低压电流互感器的应用及发展

低压电流互感器简介
江阴市星火电子科技有限公司蒋大维所谓低压，标准中一般根据设备最高电压（Um）定义，IEC61869-2007默认将低压定义为0.72KV以下，（所谓默认，即是没有明确指出0.72KV以下就是低压，标准只是分了一个电压等级）。

而GB20840.1-2010《互感器第一部分：通用技术要求》根据中国的实际电力系统情况默认将0.72KV修改为0.66KV以下。

目前拟稿的IEC38标准系列，将低压定义为1KV以下。

在行业标准，又将低压定义为3KV、1.2KV、0.5KV等等，当然这是根据不同行业的需要。

在将来新的IEC或者GB的低压标准，低压应该会被定义为1KV。

但目前我们主要遵循国家标准GB20840，即是默认低压为0.66KV，当然同时默认等同于IEC标准0.72KV。

它的规则一般是这样的，国内销售的低压电流互感器电压等级标注为0.66KV，而出口产品标注为0.72KV。

所以我们暂且认定低压电流互感器的标准为0.66KV。

低压电流互感器为什么要认定设备最高电压呢？ 0.66KV的低压电流互感器能不能使用在电压为3.6KV的设备中呢。

很明显是不可以的，因为这个就要涉及到互感器的绝缘水平了，不同的设备电压所要求的绝缘水平是不一样的。

虽然设备电压是0.66KV，但在特殊的时段，这个电压有可能成倍的上升，如果互感器内部绝缘水平不够，那很有可能内部击穿，从而损坏互感器。

GB20840中规定0.66KV互感器的额定绝缘水平是要达到3KV的工频耐受电压，而设备电压3.6KV的互感器则要达到不低于18KV的工频耐受电压，所以0.66KV的互感器假设误用在3.6KV的电压设备中，有可能会因为它的绝缘水平不够而导致绝缘击穿，轻则互感器无法测量保护，严重时可发生安全事故。

低圧电流互感器从使用功能上分为测量用电流互感器和保护用电流互感器。

测量用电流互感器是为测量仪器和仪表传送信息信号的电流互感器。

保护用电流互感器是为保护和控制装置传送信息信号的电流互感器（见GB20840.2-2014）。

下面，我们分别说说这两类互感器的区别及应用。

首先测量用互感器顾名思义它着重测量，所以它对准确级的要求非常严格，GB20840.2-2010中将测量用互感器的准确级分别定义为0.1、0.2、0.5、1、3，特殊测量用电流互感器准确级定义为0.2S和0.5S。

具体准确级要求见表1、表2和表3。

测量用电流互感器有一个参数叫作仪表保安系数FS，表明在额定一次电流的保安系数下最大的复合误差必须不小于10%，GB20840.0-2014给出的标准值为5和10，这个保安系数是用来保护互感器二次侧的仪表的，防止设备中一次侧出现故障大电流，而互感器不能快速饱和，导致仪表损坏。

举例，互感器100\5A，FS=5，准确级0.5，那么在这个互感器的一次电流为500A 时，二次侧不允许在输出0.5级的二次电流了，它此时的复合误差必须≥10%，也就是此时二次侧的电流由于饱和作用已经不能随着一次侧电流线性增涨。

GB20840.2要求的测量用电流互感器的二次侧的标准值为1A和5A，但在实际应用中我们可以根据实际情况将二次输出变成低于mA或者mV级小信号，同时算定二次侧电压值，在二次末端加上一个钳位的双向二极管，这样到了保安系数下的一次电流后，互感器二次侧信号即不会再上升，这样就解决了三个问题：一、二次信号方便处理；二、保证了互感器二次侧的仪表的安保问题；三、互感器的二次侧不会产生高压。

那保护用电流互感器的准确级要求就没有那么高了，毕竟它的作用是保护，而不是测量，但要求不高不代表没有要求，保护用电流互感器的准确级标准定义为5P和10P，P代表保护的英文首字母。

具体要求准确级见表4。

测量用电流互感器有保安系数，保护用电流互感器有一个相对应的值叫作准确限值系数ALF，表明在额定一次电流的准确限制系数下，互感器的复合误差必须满足保护用电流互感器的准确级要求，GB20840.0-2014给出的标准值为5、10、15、20、30。

从这里可以看出测量用电流互感器在保安系数下是要求饱和，而保护用电流互感器则是要求不能饱和，饱和了就不能对后面的装置进行保护了。

举例：100A\5A，5P10，根据表4来看，在保护电流互感器一次电流在100A时，互感器满足准确级5P，即此时比差值±1，相位差±60′，在1000A时同时必须满足5P 的准确级，此时比值差为5,没有相位差要求。

在保护用电流互感器里面有一类特殊的互感器，就是零序互感器，零序互感器虽然属于保护用电流互感器，但它的工作方式又和标准中的保护用电流互感器不一样。

这个在《零序互感器的简单介绍》做了说明，这里就不再重复。

低压电流互感器按照使用方式来分又分为闭合式电流互感器和开合式电流互感器，闭合式电流互感器现在有很多类型，按一次侧来分，可分为母线贯穿式、复匝式；按封装结构可分为：树脂浇筑式、外壳式；他们有个共同的特点是，系统设备设计之初已经将他们考虑进去了，哪边要用测量用电流互感器，哪边需要监控保护的，则使用保护用
电流互感器，都是事先装好的，装好后，除非拆线拆铜牌，否则拆卸不下互感器的。

