电流互感器饱和度计算
电感饱和电流计算公式
电感饱和电流计算公式
首先，我们需要知道电感芯材料的饱和磁感应强度Bs（饱和磁感应
强度指的是材料达到饱和状态时的磁感应强度值）和电感磁芯的截面积A （即磁芯横截面的面积）。
然后，我们需要确定电感线圈的有效匝数N（即线圈中真正与磁场耦
合的导体匝数，通常为总匝数减去由于堆积效应或引线等原因无法耦合的
部分匝数），以及电感线圈的长度L。
饱和电流的计算公式如下：
Isat = Bs × A × N / L
其中，Isat 表示电感饱和电流。
需要注意的是，上述公式仅适用于理想情况下的电感设计。
实际情况下，由于电感磁芯与线圈之间的耦合效应以及电感线圈的不完美性等因素，饱和电流的计算可能存在一定的误差。
此外，电感磁芯和线圈的设计也受
到许多其他因素的影响，例如磁芯材料的磁导率、温度效应等等。
为了更准确地计算电感饱和电流，建议使用专业的电路仿真软件或请
教电感设计师进行详细的设计和计算。
同时，也要根据具体的应用需求和
设计要求，选择合适的电感材料、尺寸和参数，以确保电感的性能和可靠性。
电流互感器的参数选择计算方法
附件3：电流互感器的核算方法参数选择计算本文所列计算方法为典型方法，为方便表述，本文数据均按下表所列参数为例进行计算。
项目名称代号参数备注额定电流比Kn600/5额定二次电流Isn5A额定二次负载视在功率Sbn30VA(变比：600/5)50VA（变比：1200/5）不同二次绕组抽头对应的视在功率不同。
额定二次负载电阻Rbn1.2Ω二次负载电阻Rb0.38Ω二次绕组电阻Rct0.45Ω准确级10准确限值系数Kalf15实测拐点电动势Ek130V(变比：600/5)260V(变比：1200/5)不同二次绕组抽头对应的拐点电动势不同。
最大短路电流Iscmax10000A一、电流互感器（以下简称CT）额定二次极限电动势校核（用于核算CT是否满足铭牌保证值）1、计算二次极限电动势：Es1=KalfIsn（Rct+Rbn）=15×5×（0.45+1.2）=123.75V参数说明：（1）Es1：CT额定二次极限电动势（稳态）；（2）Kalf：准确限制值系数；（3）Isn：额定二次电流；（4）Rct：二次绕组电阻，当有实测值时取实测值，无实测值时按下述方法取典型内阻值：5A产品：1～1500A/5 A产品0.5Ω1500～4000A/5 A产品 1.0Ω1A产品：1～1500A/1A产品6Ω1500～4000A/1 A产品15Ω当通过改变CT二次绕组接线方式调大CT变比时，需要重新测量CT额定二次绕组电阻。
（5）Rbn ：CT额定二次负载，计算公式如下：Rbn=Sbn/ Isn 2=30/25=1.2Ω；——Rbn ：CT额定二次负载；——Sbn ：额定二次负荷视在功率；——Isn ：额定二次电流。
当通过改变CT二次绕组接线方式调大CT变比时，需要按新的二次绕组参数，重新计算CT 额定二次负载2、校核额定二次极限电动势有实测拐点电动势时，要求额定二次极限电动势应小于实测拐点电动势。
Es1=127.5V<Ek（实测拐点电动势）=130V结论：CT满足其铭牌保证值要求。
电流互感器饱和时二次电流的计算公式
电流互感器饱和时二次电流的计算公式
电流互感器（CurrentTransformer,CT）是用于测量大电流的电器装置，主要用于电力系统中的保护和测量。
当电流互感器面临高电流情况时，会发生饱和现象，即电流互感器的输出电流不能完全反映输入电流的大小。
为了准确计算饱和时的二次电流，可以使用下述公式：
$$
I_{s}=\dfrac{I_{p2}}{K_{s}}
$$
其中，$I_{s}$为饱和时的二次电流，$I_{p2}$为电流互感器的一次侧电流，$K_{s}$为饱和系数。
电流互感器的饱和系数是一个实验得到的标定值，它表示了在一定的饱和电流条件下，电流互感器的输出电流与输入电流之比。
饱和系数一般在电流互感器的技术资料中提供，也可以通过测试实验得到。
需要注意的是，计算饱和时的二次电流时，要保持单位的一致性。
即一次电流和二次电流要处于同样的单位，以便计算的结果正确和准确。
除此之外，还有一些因素也会影响电流互感器的二次电流，比如频率、负载、绕组匝数等。
在实际应用中，要综合考虑这些因素，以得到更准确的计算结果和实际测量值。
电流互感器的计算公式
电流互感器的计算公式摘要：I.电流互感器简介- 定义与作用- 电流互感器的分类II.电流互感器的计算公式- 变压器容量计算公式- 电流互感器变比计算公式- 电流互感器性能指标及计算公式III.电流互感器的应用- 电流互感器在电力系统中的应用- 电流互感器在其他领域中的应用IV.电流互感器的选择与使用- 电流互感器的选择- 电流互感器的使用与维护正文：电流互感器是一种用于测量电流的传感器，它能将高电流变换为低电流，以便于测量和控制。
电流互感器广泛应用于电力系统、工业自动化、交通运输等领域。
一、电流互感器简介电流互感器，简称CT（Current Transformer），是一种用于测量电流的传感器。
它能将高电流变换为低电流，以便于测量和控制。
电流互感器主要由铁芯、绕组和外壳等部分组成。
根据电流互感器的用途和特点，电流互感器可分为两类：一类是保护型电流互感器，主要用于电力系统的保护；另一类是计量型电流互感器，主要用于电能计量。
二、电流互感器的计算公式1.变压器容量计算公式变压器容量（S）的计算公式为：S = 1.732 × U × I，其中U为电压，I为电流。
2.电流互感器变比计算公式电流互感器的变比（K）的计算公式为：K = N2 / N1，其中N1为一次绕组匝数，N2为二次绕组匝数。
