电力系统电流互感器课程课件

互感器电力系统的一次电压很高，电流很大，且运行的额定参数千差万别，用以对一次系统进行测量、控制的仪器仪表及保护装置无法直接接入一次系统，一次系统的大电流/高电压需要使用电流/压互感器进行隔离，使二次的继电保护、自动装置和测量仪表能够安全准确地获取电气一次回路电流/压信息。互感器的作用是：1、将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A或1A)，从而使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构轻巧，价格便宜，便于屏内安装；并可采用小截面电缆进行远距离测量。2、将二次设备与高压部分隔离，保护工作人员的安全；同时，互感器二次侧均接地，这样可防止当一/二次绝缘损坏时，在二次设备上发生高压危险。电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作原理和变压器相似。

电流互感器的原理接线如图：电流互感器的工作特点：

1.一次侧电流：一次绕组串联在所测量的一次回路中，并且匝数很少。因此，一次绕组中的电流I完全取决于被测回路的负荷电流，而与二次绕组电流大小无关。电流互感器的工作特点:

2、二次侧电流：二次绕组中的匝数N2很多，是一次绕组匝数的若干倍。二次绕组的电流完全取决于一次绕组电流。3、电流互感器的二次回路中所串接的负载，是测量仪表和继电器的电流线圈。它们的阻抗都小，因此电流互感器在正常工作时，二次侧接近于短路状态，这是与普通电力变压器的主要区别。当一次侧流过电流I1时，在铁芯中产生交变磁通，此磁通穿过二次绕组，产生电动势，在二次回路中产生电流I2。磁势平衡方程为：忽略很小的励磁安匝电流数值关系电流互感器的额定电流Ki：

电流互感器在正常工作状态时，二次负荷电流I2所产生的二次磁势对一次磁势F1有去磁作用，因此合成磁势F0及铁芯中的合成磁通数值都不大。如果运行中的电流互感器二次绕组开路，则二次磁势等于零，而一次磁势不变，且全部用于激磁。此时合成磁势Fo等于F1，比正常状态的合成磁势增大了许多倍，使铁芯中的磁通急剧增加而达到饱和状态。电流互感器在正常工作时，二次绕组绝对不允许开路。铁芯饱和，使随时间变化的磁通波形变为平顶波。在波形上升和下降处，因磁通急剧变化在二次绕组内所感应的电势可达几千伏甚至更高，对设备和人员是极其危险的。磁感应强度骤增，会引起铁芯和绕组过热。在铁芯中会产生剩磁，使互感器准确级变低。电磁式电流互感器的误差分析误差的来源根据磁势平衡原理有可见，由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流I1，和二次电流I2在大小和相位上都有误差。1．误差的定义(1)电流误差fi：为二次电流的测测量值乘以额定电流比比所得的值与实际一次次电流之差，占占后者的百分数数。因为所所以1．误差的来源(1)电流误差fi：当很小小时，所以有：电流互感器的误差可用励磁磁通势表示。当相量图中的用表示时，则在横轴上的投影就是电流误差。1．误差的来源(2)相位误差：为旋转180º的二次电流相量与一次电流流相量之间的夹角。当-I2超前I1时，相位误差为为正。当很小时时：在纵轴上的投影就是相相角误差。2．影响误差的因素素可见，fi和δi都与激磁磁势F0(I0N1)及一次磁势F1(I1N1)有关：具体影响电流互互感器的误差的的因素有：一，二次绕组的的匝数；一次电电流的大小；铁芯材料质量，，结构尺寸；二二次回路的负载载阻抗等。3．减小误差的措施施A．运行时，应使使一次实际电流流接近一次额定定电流。1.当I1比IN1小得多时，由于于F1很小，则误差较较大。2.当I1=(100%——120%)IN1时，3.但如果I继续增大，由于于铁芯磁路饱和，误差反而会增增大。同时，此此时的发热也会会超过允许值。。3．减小误差的措施施B．I1较小时，必须增增加一次绕组匝匝数N1。1.单匝式：N1=1。此时若I1很小，则I1N1小，误差就大。。但优点是构造造较简单，价格格较低，尺寸较较小，短路电流流通过时的动稳稳定度高。I1大于600A～1000A的电流互感器，，都制成单匝式式的2.