两类。

2）对于新建发电厂和变电所，有条件时电流互感器额定二次电流宜选用1A。如有利于电流互感器安装或扩建工程原有电流互感器采用5A时，额定二次电流可选用5A。

3）一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用1A和5A。

4）保护用电流互感器的准确级和允许极限电流，都与二次负荷有关，需要合理选择二次负荷额定值并进行相应的验算。电流互感器二次负荷可用阻抗Zb(Ω)或容量(VA)表示。二者之间的关系为：

 ………………………………………（2-7）

当电流互感器额定二次电流为5A时，数值，当电流互感器额定二次电流为1A时，Sb=Zb。

5）由于电子式仪表和微机继电保护的普遍应用，互感器额定二次电流广泛采用1A，以及保护和控制下放就地等因素，二次回路负荷大大降低，相应的电流互感器二次负荷也宜选用较低的额定值，以便降低造价和改善其结构及性能（如采用倒置式结构）。

4.2  决定电流互感器电流比的因素

电流互感器的电流比是由额定一次电流和额定二次电流构成。电流比必须保证在规定的电力负荷下满足测量（及计量）、保护及动热稳定的要求。

（1） 测量级对额定一次电流的要求

测量或计量用电流互感器要求在正常工作范围内保证规定的准确度，尤其对关口点计量的电流互感器更应准确计量。为此，必须确定额定一次电流尽量接近正常的电力负荷电流，并保证互感器应满足仪表保安电流的要求（当采用常规仪表时）。

（2） 保护级对额定一次电流的要求

继电保护用电流互感器，要求在额定一次电流和准确限值电流下，满足规定的误差限值要求。作为保护更为关注在准确限值一次电流时，准确地输出符合要求（5P级复合误差＜±5%；10P级复合误差＜±10%）的二次电流，保证保护装置正确可靠动作。为此，当准确限值电流确定条件下，互感器的额定一次电流选得越大，准确限值系数越小，产品易制造。

（3） 电力负荷变化对额定一次电流的影响

1) 变电所（升压站）设计的实际电力负荷与远景负荷相差悬殊：若按远景负荷确定互感器的额定一次电流，保护级按远景负荷确定的的额定一次电流，可满足保护功能的要求，但互感器的测量级不能满足近期实际负荷的准确计量。

2) 特殊负荷：例电气化铁路、轧钢等的电力线，一般电流互感器额定一次电流按短时最大的负荷确定，而在正常工作情况下通过电流互感器的电流很小，无法满足准确计量的要求。

3) 系统间联络线，负荷不固定：互感器的额定一次电流按最大负荷电流或输电线路、断路器的额定电流确定，因而电流互感器不可能满足在负荷变化的全范围内准确级要求。

当电力负荷变化范围太大时，若按最大负荷确定为额定一次电流，可满足保护级功能要求，但互感器测量级无法对最小负荷进行准确计量。反之，若按最小负荷确定为额定一次电流，测量级可准确计量最小的电力负荷，但对最大电力负荷时的计量必须要选用具有“电流扩大值”为200%、300%等的电流互感器。对于保护级在最大电力负荷时要发挥保护功能，必须有很大的准确限值系数，这会给互感器制造带来困难。所以在电力负荷变化范围时测量级和保护级的要求是矛盾的，应采用多变比的电流互感器。

（4） 额定二次电流由以下因素决定

额定二次电流有两种：5A、1A。在110kV及其以下电压等级，可以采用二次电流为5A或1A。一般在220kV及其以上电压等级的电流互感器，推荐采用二次电流为1A。

4.3  多变比电流互感器参数的选择原则

（1） 电力负荷较稳定时

当电力负荷较稳定，变化范围不大时，采用单一电流比的电流互感器。额定一次电流宜取回路负荷电流的1.5～2.0倍。

（2） 电力负荷变化时

当电力负荷变化范围大时，宜采用多变比的电流互感器，一次绕组采用串并联方式，测量用电流互感器带S级，其电流比选较小值，并且在二次绕组抽头。保护级用最大的电流比（二次绕组不抽头）。