3.电流互感器性能指标及计算公式电流互感器的性能指标主要包括准确度级、变比误差和角度误差等。
（1）准确度级准确度级（E）的计算公式为：E = 100% / (100% + 100% × (I2 / I1))，其中I1为一次电流，I2为二次电流。
（2）变比误差变比误差（ΔK）的计算公式为：ΔK = |K - 1| / K。
（3）角度误差角度误差（Δθ）的计算公式为：Δθ= |θ2 - θ1|，其中θ1为一次电流与二次电流之间的相位差，θ2为二次电流与一次电流之间的相位差。
三、电流互感器的应用电流互感器广泛应用于电力系统、工业自动化、交通运输等领域。
开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题
开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题一回顾电磁式电流互感器磁饱和问题01磁饱和现象所谓磁饱和是指电磁式电流互感器铁芯中磁通密度大于饱和磁通密度之后，磁通密度不再因一次电流的增大而增大。
02磁饱和原因磁通密度为交变量，未发生磁饱和时，互感器铁芯磁通密度的最大值为：Bm=E2/(4.44*f*N2*S)式中，E2为二次绕组感应电动势，约等于二次绕组输出电压。
N2为二次绕组匝数，S为铁芯截面积。
对于固定的互感器而言，N2和S为恒定值。
因此，铁芯磁通密度正比于二次电压，反比于电流频率。
二次电压由二次电流和二次负荷共同决定，可见，电磁式电流互感器的磁饱和原因有：A、一次电流过大，大于额定电流；B、二次负荷过大，大于额定二次负荷；C、电流频率过低，低于额定频率。
03磁饱和危害电流互感器发生磁饱和后，一次电流与二次电流不再成比例关系，电流互感器不能起到正常的测量或保护作用，引发安全事故。
此外，磁饱和状态下，铁芯中磁通密度大，涡流损耗和磁滞损耗大，铁芯发热，容易损坏互感器。
二霍尔电流传感器工作原理霍尔电流传感器依据工作原理不同分为开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器。
01开环式霍尔电流传感器工作原理开环式霍尔电流传感器也称：直放式霍尔电流传感器、直检式霍尔电流传感器等。
如图1，开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。
磁芯有一开口气隙，霍尔元件放置于气隙处。
当原边导体流过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至气隙处，霍尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，放大电路将该信号放大输出，该类传感器通常输出±10V左右的电压信号，也有部分传感器为了增强电磁兼容性，变换为电流信号输出。
图1 开环式霍尔电流传感器工作原理02闭环式霍尔电流传感器工作原理闭环式霍尔电流传感器也称：零磁通霍尔电流传感器、零磁通互感器、磁平衡式霍尔电流传感器等。
如图2，闭环式霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组。
电流互感器饱和
抗电流互感器饱和电流继电器的研究与应用摘要：提出了新的电流互感器饱和判据——间断角饱和判别法，介绍了根据此原理研制的JL—K抗饱儿电流继电器原理及实际应用，并说明该产品的应用前景。
关键词：电流互感器；间断角；JL—K抗饱和电流继电器电流互感器（TA）广泛应用于电力系统，供测量及保护装臵采样用。
测量、保护系统根据TA二次值换算成一次侧电流值。
TA工作于非饱和区时，比值误差小于10% 。
当TA一次电流大于额定值数十倍时，铁芯饱和，输出波形畸变，有效值减小，误差增大，电流继电器触点抖动。
TA深度饱和时无输出，电流继电器不动作，会造成拒动或越级跳事故。
1 、抗TA饱和方案目前国内外研究或应用的抗TA饱和方案：（1）波形判据法：以电流量为判别量，采用瞬时值算法，对饱和电流进行波形相位比较，判别区内、区外故障。
（2）局部测算法：利用过零点后2～3ms真实传变区采点计算，推算电流有效值。
（3）基于采样值的TA饱和同步识别法与电流比相法，在TA 饱和时闭锁差动保护出口躲过故障非周期分量，避免母差保护误动。
（4）国外有采用中阻抗原理或“饱和发生器”抗TA 饱和，避免装臵在TA 饱和时误动，如ABB公司及瑞典ASEA公司部分保护装臵。
（5）其他方案：利用速饱和变换器延时将电流送人差动回路以躲开故障电流的暂态过程来实现抗TA 饱和目的；利用饱和时有较大谐波量作为TA 饱和检测判别等。
上述方案各有侧重，主要针对非周期暂态分量进行判别，适用于微机型母线差动保护，大多应用于高压、超高压输电线路中，一般中低压输电系统中采用电流继电器作为继电保护装臵的启动元件，电流继电器在TA饱和时触点抖动或拒动，由电流继电器启动的时间继电器便处于启动→返回→启动→返回…，保护无法出口跳闸，导致越级跳闸事故。
目前电力系统主要从两方面着手解决中低压输电系统TA 饱和问题：一是更换TA，增大变比或采用有气隙TA：二是提高TA带载能力，同时降低TA二次负载，避免TA饱和。
电流互感器饱和的校核方法及应用
（1）在 发 生 短 路 的 开 始 阶 段 ， CT 可 以 正 确 地 变 换 一 次 电 流，如保护能在该段时间内动作，可以不受铁芯饱和的影响。
. A分l析l发R现i在g本ht次s故障R中es电e流r互ve感d器.出现饱和，其中B相电流互 感器饱和最为严重，导致进入保护装置的电流波形出现较严 重畸变，母差装置感受到差电流，保护装置动作。 如何避免类 似事件再次发生呢？