多匝式：N1>1。当被测电流很小小时，也能保证证要求的精度。。缺点是构造较较复杂，价格贵贵。当I1小于400A时，可以将电流流互感器制成多多匝式的。3．减小误差的措施施C.为了减小磁势F0，必须减小铁芯芯的磁阻rm。1.缩短磁路长度L(如采用圆形截面面铁芯)。2.增大铁芯的横截面S，磁路不易饱和和。3.采用磁导率µ高的电工钢。3．减小误差的措施施D、要尽量减小二二次回路的负载载Z2f。如果F1不变的情况下，，而增大Z2f，则I2减小，F2减小，使F0增大，结果是fi，δi增大。3．减小误差的措施施E.减少二次绕组的的匝数N2由于二次电流与二次次绕组的匝数成成反比，所以减减少二次绕组的的匝数N2会使二次电流比未减少匝数前前增大，从而补补偿了电流误差。电流互感器的准准确级1．电流互感器的的准确级为了保证计量、、测量的准确性性，保证保护装装置动作可靠、、正确，电流互互感器必须达到到一定的准确度度，即限定其工作作范围，给出如如下定义：电流互感器的准准确级以电流误误差来定义的。。即：在规定的二次负荷荷变化范围内，，一次电流为额额定值时的最大大电流误差百分分数。(准确级越大，误误差越大，精度度越低。)包括测量用准确确级和保护用准准确级测量用：0.1级0.2级0.5级1级3级5级其中，0.1级～1级的四个标准其其二次负荷应在在二次额定负荷荷的25％～100％之间，3～5两个标准其二次次负荷应在额定定负荷的50％～120％间，否则准确确度不能满足要要求。对负荷范围广，，准确度要求高高的场合，可以以采用经补偿的的0.2s和0.5s电流互感器。该该互感器在1％～120％负荷间均能满满足准确度要求求。对测量用电电流互感器除了了幅值准确度要要求外，还有角角度误差要求。。P184表6-3除了二次负载的的变化范围影响响着误差限值，，实际的一次电电流占额定电流流的百分，比也也影响着测量准准确度。保护用（Protection）：电流互感器在一一次系统短路后后的暂态过程中中要具有良好的的暂态响应特性性,在短路后的暂态过程中仍能能真实地传变一次短路电流—暂态响应特性好好。分为稳态类电流流互感器（P类）和暂态类电电流互感器（TP类）。对于稳态态类来说，准确确级规定5P、10P两个准确级。暂态保护特性级级分别为TPS级、TPX级、TPY级和TPZ级。目前我国使使用较多的是TPY级。继电保护用准确确级同时还要满满足10％误差要求。稳态保护用电流流互感器稳态保护用电流流互感器的准确确级要求一般没没有测量用的高高，但由于要求求其在故障大电电流时有较好的的传变特性，所所以有短路电流倍数（称称为额定准确限值值系数）这个重要参数，习习惯上把保护用电电流互感器的准确确级与准确限值系系数连在一起标注注，一般用εPM表示，如5P10。其含义是当实际短短路电流是互感器器一次额定电流的的10倍时，其误差（复复合误差）满足5％的要求。式中ε是准确等级，M是保证准确度的允允许最大短路电流流倍数。电流互感器的10%误差曲线是指当电电流互感器误差满满足10%时,一次电流倍数m10（一次电流I1与其额定电流I1N的比值m10=I1/I1N）和二次负荷阻抗抗Zb的关系特性曲线（如图），也是对对应准确级为10P的误差曲线（准确确级为5P即为5%误差曲线）。保护用电流互感器器的暂态特性系统发生短路故障障时一定伴有电流流迅速的、大幅值值的变化，其中含含有大的直流分量量与丰富的各次谐谐波分量，这种暂暂态过程在故障初初期最为严重。如如果电流互感器没没有较好的暂态特特性，就无法准确确进行信号的传变变，严重时将发生生电流互感器饱和和，造成保护装置置拒动或误动。暂态特性良好的电电流互感器与普通通电流互感器相比比，具有良好的抗饱和性能能，这在制造中可以以通过增加铁芯的的截面积、选用高高导磁材料或同时时在铁芯中加入非非磁性间隙等办法法来改变磁路特性性。改变磁路特性性的大小不同，形形成了不同等级的的暂态型电流互感感器。暂态过程的大小和和持续时间，与系系统的时间常数有有关。系统时间常数增大大，使短路电流非非周期分量的衰减减时间加长，短路路电流的暂态持续续时间加长。系统容量越大，短短路电流的幅值也也越大，暂态过程程越严重。针对不同的系统要要采用具有不同暂暂态特性的电流互互感器。