示例：技术参数2x600/5A：

测量级：2x(200、400、600)/5A；0.2S级；输出容量：抽头为30VA；满匝为50VA。

保护级：2x600/5A：5P20；50VA。

制造方案：一次绕组串并联；测量级为0.2S级并在二次绕组的三分之一处抽头；保护级二次绕组不抽头。多电流比电流互感器连接方式时的性能见表2-7。

表2-7  多电流比电流互感器连接方式时性能

…………………………………（2-8）

例：在二分之一处抽头，则

，即为满匝时的四分之一。一般抽头时的输出容量按上式确定，实际上，产品还是可以作得比计算值大些（具体输出容量应用户与制造双方协商）。

（5） 多电流比套管式电流互感器额定值

多电流比套管式电流互感器额定值是以其最大电流比时规定的，其余电流比则不作规定。例：“300-600-1200/1A；50VA；0.5级”表示在1200/1A时满足50VA、0.5级。而在其他的变比：300/1A、600/1A时的准确级和额定输出由双方协商。

4.4  保护电流互感器的特殊要求

保护用电流互感器参数除按照一般规定进行选择外，还要考虑电流互感器所在回路的具体要求：

（3）大型发电机变压器组厂用分支的额定电流远小于主变压器额定电流，厂用分支的电流互感器一般可以厂用分支额定工作电流为基础进行选择，但例外的是厂用分支侧用于发－变组差动保护的电流互感器，原则上应与主回路电流互感器变比一致，如因额定一次电流过大装设有困难时，可根据具体情况采取适当措施，如由保护装置改变变比，或者采用二次额定电流为1A的互感器（当其他互感器额定二次电流为5A时）以便在保持变比一致条件下降低互感器额定一次电流等。

4.5  测量电流互感器的特殊要求

（1）测量用带S级电流互感器的特殊要求

0.2S级和0.5S级是特殊用途的电流互感器，在与宽负荷电度表（过载4倍及以上的电度表）相连接时，电流互感器的计量电流在50mA～6A之间（即额定二次电流5A的1%～120%之间的某一电流下能作准确测量）。在电能关口计量点处宜用0.2S级和0.5S级电流互感器。

1）带S级电流互感器在很宽的负荷电流（1～120）% 时具有高准确度。在负荷电流的（20～120）%时，电流误差为≯±0.2%；相位差为≯10＇。其误差值为标称限值，对用于计量关口点电费的准确度有保障。

2）采用计量级带S级的电流互感器时，可符合按计量规程规定选的负荷电流，在额定电流的50%～66.6%范围内具有高准确度。

例：0.2级：在时，电流误差为±0.2618%（注意：＞0.2%）；相位差为±12.06＇（注意：＞10＇），己超过预期的误差标称限值。

0.2S级，在=（20～120）% 时，电流误差为±0.2；相位差为±10＇，符合预期的误差标称限值。

图2-21 带S级的测量用电流互感器的误差限值

（2）测量用带S级电流互感器适用范围

据电力网经营体制改革，要求发电、供电、用电的准确计量.以作为考核电网技术经济指标和实现贸易的计量依据。为此要求安装在电能关口计费点的电流互感器具有更高的准确度。

当安装点的电力负荷变化范围很大，电力负荷低峰与高峰负荷电流相差几倍时，要同时满足高峰和低峰负荷电流的计量准确度，互感器应采用带S级的电流互感器。并按高峰电力负荷值来确定互感器的额定电流比。

（3）测量用电流互感器额定输出的选择

对测量用电流互感器在选择额定输出时，应考虑到实际的负荷不是越大越好。按国家标准规定，测量用电流互感器准确级的误差限值规定的二次输出范围为25%～100%额定输出，因此，当额定输出选得太大，而实际运行时的负荷可能小于25%额定输出，此时所规定的准确度是达不到的。