电流互感器的设计选择

电流互感器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 选择 吴华杰 (唐山供电设计院，河北 唐山 063000) 摘 要:针对国家城农网的改造,系统短路容量急剧增加、新型保护装置大量采用的状况,分析在设计中选 择电流互感器额定一次电流、额定二次电流和准确级原则,论证 S 级电流互感器的应用条件、选择原则以及多次 级电流互感器合理性和电流互感器二次参数的定量选择计算。 关键词:电流互感器;动、热稳定性;误差限值;准确级 中图分类号:TM452 文献标识码:A 文章编号:1009-9115:2004:02-0061-03 在目前的电力系统中，由于电网结构和系统容量的局限的铁芯截面有关，而铁芯截面及其体积又影响其一次导体的和随着国家城农网改造的完成，系统短路容量急剧增加，电 线径或安匝数，以及电流互感器的外部整体尺寸。电流互感 力市场迅速发展，电力系统和电力用户对电流互感器提出了 器的动、热稳定性与其安装地点和安装方式有关，原因是安 越来越多的要求，其核心问题是动、热稳定性和计量的准确 装地点和安装条件限制了互感器的外部形体。一般户外安装 性。长期以来，不少单位尚不能根据自身应用的条件正确地 的电流互感器受外瓷套的限制，其动、热稳定性不能无限提 选择电流互感器，笔者针对这种情况，力求对电流互感器的 高;安装在开关柜内的电流互感器，受柜体尺寸和安装位置 选型做一全面分析。 的限制，其动、热稳定性的提高更为困难，特别是目前 6~10kV、额定一次电流在 100A 以下的电流互感器，其动、 1 影响电流互感器额定一次电流因素 1.1 电力负荷的要求 热稳定性往往难以满足大容量电源点短路容量的要求。 1.3 继电保护和测量、计量装置的要求 根据电流互感器的选择原则，要求电流互感器的额定一 次电流满足电力负荷的要求。而对系统间联络线，其负荷电 继电保护用电流互感器，要求其在短路故障情况下，在 流从零到最大值是经常变化的;电力馈线的近期负荷和远景 准确限值一次电流范围内，满足误差限值的要求，输出符合 规划相差悬殊;其他一些特殊负荷，如电铁、轧钢等最大冲 要求的二次电流，保证保护装置正确可靠动作(或不动作)。 击负荷持续时间很短。由于这些馈线的电流互感器额定电流 这类电流互感器在接近或小于额定一次电流的情况下，电流 按最大负荷电流选择，从而使得负荷电流很小时，不能满足 和相位误差易于满足要求。所以继电保护用电流互感器并不 测量或计量准确度的要求。 要求其额定一次电流值接近其正常符合电流，而希望其额定 1.2 电流互感器的动、热稳定性 电流值大于额定负荷电流，以降低其准确限值一次电流系数 随着电力工业的发展，系统短路容量急剧增加，安装在 的要求。 电网中的电流互感器应满足装设地点的短路容量要求。选用 测量或计量用电流互感器通常应尽量接近正常负荷电 时，动稳定电流 I(峰值)应大于或等于系统短路电流最 dyn流，以保证其测量或计量的准确度。 大值 I(短时热电流(热稳定电流)I(有效值)应大于 maxth在电力系统中，继电保护和测量、计量采用具有多次级 或等于系统稳定短路电流 I，同时要考虑时间和热效应相匹 k且不同电流比的同一电流互感器，可以有效地实现多种用 配。对于额定电流较大的电流互感器容易满足要求，而当额 途、多个功能的要求。由于它们对额定电流的要求各不相同， 定电流较小时，往往不能满足要求。对具有一次导体的单匝 特别是在短路容量较大的电源点，对继电保护用的铁芯的准 贯穿式电流互感器或没有一次导体的母线型电流互感器，其 确限值系数要求高;而负荷容量较小或变化范围较大，对计 额定一次电流即额定安匝，其动、热稳定性可以做得很高， 量、测量的准确等级要求高的情况下效果更为明显。 但小电流比时的准确等级和二次容量受到限制。此外，电流 2 电流互感器的误差限值 互感器的额定二次容量、准确度等级和准确限值系数等参数 老 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中测量用电流互感器的准确级次为 0.2、0.5、1、 也程度不同地影响其动、热稳定性，因为这些参数与互感器 3、10 五档，GB1208-87 规定为 0.1、0.2、0.5、1、3、5 六 ?????????? 收稿日期:2003-12-23 第 26 卷第 2 期 2004 年第 2 期 唐山师范学院学报 档和 0.2S、0.5S 两档。在额定频率、二次负荷为额定负荷的 电流误差和相位差不超过 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 规定的限值。在额定频率下的 25%~100%之间的任一值，功率因数为 0.8 时，各准确级的 电流误差和相位差不超过表 2 规定的限值。 表 1 0.1、0.2、0.5、1、3、5 六档 电流误差，?% 准相位差(在下列额定电流百分数时) 确 (在下列额定电流百分数时) ?crad ?