图1 220 kV M变电站110 kV侧主接线运行方式图
2 电流互感器的饱和原理
关键词：电流互感器；饱和；校核；电网故障
0 引言
近年来，南方电网连续发生了多起由于故障时电流互感 器（简称CT）饱和问题而造成的保护误动作事件，暴露出了一 次短路电流大于或接近（达到80%）电流互感器额定准确限值 一次电流，在暂态分量影响下迅速饱和的问题，给电网的安全 稳定运行带来了危害。
1 事故案例
（4）电流互感器的二次回路阻抗（图4）、励磁特性（拐点电 动势）、实测变比等基础数据。
（5）校核最大短路电流时的暂态系数。
图5 电流互感器二次回路试验接线图
电流互感器的额定输出容量是指在满足额定一次电流、 额定变比条件下，在保证所标称的准确级时，二次回路所能承 受的最大负载值，其单位一般用VA表示。
电流互感器是一个特殊形式的变换器，它的二次电流正 比于一次电流。 电流互感器在正常运行时等效电路如图2所 示。 由于CT铁芯的非线性特性，在正常线路工作电流下，CT的 铁芯工作在低磁密条件下，励磁阻抗很大，励磁电流iC很小，近 似可认为励磁支路开路，此时可认为一次电流i1和二次电流i2 成正比而且误差很小；在系统发生故障时，由于短路电流往往 含有一定幅值的非周期分量使CT铁芯的磁密很快达到饱和 值 ， 此 时 ， 励 磁 阻 抗 ZC下 降 ， 励 磁 电 流 iC大 大 增 加 ，i2则 大 大 减 小，受故障电流中的 非 周期 分 量 影响 ，i2的 波 形可 能 出 现严
浅谈电流互感器饱和问题与母线保护处理
浅谈电流互感器饱和问题与母线保护处理作者：刘金莉李振玲董丽丽王玉喜来源：《科技与企业》2016年第03期随着我国用电规模和用电需求不断增加，这不仅使得供电电压也相对提高，同时也导致供电系统的短路容量和实际常数随之大幅度增加。
这样使得电流互感器（TA）饱和问题逐渐成为供电系统的研究热点之一，而TA饱和容易使得母线保护出现一定的误动作，因此加强母线区外出现故障且TA处于饱和状态时母线保护的误动作以及对母线保护性能影响的相关研究意义重大。
一、电流互感器（TA）的饱和原理分析TA转换等效电路如图1所示，通过等效电路可以对TA的工作特性进行合理有效分析。
其中R1、L1是TA一次绕组的电阻和电抗；R2、L2是TA的二次绕组的电阻和电抗；RL、LL是TA二次回路负载的电阻和电抗；而Rμ、Lμ是励磁回路的电阻和电抗。
通过电路图可以得到相应的一次、二次电流与励磁电流的作用联系。
同时励磁电流可使得TA传变出现一定的误差，励磁电流数值主要由TA铁芯饱和状态判定和相应的饱和程度导致的，但TA铁芯是一种非线性元件，这可使得电流互感器产生一定的饱和现象。
通常TA铁芯的饱和特性决定于基本磁化曲线以及磁滞回线共同作用。
而基本磁化曲线则是磁性材料在多次磁化作用下，并根据磁中性状态作为出发点，测量得到磁感应强度（B）与磁场强度（H）之间的关系，具体如图2所示。
这种关系相对复杂，如将其简化可得到TA铁芯的简化磁化曲线，可根据该曲线对TA 在磁化条件下的传变特性进行有效分析。
图1 TA等效电路图图2 磁感应强度与磁场强度关系曲线当铁芯的磁感应强度没有达到相应饱和状态前，其磁场强度数值为零，这种条件下整个铁芯的磁导率相对较大。
而与TA励磁回路关联性较大的励磁电感数值相对较大，其可看作是励磁回路开路，一次侧电流完全转至二次回路。
当铁芯的磁感应强度达到相应饱和状态时，磁导率以及TA励磁电感数值较小，使得励磁支路电流出现大幅度增加，进而导致二次回路电流产生一定的缺损情况，而此时TA正处于饱和阶段。
浅谈电流互感器饱和点之变压器保护和电流保护
浅谈电流互感器饱和点之变压器保护和电流保护要研究电流互感器的工作特性，确认其在保护外部故障通过大电流时是否会饱和而影响保护动作的正确性，可通过一些试验方法进行检测。
显然，最直接的试验方法就是二次侧带实际负载，从一次侧通入电流，观察二次电流找出电流互感器的饱和点。
但是，对于保护级的电流互感器，其饱和点可能超过15～20倍额定电流，当电流互感器变比较大时，在现场进行该项试验会有困难。
除此之外，还可通过伏安特性试验测出电流互感器的饱和点。
如前所述，电流互感器饱和是由于铁心磁通密度过大造成的，而铁心的磁通密度又可通过电流互感器的感应电动势反映出来。
因此由伏安特性曲线上的饱和电压值，可以计算出电流互感器的饱和电流。
伏安特性的试验方法为：原方开路，从副方通入电流，测量副方绕组上的电压降。
由于电流互感器的原方开路，没有原方电流的去磁作用，在不大的电流作用下，铁心很容易就会饱和。
因此，伏安特性试验并不需要加很大的电流，在现场较容易实现。
在正常情况下，电流互感器中的铁芯磁通处于不饱和的状态。
这时负载阻抗和励磁电流较小，而励磁阻抗的数值较大，一次绕组、二次绕组的磁势处于平衡。
但是，若互感器中铁芯的磁通密度增大并达到饱和时，会引起Zm随着饱和度的增加而迅速降低，不同励磁电流间的线性比例关系会被打破。
而引起电流互感器达到饱和的因素主要包括：电流过大；负载过大。
当连接电流互感器的负载过大时，引起二次电压的增大，导致铁芯的磁通密度上升，达到饱和。
电流互感器达到饱和时的特点有：二次电流减小，电流波形出现高次谐波分量较大的畸变；内阻减小，甚至接近于零；若发生一次故障，电流的波形在零点附近时，电流互感器会引起线性关系传递；在故障的瞬间，互感器会在滞后5秒左右才开始达到饱和。
一般情况下，严禁电流互感器的二次发生开路现象。