图1：左图，母线贯穿式；右图，复匝式，皆为树脂浇注式低压电流互感器，供国家电网使用。

图2：母线贯穿式、外壳封装式低压电流互感器
现在国家在号召资源管理、节能减排、城乡网改造，很多企业、能源部门积极响应号召，对现在的用电进行管理，于是必须要对用电进行改造。

改造就要涉及很多安装设备的问题，其中互感器就是其中环节之一。

因为你的改造不能够大范围的改动先前的设备，改造越简单越好、越方便越好。

比如超市，你要安装新的互感器，总不能把整个超市断电然后再切开线路去安装互感器吧。

一方面超市的经营不允许，同时供电局也不会同意你动之前的东西的。

所以，在互感器上面就出现了开合式互感器，顾名思义，开合式互感器的作用是，在不断开一次侧线路，就能方便拆卸、安装的一种特殊用互感器。

见图3。

图3：江阴市星火电子科技有限公司的各式开合式互感器及安装方式开合式互感器种类很多，按照一次侧结构来分，可分为电缆型安装结构和铜牌型安装结构；按照二次侧输出来分，可分为1A\5A输出型、小电压信号输出型（0-5V）、小电流信号输出型(0-1A)；按照实用程度来分，可分为准确级较高、但体积较大的还有准确级差一点但体积较小的（当然体积大价格也大）。

重点说下，现在准确级不是衡量互感器好坏的唯一标准，在《互感器的几个模糊概念解析—准确级、精度、线性度、一致性》一文中我已经说过，如今在软件补偿已经很好的今天，一致性的重要性已有大于准确级的趋势，准确级可以补偿，一致性好可以减少很多工作。

而开合式电流互感器由于磁芯进行了砂轮或者线切割，它的导磁率势必下降，但同时他的稳定性及一致性势必增强，因为磁芯本身的磁导率是不稳定的，但经过一刀切割，接缝处势必混入空气，在磁芯切割后的磁导率混同空气磁导率，这样反倒稳定了磁芯的磁导率，同时相对稳定了互感器的性能，继而提高了互感器的一致性。

见图4。

图4：左图：闭合式，准确级好；右图：开合式，一致性好。

开合式电流互感按照使用场所分户内开合式电流互感器和户外开合式电流互感器，在GB20840国家标准里，对户内电流互感器的最低防护等级推荐为GB4208的IP20，对户外电流互感器的最低防护等级推荐为GB4208的IP44。

目前没有开合式电流互感器的相关要求，所以开合式电流互感器的防护等级没有明确要求。

但是开合式电流互感器在实现防护方面的难度要远远大于闭合式电流互感器，因为开合式的铁芯是可以开合的，特别是硅钢材质的磁芯，如果处理不当，开合式电流互感器的磁芯端面就会与空气接触而导致生锈。

（见图3）所以现在如何对户外开合式互感器
进行防护是首要问题。

不过江阴市星火电子科技有限公司在2016年设计出的FSCT系列的防水开合式通过特殊的处理，已经能够达到IP67的防护等级，已经通过专门机构进行检测，同时申请了发明及实用新型专利，可以说解决了行业内开合式电流互感器户外防护的问题。

（见图5）
图5、江阴市星火电子科技有限公司的防水开合式及检测报告在开合式电流互感器中还有一种特殊的开合式电流互感器，那就是罗氏线圈，全称罗哥夫斯基线圈（见图6），罗氏线圈由于不含铁芯，又叫空心线圈，是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。

罗氏线圈不含铁芯及骨架，所以易于打圈及折叠，由于这种特殊结构，所以我把它又归类到开合式电流互感器。

罗氏线圈的工作原理是输出信号时电流对时间的微分。

通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。

他的特点是与常规互感器相比，罗氏线圈不含铁磁性材料，故无磁滞效应，无磁饱和现象，所以能测试数百安培的电流而不饱和，几乎没有相位差，同时无二次开路危险。

但由于制造工艺和材料的限制，对于正常50Hz正弦波来说其准确级不及带铁芯的常规电流互感器，但它具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和、几乎没有相位误差的特点，故其可应用于继电保护用电流互感器。

柔性罗氏线圈非常柔软，容易折叠，所以非常适用于空间比狭窄、不易于安装普通开合式电流互感器的环境，加上它不会产生饱和，所以也深受业内人士欢迎。

图6、江阴市星火电子科技有限公司生产的罗氏线圈及积分器当然本文不能一一介绍低压电流互感器其他很多重要的指标，只是通过以上文章，希望大家能够对低压电流互感器有个初步的认识，目前针对低压互感器的国家标准还没有出台，但IEC38 505 506已经在出草案，用不了多久，我国也会相继出好国家标准。