( ′) 级 5 20 50 100 120 5 20 100 120 5 20 100 120 0.1 0.4 0.2 0.1 0.1 15 8 5 5 0.45 0.24 0.15 0.15 — — 0.2 0.75 0.35 0.2 0.2 30 15 10 10 0.9 0.45 0.3 0.3 — 0.5 1.5 0.75 0.5 0.5 90 45 30 30 2.7 1.35 0.9 0.9 1 3.0 1.5 1.0 1.0 180 90 60 60 5.4 2.7 1.8 1.8 — — — — — — — — — — 3 3 3 3 — — — — — — — — — — 5 5 5 5 表 2 0.2S、0.5S 两档 电流误差，?% 准相位差(在下列额定电流百分数时) 确 (在下列额定电流百分数时) ?crad ?( ′) 级 1 5 20 100 120 1 5 20 100 120 1 5 20 100 120 0.2S 0.75 0.35 0.2 0.2 0.2 30 15 10 10 10 0.9 0.45 0.3 0.3 0.3 0.5S 1.5 0.75 0.5 0.5 0.5 90 45 30 30 30 2.7 1.35 0.9 0.9 0.9 表 3 5P、10P 两个准确级 电流误差，?% 相位差(在额定一次电流时) 复合误差% 准确级(在额定一次电流时) (在额定准确限值一次电流时) ?crad ?( ′) 5P 1 60 1.8 5 — — 10P 3 10 保护用电流互感器的准确级在老标准中有表示为“D” 电流系数，有利于达到误差限值的要求。对于普通测量用电 流互感器，保证准确度等级的一次电流范围为额定电流的 (差“动”)或“C”(“差”动)的，GB1208-87 规定，在型 号中以“B”(“保”护)表示，而准确级用“P”表示，规 100%~120%，显然，按短路电流或一次负荷电流选择的电 定分为 5P 和 10P 两个准确级，在额定频率和额定负荷,cos 流互感器，当正常负荷电流偏离额定一次电流较大时，将使 ф,0.8(滞后)~1,下，其电流误差、相位差和复合误差不超 得其测量或计量的准确级无法达到其预定的误差限值的要 过表 3 规定的限值。 求。对于 S 级测量或计量用电流互感器，保证其准确级的一 仪表保安系数是额定仪表保安电流与额定一次电流之 次电流范围为额定一次电流的 20%~120%，这对正常负荷电 比，用 F表示，一般规定为 5、10 两种。可以控制在事故 s 流远小于电流互感器额定一次电流的情况极为有利，从而适 状态时而次电流对仪表的冲击影响;GB1208-87 规定准确限 用于电流互感器额定一次电流较大而负荷电流很小的情况。 值系数(老标准中称 10%倍数)是保护用互感器准确限值一 3 电流互感器的 S 级 次电流与额定一次电流的比值。准确限值系数标准值为:5、 由上述可知，额定一次电流较大的电流互感器易于满足 10、15、20、30 五档，根据表 3 规定，互感器在额定准确 短路电流较大的系统的要求。为满足电力负荷的要求，往往 限值一次电流时其复合误差应在-5%(对于 5P 级)或-10%(对 需要采用额定一次电流较大的电流互感器，但继电保护与测 于 10P 级)之内。保护级准确级一般选用 10P 级，由于 5P 级 量、计量装置对电流互感器一次电流的要求不同，前者希望 铁芯大，用料多，制造难度增加，成本高，因而价格也高。 大些，后者要求与负荷电流接近。同时根据电流互感器误差 准确限值系数一般选 15、20、30 几档。 限值及一次电流范围的规定，采用大于负荷电流的 S 测量级 对于继电保护用电流互感器，要求其在额定一次电流和 专用计量电流互感器或采用大于负荷电流的 S 测量级多次 额定准确限值一次电流时，满足相应准确级的要求，由于额 级电流互感器，即可有效合理地解决上述矛盾。 定准确限值一次电流一般达到额定电流的数倍。对同样的短 例如，对负荷变化范围较大的电力馈线电流互感器，选 路电流，当增大额定一次电流时，可相应降低准确限值一次 用额定一次电流较大的电流互感器，0.2S 级计量铁芯、0.5S - 62 - 吴华杰:电流互感器的设计选择 级测量铁芯、5P(或 10P)级保护铁芯，可以综合、全面、 定到抗干扰能力上都是难以接受的，所以小负荷的出线单元合理地解决继电保护、测量仪表和计量装置的动、热稳定性 选择二次额定电流为 1A 的互感器尤为不妥，因此，工程实 际中互感器变比和保护配置需综合考虑取舍。 和准确度问题。 5 电流互感器的二次容量的计算 S 级电流互感器的设计选择原则如下: 对于专用测量 因电流互感器二次侧电流额定值标定为 1A 或 5A，因 或计量的回路，下列情况采用 S 级测量级 此实际二次容量的计算等同于二次侧负载电阻的计算(实际 的电流互感器。 工程中二次回路的电感较小，可以忽略)。