因为在电流互感器运行过程中，一旦发生二次开路，就会使一次电流转换成为励磁电流，引起铁芯的磁通密度增加，导致电流互感器的快速饱和。
电流互感器饱和倍数测定方法
电流互感器饱和倍数测定方法电流互感器饱和倍数测定方法引言电流互感器是电力系统中常用的测量装置之一，用于将高电流转换为低电流以进行测量和保护。
然而，在实际应用中，电流互感器可能会出现饱和现象，导致输出信号失真。
因此，准确测定电流互感器的饱和倍数对于保证电力系统的正常运行至关重要。
本文将介绍一些常用的电流互感器饱和倍数测定方法。
方法一：开环测定法开环测定法是一种常用的测定电流互感器饱和倍数的方法。
具体步骤如下：1.首先，将电流互感器的主回路与负载回路分开，形成一个开环结构。
2.施加一系列等幅且频率逐渐增大的电流信号作为输入，记录相应的输出电压信号。
3.根据输入电流和输出电压的关系曲线，通过拟合或计算得到电流互感器的饱和倍数。
开环测定法的优点是操作简单，无需复杂的设备和算法，但其缺点是只能测定电流互感器饱和倍数的近似值，不够准确。
方法二：闭环测定法闭环测定法是一种更为精确的测定电流互感器饱和倍数的方法。
具体步骤如下：1.首先，将电流互感器的主回路与负载回路连接，形成一个闭环结构。
2.施加一系列等幅且频率逐渐增大的电流信号作为输入，记录相应的输出电压信号。
3.根据输入电流和输出电压的关系曲线，通过拟合或计算得到电流互感器的饱和倍数。
闭环测定法相对于开环测定法而言，更加准确，但需要更复杂的设备和算法支持，操作较为繁琐。
方法三：数值模拟法数值模拟法是一种使用电磁场仿真软件进行电流互感器饱和倍数测定的方法。
具体步骤如下：1.首先，使用电磁场仿真软件建立电流互感器的几何模型和材料参数。
2.在仿真软件中施加一系列等幅且频率逐渐增大的电流信号作为输入。
3.通过仿真软件计算得到电流互感器结构内的电流分布和输出电压信号。
4.根据输入电流和输出电压的关系，通过拟合或计算得到电流互感器的饱和倍数。
数值模拟法具有高精度和高灵活性的优点，可以模拟不同工况下的电流互感器性能，并且在实际应用中可以节约时间和成本。
然而，它也需要较高的计算资源和专业知识支持。
电流互感器饱和问题
电流互感器饱和引起的保护误动分析及试验方法近年来，广东省内多个发电厂出现过高压厂用变压器或起动-备用变压器在区外故障时或厂用大容量电动机起动时差动保护误动作的情况。
究其原因，除个别是因为整定值的问题外，大多数是因电流互感器特性不理想甚至饱和而导致的。
众所周知，设计规程中对电流互感器的选型有严格的规定，要求保护用的电流互感器在通过15倍甚至是20倍额定电流的情况下，误差不超过5%或10%，即不出现饱和。
而上面提及的出现差动保护误动的情况，无一例外地都选用了保护级的电流互感器。
经过对几个电厂的大容量电动机起动电流的核算，最大容量的电动机起动时电流大概是变压器额定电流的3～5倍，远达不到电流互感器额定电流的15倍。
那为什么差动保护还会因为电流互感器饱和而误动呢？下面就电流互感器的工作原理、工作特性对保护的影响及其检验方法进行探讨。
1电流互感器工作原理简述电流互感器的工作原理与变压器基本相同，因此可以使用变压器的等值电路分析电流互感器。
电流互感器的等值电路如图1所示[1]。
图1中，Z1为电流互感器原方漏抗，Z2为电流互感器副方漏抗，ZL为电流互感器二次回路的负载阻抗，其次侧的参量。
正常运行时，漏抗Z1和Z2很小，负载阻抗ZL也很小，而励磁阻抗Zm因为电流互感器铁心磁通不饱和而很大。
因此，可忽略励磁电流Im。
根据磁势平衡原理，原、副方电流成固定的比例关系为其中N1和N2分别为原、副方绕组匝数。
当铁心磁通密度增大至饱和时，励磁阻抗Zm会随着饱和的程度而大幅下降。
此时Im 已不可忽略，即I1与I2不再是线性的比例关系。
电流互感器饱和的原因有两种[2]：一是一次电流过大引起铁心磁通密度过大；二是二次负载（即ZL）过大，在同样的一次电流下，要求二次侧的感应电动势增大，也即要求铁心中的磁通密度增大，铁心因此而饱和。
原、副方绕组感应电动势有效值与磁通的关系为2确定电流互感器饱和点的方法要研究电流互感器的工作特性，确认其在保护外部故障通过大电流时是否会饱和而影响保护动作的正确性，可通过一些试验方法进行检测。
电流互感器的参数选择计算方法
附件3:电流互感器的核算方法参数选择计算本文所列计算方法为典型方法,为方便表述,本文数据均按下表所列参数为例进行计算。
项目名称代号参数备注额定电流比Kn600/5额定二次电流Isn5A额定二次负载视在功率Sbn30VA(变比:600/5)50VA(变比:1200/5)不同二次绕组抽头对应的视在功率不同。
额定二次负载电阻Rbn1.2Ω二次负载电阻Rb0.38Ω二次绕组电阻Rct0.45Ω准确级10准确限值系数Kalf15实测拐点电动势Ek130V(变比:600/5)260V(变比:1200/5)不同二次绕组抽头对应的拐点电动势不同。
最大短路电流Iscmax10000A一、电流互感器(以下简称CT)额定二次极限电动势校核(用于核算CT是否满足铭牌保证值)1、计算二次极限电动势:Es1=KalfIsn(Rct+Rbn)=15×5×(0.45+1.2)=123.75V参数说明:(1)Es1:CT额定二次极限电动势(稳态);(2)Kalf:准确限制值系数;(3)Isn:额定二次电流;(4)Rct:二次绕组电阻,当有实测值时取实测值,无实测值时按下述方法取典型内阻值: 5A产品:1~1500A/5 A产品0.5Ω1500~4000A/5 A产品 1.0Ω1A产品:1~1500A/1A产品6Ω1500~4000A/1 A产品15Ω当通过改变CT二次绕组接线方式调大CT变比时,需要重新测量CT额定二次绕组电阻。