目前暂态型电流互互感器分为四个等等级，分别用TPS、TPX、TPY、TPZ表示。各等级暂态态型电流互感器具具有如下特点：1)TPS级为低漏磁电流互互感器，铁芯中不不设非磁性间隙，，无剩磁通限值，，制造工艺比较简简单。2)TPX级在铁芯中不设非非磁性间隙，无剩剩磁通限值，误差差限值较小，主要要用于后备保护。。3)TPY级在铁芯中设置一一定的非磁性间隙隙，其相对非磁性性间隙长度(实际非磁性间隙长长度与铁芯磁路长长度之比值)约为0.05％。剩磁通不超过饱和和磁通的10％。应用最为广泛泛。4)TPZ级在铁芯中设置的的非磁性间隙尺寸寸较大，一般相对对非磁性间隙长度度约为0.1％以上，无直流分分量误差限值要求求，剩磁实际上可可以忽略。TPZ级准确级由于铁芯芯非磁性间隙大，，铁芯磁化曲线线线性度好，二次回回路时间常数小，，对交流分量的传传变性能也好，但但传变直流分量的的能力极差。普通保护级(P级)电流互感器是按稳稳态条件设计的，，暂态性能较弱，，但一般能够满足足220kV以下系统的暂态性性能要求。目前220kV及以下电力系统保保护用电流互感器器，在大多数情况况下选用普通保护护级(P级)电流互感器，即能能满足稳态也能满满足暂态运行要求求。在目前500kV线路保护中，一般般选用TPY级暂态电流互感器器。电流互感器的额定定容量电流互感器的额定定容量电流互感器的额定定容量SN2：是指在二次额定定电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕绕组输出的容量（（最大负载值）。。即：额定输出容量的标标准值有5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA可见，额定容量和和额定阻抗只差一一个系数，所以，，厂家常提供电流流互感器的二次额额定阻抗。较低的准确级对应应较高的二次额定定容量。要想保证准确级，，就要保证通常所说的额定容容量是指对应于最最高准确级的容量量同一台电流互感器器工作在不同准确确级时，会有不同同的额定容量。电流互感器的接线线形式常用的电流互感器器二次回路接线方方式有单相接线、、两相星形（或不不完全星形）接线线和三相星形（或或全星形）接线。。单相式接线：只有一只电流互感感器组成，接线简简单。它可以用于于小电流接地系统统零序电流的测量量，也可以用于三三相对称电流中电电流的测量或过负负荷保护等。不完全星形接线有两相电流互感器器组成，与三相星星形接线相比，它它缺少一只电流互互感器（一般为B相），所以又叫不不完全星形接线。。三相星形接线三相星形接线又叫叫全星形接线。这种接线由三只互互感器按星形连接接而成，相当于三只只互感器公用零线线。零线在系统正正常运行时没有电流通通过（3I0=0），但该零线不能能省略。能反应任何一相、、任何形式的电流流变化。电流互感器二次回路必须接地地，其目的是为了防防止当一、二次之之间绝缘被破坏时时，对二次设备与与人身造成危害，，所以一般宜在配配电装置处经端子子接地。在电流互感器的接接线中，要特别注注意其二次线圈的极性性，特别是方向保护护与差动保护等回回路。当电流互感感器二次极性错误误时，将会造成计计量、测量错误，，方向继电器指向向错误，差动保护护中有差流等，造造成保护装置的误误动或拒动。电流互感器的极性性电流互感器的极性性表示方法采用减极性表示法：定义一次绕组的首首端为L1，末端为L2，定义二次绕组的的首端为K1，末端为K2。如果规定L1与K1为同极性，则如果果L1有交流电流流入，，那么K1就有同相位的交流流电流流出。目的：经电流互感感器接入的仪表，，其测量的电流方方向与把仪表直接接接入一次电路中中电流的方向相同同。在由一组电流互感感器或多组电流互互感器二次连接成成的回路中，运行行中接地不能拆除，但也不允许出现一个以以上的接地点，当回路中存在两两点或多点接地时时，如果地电网不不同点间存在电位位差，将有地电流流从两点间通过，，这将影响保护装装置的正确动作。。电流互感器全型号号的表示及含义与双绕组变压器相相似，是由铁芯和和一次、二次绕组组两个主要部分构构成。0.5kV电流互感器的一次次和二次绕组都套套在同一铁芯上，，是结构最简单的的互感器。