计算公式如下: (1)系统短路容量大、负荷容量小的馈线或变压器， 宜选用具有 S 级的较大额定一次电流的电流互感器，其负荷 VA = (25)*(K* Z+ K* Z+ Z) j j lx lx c VA —电流互感器二次额定容量( VA)。 电流宜取电流互感器额定电流的 20%左右。 K—负荷继电器的阻抗换算系数。 (2)负荷变化范围大的馈线或联络线，应选用满足最 j 大负荷要求的 S 级电流互感器，此时，最小负荷宜不小于电 Z—负荷继电器的内电阻( Ù)。 j 流互感器额定一次电流的 20%左右。个别低于 20%额定电流 K—连接导线的阻抗换算系数。 lx 的小负荷，可适当降低测量或计量准确级。 Z—连接导线的电阻( Ù)。 lx Z—接触电阻( Ù)，一般取 0.1Ù。 4 电流互感器的二次额定电流 5A/1A 的选择 c 其中 Z= ñl / S lx 在目前系统短路容量较大的环境下，二次额定电流为 -2 1A 的互感器以其所带负载能力强、准确限值高的特点倍受 ñ 为铜芯控制电缆修正后电阻率(1.88X108 Ù0mm/m)。 l 为电流互感器安装地点到最远负荷元件控制电缆长度(m)。 电力工作者注目，然而较小的二次额定电流会对继电保护装 2S 为导线芯的截面(mm)。电流互感器在不同的接线 置和计量装置产生不利的影响，同时也会对装置的灵敏度提 形式下不同的短路类型下有 出更高的要求。继电保护装置的灵敏度和抗干扰能力是一对 矛盾，1A 的继电保护装置对抗干扰能力的要求较高。其次 不同的阻抗换算系数，因此需计算各种类型故障情况下的容 应考虑选择 1A 的互感器，由于变比值将比 5A 互感器大 5 量。文献详细列明了各种情况下的阻抗换算系数，并要求选 倍，继电保护定值能否整定、正常运行时对二次回路的监视 用二次负担最重时的阻抗值作为校验数据，而短路电流计算 情况必须加以校验。例如:对于变电所 10kV 系统中的所用 倍数的计算选用相同的短路类型。 变压器而言，在我公司的 110kV 变电站内大量采用 100kVA 6 结论 的所用变压器，按正常 60%的负荷工作，其一次工作电流为 (1)为满足大短路容量、大范围变化负荷以及较小负 3.3A，当选取互感器额定一次电流为 600A 时，如选二次 荷时的测量、计量准确度的要求，应选择较大额定一次电流、 额定电流为 1A 的互感器，二次侧实际电流为 0.0 055A(0.0 具有 S 级测量级的多级次电流互感器。 275A) ，此值均小于保护装置所能采集的最小精确工作值 (2)当选用 S 级测量级电流互感器时，其额定一次电流0.1I，因此若发生二次回路断线是很难准确监视和判断的。 2n应满足最大负荷电流的要求，并校验在最小负荷下是否满足准 而且此种情况的过流保护的定值需要按额定负荷数值考虑， 确度的要求。同时，对于具有 S 级测量级的电流互感器还应综 此时的过流保护定值在 0.01 IA，像这样小的定值从数值整 2n合考虑继电保护准确限值系数、额定二次容量等参数的合理性。 参考文献: [1] 中国国家标准分类汇编(电工卷:第 12 卷)[M].北京:中国标准出版社,1993. [2] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册(电气一次、二次部分)[M].北京:中国电力出版社,1989. [3] 中国华北电力集团.电能计量工作标准[R].北京:中国电力出版社,2002. Design Selection of Current Transformer WU Hua-jie (Design Institute of Tangshan Power Suply Bureau, Hebei Tangshan 063000, China) Abstract: In allusion to capacity increase, structure change of the power system, and adoption of different type current relays, this paper analyes factors relating to selection of rated primary current and accuracy class of current transformer, discusses its application conditions and selection criteria for class current transformer as well as the rationality of multi-stage current transformer, discusses quantitative selection and calculation of the current transformer parameters. Key words: current; transformer; dynamic/thermal; error-limit; accuracy class 责任编辑、校对:孙海祥 - 63 -