(5)Rbn :CT额定二次负载,计算公式如下:Rbn=Sbn/ Isn 2=30/25=1.2Ω;——Rbn :CT额定二次负载;——Sbn :额定二次负荷视在功率;——Isn :额定二次电流。
当通过改变CT二次绕组接线方式调大CT变比时,需要按新的二次绕组参数,重新计算CT 额定二次负载2、校核额定二次极限电动势有实测拐点电动势时,要求额定二次极限电动势应小于实测拐点电动势。
Es1=127.5V<Ek(实测拐点电动势)=130V结论:CT满足其铭牌保证值要求。
电流互感器饱和校验及对策
近于零 。这样一方面会使保 护装 置拒动 ， 对 于故 障线 路来 说， 将会造 成保 护越级 动作 ， 需要上 级保护如 主变后备保 护动作隔离故 障， 延 长了故障时间 ， 使 故障范围扩大 ； 另一
引起 电流互感器饱 和主要有两个原 因 ： 一是故 障短路 电流 过大 ， 特别是 短路 电流 中含有非 周期分 量 ， 导致励 磁
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ＆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ研 究 与 设 计
变频 网 ＷＷＷ． ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｂ ｉ ａ ｎ ｐ ｉ ｎ． Ｃ Ｏ ｎ ｒ
蛾
蔑 器饱和校验及对策
李 剑
、 一 ／
摘
要： 电流互 感 器是供 给 继 电保 护 和监 控 装置 判 别 系统 运行 状 态 的重要 组 件 ， 其特 性 充 分反 映真
中图分类号 ： Ｔ Ｍ６ ４
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ９ ９ ４ — ３ ０ ９ １ （ ２ ０ １ ４） ０ ３ — ０ ７ ５ — ０ ７ ８
近期 ，南方 电网连续 发生 了多起 电网发生 短路故 障 时 因电流互感器饱 和 ， 不能正 确反应 一次侧 故障 电流 ， 传
护校验 故障电流与互 感器额定 电流之 比的两倍 ， 即用户 给
定 暂态 系数 Ｋ ≥２ 。
２ ． ２ 电流 互感 器饱 和校验
度。另外每个电流回路使用独立的绕组 ， 减少 回路 间的串
联使用 ， 如保护 回路与录波 回路分开 ， 测量 回路与 计量 回 下面以２ ２ ０ ｋ Ｖ河 丰线 ２ ０ ５ １ 开关 的电流互 感器为 例 介绍 电流互感器抗饱和能力 的校验方法。
电流互感器饱和倍数测定方法
电流互感器饱和倍数测定方法电流互感器是一种用于测量电流的设备，其原理是基于电磁感应。
当电流通过互感器的一侧线圈时，会在另一侧线圈中产生感应电动势，通过测量感应电动势的大小，可以得到电流的值。
然而，在实际应用中，电流互感器经常会遇到饱和现象，即当电流超过一定值时，感应电动势不再随着电流线性增加，导致测量结果出现偏差。
因此，需要进行饱和倍数测定，以保证测量的准确性。
电流互感器的饱和倍数是指在饱和状态下，互感器输出的电流与输入电流之间的比值。
通常情况下，电流互感器的饱和倍数应大于所需测量电流的最大值，以确保测量结果的准确性。
饱和倍数的测定方法有多种，下面将介绍其中一种常用的方法。
需要准备一个已知电流值的电流源，并将其接入互感器的一侧线圈。
然后，在互感器的另一侧线圈上接入一个高精度的电流表，用于测量输出的感应电流。
接下来，逐渐增加电流源的输出电流，同时记录电流表上显示的感应电流值。
当电流源的输出电流逐渐增加时，感应电流也会随之增加。
然而，在互感器饱和之前，感应电流的增加速度是相对较快的。
当感应电流达到一定值后，增加电流源的输出电流不会引起感应电流的明显增加，这时互感器处于饱和状态。
记录此时的电流源输出电流和感应电流值。
根据记录的数据，可以计算出饱和倍数。
饱和倍数等于饱和状态下的感应电流值除以电流源的输出电流值。
通过多次实验，可以得到不同输出电流值下的感应电流，进而计算出饱和倍数的平均值和标准差。
这样就可以评估电流互感器的饱和性能，并选择适合的互感器用于实际测量。
需要注意的是，电流互感器的饱和倍数与其结构、材料和工作状态等因素有关。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的电流互感器，并进行饱和倍数的测定，以确保测量结果的准确性。
电流互感器饱和倍数的测定是确保测量准确性的重要步骤。
通过逐渐增加电流源的输出电流，记录感应电流值，计算饱和倍数的平均值和标准差，可以评估电流互感器的饱和性能，并选择合适的互感器用于实际测量。
电流互感器饱和度计算
电流互感器饱和计算：估算，当一次侧电流达到电流互感器额定电流的10倍时，保护用电流互感器就认为饱和了。
电流互感器的暂态饱和及应用计算1前言保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内，二次电流的综合误差不超出规定值。
对于有铁心的电流互感器，形成误差的最主要因素是铁心的非线性励磁特性及饱和。
电流互感器的饱和可分为两类：一类是大容量短路稳态对称电流引起的饱和(以下称为稳态饱和)；另一类是短路电流中含有非周期分量和铁心存在剩磁而引起的暂态饱和(以下称为暂态饱和)。
这两类饱和的特性有很大不同，引起的误差也差别很大。
在同样的允许误差条件下，考虑暂态饱和要求的互感器铁心截面可能是仅考虑稳态饱和的数倍至数十倍。
因而对互感器造价及安装条件提出了严峻的要求。
