电流互感器二次负荷和绕组个数选取应慎重

电流互感器二次负荷和绕组个数选取应慎重
摘要：阐述了电流互感器二次负荷选取增大或二次绕组个数增多给产品设计和制造带来的困难，以及在产品使用过程中可能产生的不良后果。

关键词：二次负荷、径向场强、准确级、仪表保安系数（FS）。

0引言
目前在电流互感器的招标技术文件中，存在二次绕组个数增多，8~10个，并且二次负荷选取很大，80VA、100VA，甚者150VA。

后果是，二次绕组体积增大，油箱或储油柜体积随之增大。

不仅加大了产品的设计和制造难度，增加了成本，而且在产品的使用过程中也会产生不良后果。

详述如下：
1实际运行二次负荷变小，会使电流互感器准确级降低
从电流互感器的工作原理知道，只有励磁电流等于零时，二次电流乘以电流比才等于一次电流，此时误差ε为零。

由于励磁电流或多或少总是存在，所以电流互感器的电流误差ε是负值（曲线1），如图1。

只有采用了匝数补偿措施后才有可能出现正值电流误差（曲线2）。

制
在设计时为了满足在25%~120%额定负荷，不同电流下误差均满足国标或企标要求，一般都要采用减匝补偿，曲线2正是产品出厂时的误差曲线。

设补偿前误差
i
ε，减匝补偿
值
b
ε，
b
ε是正值。

由误差公式可知，电流误差ε为
b
n
c
C
IN
N
A
f
L
Z
I
ε
θ
α
μ
π
ε+
+
=100
*)
sin(
)
(
20
1
2
2
2
即：
b
i
ε
ε
ε+
=。

在没有减匝补
偿时，减匝补偿值
b
ε=0，电流误
差ε=
i
ε，与二次负荷成正比，随
二次负荷减小而减小，即曲线1会越接近X 轴。

但在减匝补偿后，电流误差b i εεε+=，随二次负荷减小，补偿前误差i ε趋于零，电流误差ε=b ε，会正方向增大，接近b ε（曲线3），导致实际运行时误差超标，准确级降低。

1- 减匝补偿前电流误差曲线 2- 减匝补偿后电流误差曲线
3- 减小二次负荷实际运行电流误差曲线
图1
2实际运行二次负荷变小，电流互感器FS 系数增大，失去保护二次回路的作用
电力系统中使用的电流互感器往往会有很大的过电流流过一次绕组，为避免二次回路的仪器、仪表不致受到大电流的冲击，希望测量绕组在过电流情况下二次电流不再按比例增长，因此标准
提出了仪表保安系数（FS ）的要求。

所谓仪表保安系数(FS)是额定仪表保安电流与额定一次电流之比值。

而额定仪表保安电流是二次负荷为额定值时，复合误差不小于10％的最小一次电流值。

这个一次电流值越小，FS 值也越小。

也就是说在一次电流倍数不太大时，复合误差就等于或超过10%，一次电流再增加，误差将更
大，二次电流的增长不多，对测量仪表来说就比较安全。

所以选型时，除要求二次负荷外，几乎都要求测量绕组准确级为0.2SFS5。

制造商按标准设计时除满足0.2S 准确级外，还要满足在额定二次负荷，5倍额定一次电流时，铁心磁密应饱和，保证此时的复合误差大于10%。

为此采用初始导磁率很高而饱和磁密较低的超微晶铁心。

如果运行时二次负荷变小，一次过电流时，铁心实际工作磁密小于饱和磁密，即仍处于磁化曲线的线性段，此时，电流误差很小，FS系数很大，二次回路会受到大电流的冲击，给电力系统带来不良后果。

3二次负荷选取增大或绕组个数太多，会使U字形电容型绝缘的电流互感器径向场强增大，绝缘利用系数减小
图2
U字形电容型绝缘的电流互感器两主屏间的径向场强为E r,，主屏端部轴向场强为E I。

在工频耐压下，按屏间绝缘厚度相等或屏间电压（即屏间电容量C x）相等，但径向场强和轴向场强稍不均匀的原则设计。

设计计算的要求是合理控制E r和E I，使绝缘材料得到充分利用，从而减少整体绝缘尺寸。

绕组个数增多，或随着二次负荷选取增大，二次绕组增高，放臵二次绕组的直线距离增加很大，但为了保证产品外绝缘特性和瓷套上、下端附件的电场均匀和外绝缘的闪络电压，瓷套高度和上、下屏蔽率不能变化。

如图2所示。

所以只能将中心线下移，加长放臵二次绕组的直线距离，于是，每个主屏的长度加长，各屏间电容量C x不再近似相等，需要通过在零屏和地屏范围内，调
整梯差来满足各主屏间电容量C x近似相等的原则。

但随着主屏长度的不断加长，在零屏和地屏有限的范围内，即使调整梯差也无法使各主屏间电容量C x近似相等了，即各主屏间电容量C x 分散性增大，致使各屏间径向场强差异增大，绝缘利用系数降低，甚至0~1屏间径向场强超过设计要求，绝缘性能降低。

此时必须通过加大零屏直径或加粗一次绕组（铝管）直径等其他增加体积和成本的方法才能解决。

4二次负荷选取过大或绕组个数太多，产品体积和重量增加，加大了制造成本和难度
每台电流互感器正常情况有4~6只绕组，其中保护绕组3~4只。

当电流互感器其它参数恒定，二次负荷与二次绕组高度成正比，负荷过大，会使绕组高度超高。

尤其是保护绕组。

无论是正立式还是倒立式电流互感器制造成本和难度都会增加。

4.1正立式电流互感器
正立式电流互感器的主绝缘包在U字形一次导体上，而大部分一次导体采用铝管，随着套装在一次绕组上的二次绕组增高和重量的增大，一次导体和其外部的主绝缘所承受的机械力也在增加，稍不注意就会造成铝管的拉伸，使主绝缘或其中的铝箔造成损坏，尤其是器身装配起立和器身真空干燥完成后吊运时。

所以必须对此进行重点质量控制。

如：采用直立套装，改变器身的吊运方法等，避免一次导体受力。

必要时经常采用加大一次导体（铝管）直径的方法，改善和加强主绝缘的机械和绝缘性能。

因此最终导致产品体积和成本增大。

4.2倒立式电流互感器
倒立式电流互感器的主绝缘
包在组装好的二次绕组组外面，随着二次绕组增高或个数增多，二次绕组组和储油柜的体积就会增大很多，由于环部主绝缘大部分采用手工包扎，如果绕组组高度超过人的臂长，会加大包扎难度，包扎质量很难控制。

同时随着二次绕组组和储油柜的重量的增大，产品中心和瓷套的抗弯强度都要进行重新计算，必要时要采用加大瓷套直径的方法，保证产品的性能。

所以，又导致产品体积和成本增大。

5结论
综上所述，电流互感器二次负荷和二次绕组个数并非越大、越多越好，应根据实际需求确定此项招标参数。