浅谈电流互感器的误差和二次负载的计算

浅谈电流互感器的误差和二次负载的计算

摘要：电流互感器是电力系统中非常重要的一次设备，掌握其误差特性及二次负载的计算，对设计人员来说至关重要，本文分析了电流互感器误差产生的原因以及分别对测量电流互感器、保护电流互感器二次负载进行了计算。

关键词：电流互感器、误差、二次负载、计算

1、电流互感器的误差

电流互感器是用来将一次系统的大电流按比例变换为二次系统的小电流，以满足测量、监控、保护及自动装置等的需要，并将一、二次设备安全隔离，使高、低压回路不存在电的联系的一种常见的电气设备。测量误差是指电流互感器的二次输出量I2与其归算二次侧的一次输入量I1’的大小不相等，幅角不相同所造成的差值，因此测量误差分为数值（变比）误差和相位（角度）误差两种。

产生测量误差的原因一是电流互感器本身造成的，二是运行和使用条件造成的。

电流互感器本身造成的测量误差是由于电流互感器有励磁电流Ie存在，而Ie是输入电流的一部分，它不传到二次侧，故形成变比误差，Ie除在铁芯中产生磁通外，尚产生铁芯损耗，包括涡流损失和磁滞损失，Ie所流经的励磁支流是一个呈电感性的支路，Ie和I2不同相位，这是造成角度误差的主要原因。

运行和使用中造成的测量误差过大是电流互感器铁芯饱和和二次负载过大所致。

故为保证电流互感器工作在误差范围内，在不改变其本身固有特性的情况下，作为设计人员来说，根据实际情况，选择适当的电流互感器二次容量尤为重要，以下介绍二次负载容量的计算。

2、测量电流互感器二次负载容量的计算

为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确度级不得低于所供测量仪表的准确度级。电流互感器的一定准确等级是与一定的负荷容量S2相对应的。当接入负荷（仪表继电器等）的容量超过互感器准确级规定的容量Se2时，电流互感器的准确级将要下降，即测量误差增大。因此，为了保证测量的准确度，互感器二次侧所接负荷容量S2应小于互感器准确度级所规定的额定容量Se2。，即应满足：

Se2≥S2

即Se2≥I22Z2 （1）

由上式可知，二次负荷容量与二次阻抗有着直接关系。若不考虑二次负荷的电抗值；则包括接入互感器二次侧的仪表电流线圈电阻，继电器电流线圈电阻，连接导线电阻和接触电阻，即：

上式中ry、rj可由二次回路中所接仪表和继电器的参数求出最大相负荷阻抗，即：

式中：——电流互感器最大一相的负荷（伏安）。其值等于各仪表负荷之和，可以通过查各仪表技术数据求得。

——电流互感器二次额定电流（安）。

——仪表或继电器电流线圈的总阻抗（欧）。

接触电阻由于不能准确测量，一般可取0.05欧姆。连接导线电阻为未知量，可由所选择导线的长度和截面确定：

（4）

式中；、——连接导线截面（mm2）和计算长度（m）。

——导线的电阻率。铜= （Ω•m），铝= （Ω•m）。

上式中与仪表到互感器的实际距离L及电流互感器的接线方式有关。

图1 电流互感器与仪表接线图

（a）单相接线（b）星形接线（c）不完全星形接线

单相接线：=2L

星形接线，用于测量三相不对称负荷，由于中性线电流很小，故＝L．

不完全星形接线，用于三相负荷平衡或不平衡系统的测量，例如：三相二元件功率表或电度表的接线等。在35kV及以下小电流接地系统中的保护广泛采用这种接线方式。此接线方式选择二次连接导线时其导线计算长度=1．73L，可从电流向量图及回路电压方程式推导出

由图1（c）可知：

流过公共导线的电流在回路中，设为ao两端的等效电阻

由于电流互感器的副边电流Ie2已标准化（5安或1安），I2用额定值Ie2代入（1）式可计算出电流互感器所接负荷S2 ，从而按1.5~3倍选择电流互感器的额定容量。

3、保护电流互感器二次负荷的计算

用于继电保护的电流互感器，要考虑当系统出现最大短路电流的情况下，继电保护装置能正常工作，不至于因为饱和及误差带来拒动，当电力系统发生短路故障而引起继电保护动作时，流过电流互感器的电流将可能比其额定电流大很多倍，为保证继电保护装置正确动作，一方面电流互感器的一次电流在故障情况下不应超出与其额定准确限值系数相对应的电流值，另一方面是电流互感器在标称的准确级下，对应的额定二次容量Se2（V A）或额定二次负载阻抗Ze2（Ω），与二次实际负载阻抗Z2必须满足0.2Ze2≤Z2≤Ze2时，电流互感器才能达到其标称的准确级。如果Z2＞Ze2，则电流互感器实际的准确级就会低于其标称值，这将会影响保护装置的准确性，严重时可能会造成继电保护装置误动或拒动，甚至形成系统事故。

保护用电流互感器的二次负载计算与测量用电流互感器的二次负载一样，但是其线路的计算阻抗除了与电流互感器的接线有关以外，还与短路故障类型有关，计算时，可按最严重的短路类型计算电流互感器的实际二次负荷。

例如一座110kV变电站，其中用于主变差动保护的110kV电流互感器主要技术参数为：变比300．400．600／5A，准确级5P30，额定容量40V A。由此可计算出，该电流互感器额定二次负载阻抗为1．6Ω。但电流互感器实际的二次负

载阻抗是多大，能否满足准确级要求呢？以下是计算过程：

一次设备到继电保护柜的距离，二次导线（电缆）全长约130m，采用截面为4mm2的多股或单股铜芯线，三相星形接线，这样可计算出导线阻抗为：

根据继电保护装置厂家提供的技术数据，差动继电器交流电流回路功率损耗不大于0．8V A／相，若取为0．8V A／相，则每相差动继电器的交流阻抗为：

当电流互感器和二次负载的接线方式一定时，在不同的短路形式下，电流互感器的二次负载是不同的。在三相电流互感器完全星接的情况下，按照电流互感器二次负荷最严重的短路类型，计算电流互感器的实际二次负荷，当单相接地短路时，接地相的电流互感器二次负载阻抗最大，其值为：

由这些计算结果可以看出，差动保护用电流互感器的实际二次负载阻抗是在其允许范围内的。

4、当电流互感器不满足误差要求时，应采取一下措施：

1) 改用伏安特性较高的电流互感器二次绕阻，提高带负荷的能力;

2) 提高电流互感器的变比，或采用额定电流小的电流互感器;以减小电流倍数m10;

3) 串联备用相同级别电流互感器二次绕组，使负荷能力增大一倍;

4) 增大二次电缆截面，或采用消耗功率小的继电器，以减小二次侧负荷；

5) 将电流互感器的不完全星形接线方式改为完全星形接线方式;差电流接线方式改为不完全星形接线方式;

6) 改变二次负荷元件的接线方式，将部分负荷移至互感器备用绕组，以减小计算负荷。

注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看