以往在中低压系统和发电机容量较小的情况下，互感器暂态饱和的影响较轻，一般未采取专门对策。
而对当前的超高压系统和大容量机组，为保证继电保护的正确动作，暂态饱和已成为必须考虑的因素。
由于互感器暂态饱和的机理和计算较复杂，要求互感器暂态不饱和所需代价很高，因而在实际工程中应用情况较混乱。
本文根据国内外的标准和应用经验，提出较规范的考虑暂态饱和的互感器选择和计算方法，供工程应用参考。
作为示例，本文给出大型发电机变压器组差动保护用电流互感器的选择计算及参数选择的建议。
2电流互感器的稳态饱和特性及对策当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁心将开始出现饱和。
这种饱和情况下的二次电流如图1所示，其特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间小于5ms(1/4周波)，二次电流有效值将低于未饱和情况。
对于反应电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使保护灵敏度降低。
对于差动保护，差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。
例如某一1200/5的电流互感器，制造部门提供的规范为［1］：5P20，30VA。
其中5P为准确等级，30VA为二次负荷额定值，20为准确限值系数(ALF)。
电流互感器饱和问题
电流互感器饱和引起的保护误动分析及试验方法近年来，广东省内多个发电厂出现过高压厂用变压器或起动-备用变压器在区外故障时或厂用大容量电动机起动时差动保护误动作的情况。
究其原因，除个别是因为整定值的问题外，大多数是因电流互感器特性不理想甚至饱和而导致的。
众所周知，设计规程中对电流互感器的选型有严格的规定，要求保护用的电流互感器在通过15倍甚至是20倍额定电流的情况下，误差不超过5%或10%，即不出现饱和。
而上面提及的出现差动保护误动的情况，无一例外地都选用了保护级的电流互感器。
经过对几个电厂的大容量电动机起动电流的核算，最大容量的电动机起动时电流大概是变压器额定电流的3～5倍，远达不到电流互感器额定电流的15倍。
那为什么差动保护还会因为电流互感器饱和而误动呢？下面就电流互感器的工作原理、工作特性对保护的影响及其检验方法进行探讨。
1电流互感器工作原理简述电流互感器的工作原理与变压器基本相同，因此可以使用变压器的等值电路分析电流互感器。
电流互感器的等值电路如图1所示[1]。
图1中，Z1为电流互感器原方漏抗，Z2为电流互感器副方漏抗，ZL为电流互感器二次回路的负载阻抗，其次侧的参量。
正常运行时，漏抗Z1和Z2很小，负载阻抗ZL也很小，而励磁阻抗Zm因为电流互感器铁心磁通不饱和而很大。
因此，可忽略励磁电流Im。
根据磁势平衡原理，原、副方电流成固定的比例关系为其中N1和N2分别为原、副方绕组匝数。
当铁心磁通密度增大至饱和时，励磁阻抗Zm会随着饱和的程度而大幅下降。
此时Im 已不可忽略，即I1与I2不再是线性的比例关系。
电流互感器饱和的原因有两种[2]：一是一次电流过大引起铁心磁通密度过大；二是二次负载（即ZL）过大，在同样的一次电流下，要求二次侧的感应电动势增大，也即要求铁心中的磁通密度增大，铁心因此而饱和。
原、副方绕组感应电动势有效值与磁通的关系为2确定电流互感器饱和点的方法要研究电流互感器的工作特性，确认其在保护外部故障通过大电流时是否会饱和而影响保护动作的正确性，可通过一些试验方法进行检测。
电流互感器的饱和
1. 电流互感器的饱和1.电流互感器的饱和电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie引起的。
正常运行时由于励磁阻抗较大，因此Ie很小，以至于这种误差是可以忽略的。
但当CT饱和时，饱和程度越严重，励磁阻抗越小，励磁电流极大的增大，使互感器的误差成倍的增大，影响保护的正确动作。
最严重时会使一次电流全部变成励磁电流，造成二次电流为零的情况。
引起互感器饱和的原因一般为电流过大或电流中含有大量的非周期分量，这两种情况都是发生在事故情况下的，这时本来要求保护正确动作快速切除故障，但如果互感器饱和就很容易造成误差过大引起保护的不正确动作，进一步影响系统安全。
因此对于电流互感器饱和的问题我们必须认真对待。
互感器的饱和问题如果进行详细分析是非常复杂的，因此这里仅进行定性分析。
所谓互感器的饱和，实际上讲的是互感器铁心的饱和。
我们知道互感器之所以能传变电流，就是因为一次电流在铁芯中产生了磁通，进而在缠绕在同一铁芯中上的二次绕组中产生电动势U＝4.44f*N*B*S×10-8。
式中f为系统频率，HZ；N为二次绕组匝数；S为铁芯截面积，m2；B为铁芯中的磁通密度。
如果此时二次回路为通路，则将产生二次电流，完成电流在一二次绕组中的传变。
而当铁芯中的磁通密度达到饱和点后，B随励磁电流或是磁场强度的变化趋于不明显。
也就是说在N,S,f确定的情况下，二次感应电势将基本维持不变，因此二次电流也将基本不变，一二次电流按比例传变的特性改变了。
我们知道互感器的饱和的实质是铁芯中的磁通密度B过大，超过了饱和点造成的。
而铁芯中磁通的多少决定于建立该磁通的电流的大小，也就是励磁电流Ie的大小。
当Ie过大引起磁通密度过大，将使铁芯趋于饱和。
而此时互感器的励磁阻抗会显著下降，从而造成励磁电流的再增大，于是又进一步加剧了磁通的增加和铁芯的饱和，这其实是一个恶性循环的过程。