不同的二次负荷对对电流互感器有不不同的精度要求。。为了节省空间和和成本，往往几个个铁芯(没有磁联系，各自自绕着相应的二次次绕组)共享一个一次线圈圈，构成一台电流流互感器。一般3～35kV电流互感器均有两两个二次绕组；110kV电流互感器有3～5二次绕组；而220kV及以上则有4～7个二次绕组。电流互感器的结构构另外，为了适应不不同一次负荷电流流的要求，110kv及以上的电流互感感器常常将一次绕绕组分成几组，通通过改变一次绕组组的串并联关系，，即可方便地获得得2～3个额定电流比。1.一般干式互感器：：适用于户内、低低电压；2.浇注式：广泛用于于10~20kV；3.油浸式：35kV及以上户外式TA多为油浸式；4.SF6气体绝缘TA：一种是与GIS配套用；一种是独独立式（倒立式结构：如如下图）电流互感器使用的的注意事项1．电流互感器的接接线应保证正确性性。一次绕组和被被测电路串联，而二次绕组应和和连接的所有测量量仪表、继电保护护装置或自动装置置的电流线圈串联联；同时要注意极极性的正确性，一一次绕组与二次绕绕组之间应为减极性关系，一次电流若若从同名端（减极极性标示法）流入入，则二次电流应应从同名端流出。。2．电流互感器的二次绕组绝对不允允许开路。为了防止二次绕绕组开路，规定在在二次回路中不准准装熔断器等开关关电器。如果在运运行中必须拆除测测量仪表或继电器器及其他工作时，，应首先将二次绕绕组短路。3．电流互感器的二次侧必须可靠接接地这是为了防止一、、二次绕组之间绝绝缘损坏或击穿时时，一次高电压窜窜入二次回路，危危及人身和设备安安全。1．结构类型和准确确级的确定根据安装地点（户户内或户外式）和和安装方式（如穿穿墙式、支持式、、装入式）选择其其型式。准确级的确定电流互感器准确级级的确定，取决于于二次负荷的性质质。0.2级用于实验室的精精密测量，重要的的发电机和变压器器回路及500kV重要回路；二次负负荷如果属一般电电能计量，则电流流互感器采用0.5级；功率表和电流流表可配用1.0级的电流互感器。。如果几个性质不不同的测量仪表需需要共用一台电流流互感器时，则互互感器的准确级按按就高不就低的原原则确定。用于继电保护装置置的电流互感器还还应按10％误差曲线进行校校验。2．额定电压的选择电流互感器的一次额定电压的选选择主要是满足相相应电网电压的要要求，其绝缘水平平能够承受电网电电压长期运行，并并承受可能出现的的雷电过电压、操操作过电压及异常常运行方式下的电电压。应满足下列条件：：UN≥UNS3．一次额定电流的的选择确定一次额定电流应大大于所在回路可能能出现的最大负荷荷电流，并考虑适适当的负荷增长，，当最大负荷无法法确定时，可以取取与断路器、隔离离开关等设备的额额定电流一致。而而且选取的电流互互感器一次额定电电流值应与国家标标准GBl208-1997推荐的一次电流标标准值相一致。一次侧额定电流应应尽可能比电路的的正常工作电流大大1/3左右。4.二次侧额定电流：：电流互感器的二次次额定电流采用5A还是1A，主要决定于经济济技术比较。在相相同一次额定电流流、相同额定输出出容量的情况下：：电流互感器二次电电流采用5A时，其体积小，价价格便宜，但电缆缆及接入同样阻抗抗的二次设备时，，二次负载将是1A额定电流时的25倍。所以一般在220kV及以下电压等级变变电所中，220kV回路数不多，而10～110kV回路数较多，电缆缆长度较短时，电电流互感器二次额额定电流采用5A的。在330kV及以上电压等级变变电所，220kV及以上回路数较多多，电流回路电缆缆较长时，电流互互感器二次额定电电流采用1A的。5、额定电流比的确确定由于电流互感器的的二次额定电流一一般为标准的5A与1A，电流互感器的变变比基本有一次电电流额定电流的大大小决定。6.二次负荷的校验为保证所选电流互互感器的准确级，，其最大相二次负负荷S2，应不大于所选准确级相应的的额定容量，即由和和得得：：代入二次负荷阻阻抗为Z2L为ra、rre—测量仪表和继电器器的电流线圈电阻阻，可由其线圈消耗的功率求得。。rL—仪表或继电器至电电流互感器的连接导线电阻：rc—接触电阻，一般取取0.1。由可将二次负荷校验验条件转换为求连连接导线的最小截截面积。连接导线线的电阻应满足根据，，可得满足足准确级要求的连