从图1中我们可以看到，Xe的减小和Ie的增加，将表现为互感器误差的增大，以至于影响正常的工作。
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电流互感器饱和计算：估算，当一次侧电流达到电流互感器额定电流的10倍时，保护用电流互感器就认为饱和了。
电流互感器的暂态饱和及应用计算1前言保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内，二次电流的综合误差不超出规定值。
对于有铁心的电流互感器，形成误差的最主要因素是铁心的非线性励磁特性及饱和。
电流互感器的饱和可分为两类：一类是大容量短路稳态对称电流引起的饱和(以下称为稳态饱和)；另一类是短路电流中含有非周期分量和铁心存在剩磁而引起的暂态饱和(以下称为暂态饱和)。
这两类饱和的特性有很大不同，引起的误差也差别很大。
在同样的允许误差条件下，考虑暂态饱和要求的互感器铁心截面可能是仅考虑稳态饱和的数倍至数十倍。
因而对互感器造价及安装条件提出了严峻的要求。
以往在中低压系统和发电机容量较小的情况下，互感器暂态饱和的影响较轻，一般未采取专门对策。
而对当前的超高压系统和大容量机组，为保证继电保护的正确动作，暂态饱和已成为必须考虑的因素。
由于互感器暂态饱和的机理和计算较复杂，要求互感器暂态不饱和所需代价很高，因而在实际工程中应用情况较混乱。
本文根据国内外的标准和应用经验，提出较规范的考虑暂态饱和的互感器选择和计算方法，供工程应用参考。
作为示例，本文给出大型发电机变压器组差动保护用电流互感器的选择计算及参数选择的建议。
2电流互感器的稳态饱和特性及对策当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁心将开始出现饱和。
这种饱和情况下的二次电流如图1所示，其特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间小于5ms(1/4周波)，二次电流有效值将低于未饱和情况。
对于反应电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使保护灵敏度降低。
对于差动保护，差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。
例如某一1200/5的电流互感器，制造部门提供的规范为［1］：5P20，30VA。
其中5P为准确等级，30VA为二次负荷额定值，20为准确限值系数(ALF)。
电流互感器在额定负荷下的二次极限电动势Es ＝(ALF)· Isn·(Rct＋Rbn)，此时综合误差应不超过5%。
综合误差也可选用10%。
选择保护用电流互感器时，一般要求ALF 与额定一次电流乘积大于保护校验用短路电流，二次负荷小于互感器额定负荷，实际二次电动势不超过极限二次电动势。
当前工程中经常遇到的问题是短路电流过大，ALF不满足要求，但实际负荷比额定负荷小得多。
对于低漏磁电流互感器［2］，可以在实际负荷下的二次电动势不超过极限值的条件下，适当提高ALF的可用值。
但应指出，对于某些不符合低漏磁要求的互感器，如U型电流互感器、一次多匝的互感器等，在一次短路电流倍数超过ALF时，由于铁心局部饱和可能引起二次极限电动势降低，不能在降低二次负荷时，按反比提高ALF。
有些制造厂提供的ALF与负荷的关系曲线，未认真考虑上述局部饱和影响，使用时应慎重。
3电流互感器的暂态饱和短路电流一般含有非周期分量，这将使电流互感器的传变特性严重恶化。
原因是电流互感器的励磁特性是按工频设计的，在传变等效频率很低的非周期分量时，铁心磁通(即励磁电流)需要大大增加。
图2表示电流互感器在完全偏移的故障电流(非周期分量幅值达100%)下铁心磁通的增长情况，互感器带电阻性负荷。
图中Φac 代表传变故障电流工频分量所需的磁通，而Φdc则代表传变暂态(非周期)分量所需的磁通，其值远大于传变工频分量的Φac 。
磁通暂态分量 Φdc是系统一次回路时间常数Tp 和电流互感器二次回路时间常数Ts的函数。
Φdc开始时是按Tp增长。
磁通达到最大值的时间和数值与Tp 、Ts等有关。
按是否考虑短路电流的暂态过程，电流互感器分为P和TP两大类。
P类电流互感器要求在Φac情况下不饱和，而TP类电流互感器则要求在整个工作循环中的总磁通Φ＝Φac ＋Φdc情况下不饱和。
因此要求TP类电流互感器的铁心远大于P类电流互感器。
要求增大的倍数即暂态面积增大系数Kdc。
由标准［2］可知，对于全偏移短路电流，在C_ t _O工作循环时，所需暂态面积系数为：电流互感器暂态面积系数Ktd 与一次时间常数Tp有密切关系，对于P级、TPS和TPX级电流互感器,Tp Ts，短路电流为全偏移情况下，短路后不同时间 t的Ktf与Tp 关系见图3(图中Ts＝10s)。
在Tp较大时，Ktd可达几十倍。
当一次电流存在非周期分量导致互感器暂态饱和时，二次电流的波形示例如图4。
图中Tp 为50ms,R2n为4Ω，R2为2Ω。
图4(a)为互感器无剩磁的情况，图4(b)为互感器有75%剩磁的情况。
由图4可知，非周期分量导致互感器暂态饱和时二次电流波形是不对称的，开始饱和的时间较长，如图4(a)为30ms。
但铁心有剩磁时，将加重饱和程度和缩短开始饱和时间，如图4(b)，饱和开始时间为6ms。
对铁心中剩磁的影响必须给予足够的注意，因为电流互感器由于短路电流引起暂态饱和形成剩磁后，在正常运行的电流情况下，剩磁很难消除。
文献［3］列举了在一个230kV系统141组电流互感器的调查结果如表1，可见各种程度的剩磁存在概率都是很大的。
为了减缓暂态饱和对继电保护的影响，需要采取必要的措施。
这种措施有两类：一类是保护装置具备减缓饱和影响的能力；另一类是选择适当的电流互感器类型和参数。
4保护装置减缓互感器暂态饱和影响的措施[BT)]母线外部故障时，各支路的短路电流分布可能很不均匀，饱和情况可能很不一致。
为保证母线差动保护的正确动作，要求母线差动保护装置必须采取措施减缓暂态饱和影响，并不对电流互感器提出特殊要求。
这已成为定论并得到普遍执行。
对于其它保护，如发电机差动保护、变压器差动保护等，则未有明确规定。
当前国内生产的保护装置一般未采取专门措施，而需要在选择电流互感器时，考虑暂态饱和的影响。
某些国外产品已声明采取了相应措施，而不再对互感器提出特殊要求。
保护装置采取的措施，使用较广泛的有高阻抗母线保护，以提高差动继电器阻抗和利用饱和互感器分流来防止区外故障误动。
还有利用互感器暂态饱和有一定时延来区别差动保护中的差电流是由内部故障产生还是由饱和产生等等。
本文不准备详细讨论保护装置防止互感器饱和引起误动的各种措施。
只想着重指出，在当前普遍应用微机保护条件下，保护装置完全有可能采用多种有效措施来减缓暂态饱和的影响，因而可对互感器选择不提出特殊要求。
这样可产生重大经济效益。
所以，希望继电保护开发制造部门能在这方面取得更积极有效的成果。
还需要指出的是互感器暂态饱和与稳态饱和的特性有很大差别，反映在二次电流的波形也很不相同，因而采取的措施也应注意区别对待。
例如利用故障与饱和出现的时间差时，暂态饱和与故障时差可能较明显，而稳态饱和与故障时差则较小 (＜5ms) 。
5考虑暂态饱和的电流互感器选择原则电流互感器暂态饱和问题是普遍存在的，但不同情况下严重程度有所差别，所导致的后果也不同。
如普遍要求选用的电流互感器保证暂态过程中不致饱和，则将大大增加投资。
实际上，许多工程中选用的一般电流互感器虽未能完全满足暂态特性要求，但也可能有一定暂态储备，运行经验表明，很多情况下采用一般互感器也是可接受的。
因此，选择保护用电流互感器时，应根据互感器所在系统暂态问题的严重程度，所用保护装置的特性及暂态饱和可能引起的后果等因素，慎重确定。
(1)500kV系统电流互感器选择500kV系统和高压侧为500kV的变压器或发电机变压器组，由于一次时间常数较大(100ms以上)，电流互感器暂态饱和可能较严重，由此导致保护误动或拒动的后果严重。
因此，除保护装置本身能保证不受互感器暂态饱和影响的情况外，所选电流互感器应能满足暂态性能要求。
500kV线路一般保护宜选用带小气隙的TPY级电流互感器，按考虑重合闸的两次工作循环进行暂态特性验算。
断路器失灵保护不宜使用TPY级电流互感器，可选用TPS级或5P等电流可较快衰减的互感器，但应注意防止互感器饱和时电流检测元件拒动。
高压侧为500kV的发电机变压器组，高压侧母线一般为一个半断路器接线，差动保护回路500kV侧宜选用TPY级电流互感器，低压侧发电机中性点及出线端空间较紧张，装设TP类电流互感器可能存在困难，但穿越故障电流较小，一般不超出3倍额定电流。
因此，为与高压侧匹配，差动保护用电流互感器在满足暂态特性要求下可选用带小气隙的5PR级电流互感器［4］。
暂态性能可按外部三相短路C-O工作循环进行验算。
高压侧为500kV的降压变压器的差动保护回路各侧均宜选用TPY级电流互感器。
高、中压侧宜按外部线路故障C-O-C-O工作循环校验暂态特性。
低压侧为三角接线时，可按外部三相短路C-O工作循环校验。
(2)220kV系统电流互感器选择220kV系统的暂态问题(Tp≈60ms)及其影响后果比500kV系统相对较轻，适当降低保护用电流互感器的暂态特性要求是可以接受的。
以往在220kV系统有大量按稳态特性选用的电流互感器运行经验，但通常这些互感器的短路电流倍数和二次负荷选择留有一定裕度。
因此，220kV系统一般可按稳态特性选用P类、PR类和PX类电流互感器，但宜适当提高所选用电流互感器的准确限值系数(ALF)以减少暂态饱和影响。
根据运行经验，所选互感器的准确限值系数宜大于保护校验故障电流与互感器额定电流之比的两倍，即用户给定暂态系数K≥2。
参见IEEE Std C37.110-1996等规定。
高压侧为220kV的发电机变压器组或主变压器，虽然外部故障穿越短路电流倍数不大，但一次时间常数可能较大(发电机和发电机变压器组的Tp可能达150～250ms)，短路暂态可能较严重。
其差动保护的各侧电流互感器除参照上述220kV 重要线路，在按稳态特性选用电流互感器时，适当提高所选的ALF外。
还应特别注意各侧电流互感器特性及二次负荷的协调匹配。
(3)母线保护用电流互感器的选择由于高压母线短路电流很大，而且外部故障时流过各互感器的电流差别也可能很大，母线差动保护用电流互感器的选择，很难满足各种外部故障下的暂态特性要求。
一般需要保护装置采取必要的减轻互感器暂态饱和影响的措施。
工程应用中可根据保护装置的特定要求采用适当的电流互感器。
(4)110kV及以下系统电流互感器选择110kV及以下系统由于暂态问题及其影响相对较轻，电流互感器一般按稳态条件选择，采用P类互感器。
对于发电机或发电机变压器组，可参照上节的原则选用适当的电流互感器。
6发电机变压器组差动保护电流互感器的选择示例设发电机组容量为600MW，机端电压为20kV，cos[WTBX]θ＝0.9。
升压变压器组高压侧为[WTBZ]500kV，母线为一个半断路器接线。
高压侧短路时，通过机组的高压侧短路电流为2.1kA，Tp ＝0.2s；系统供给的短路电流为38kA，Tp＝0.1s。