電流互感器二次負(fù)載的計(jì)算及選擇

潮州供電局 陳健彤

電流互感器二次負(fù)載的計(jì)算及選擇

潮州供電局 陳健彤

電流互感器是用一種將大電流按照一定的變比變換成小電流的儀器，當(dāng)電流互感器用于電路時(shí)，可作電流、電能、功率測量和繼電保護(hù)及自動化設(shè)備的輔助裝置，它將大電流變換成小電流——現(xiàn)在在廠站中大多變換成1A的電流，供給二次回路測量儀表和繼電保護(hù)等設(shè)備用，從而保證測量儀表及其他裝置的安全，并使其便于工作。對電流互感器的二次負(fù)載的計(jì)算有利于進(jìn)行負(fù)載的匹配，確保其準(zhǔn)確度。本文對完全星形接線及不完全星形接線下，不同故障反映的二次負(fù)載進(jìn)行了計(jì)算。

電流互感器；二次負(fù)載

1.電流互感器簡介

互感器就是將電力網(wǎng)絡(luò)中的大電流、高電壓這些高電平的電力參數(shù)按比例變換成低電平的參數(shù)或信號，以供測量儀器儀表、繼電保護(hù)和其他類似儀器使用的變壓器。

而電流互感器是用一種將大電流按照一定的變比變換成小電流的儀器，當(dāng)電流互感器用于電路時(shí)，可作電流、電能、功率測量和繼電保護(hù)及自動化設(shè)備的輔助裝置，它將大電流變換成小電流——現(xiàn)在在廠站中大多變換成1A的電流，供給二次回路測量儀表和繼電保護(hù)等設(shè)備用，從而保證測量儀表及其他裝置的安全，并使其便于工作。

目前用于敞開式的超高壓變電站中的油浸式電流互感器，有電容型結(jié)構(gòu)和鏈型2種。電容型結(jié)構(gòu)的主絕緣由若干串聯(lián)的電容屏(多為鋁箔與半導(dǎo)體紙)與絕緣紙組成；鏈型結(jié)構(gòu)的是將一次繞組與繞有二次繞組的環(huán)狀鐵心交叉后形成“8”字形，一、二次繞組分開絕緣，并與鐵心一起浸入有絕緣油的瓷套內(nèi)。

油浸式電流互感器通常裝有隔膜或金屬膨脹器，使油與空氣隔離，防止絕緣受潮與氧化。為防止瓷套炸裂的危險(xiǎn)，以硅橡膠傘裙代替瓷套的六氟化硫( )氣體絕緣的電流互感器也已開始投入運(yùn)行。

2.電流互感器的特點(diǎn)

1)電流互器的二次回路中所串的負(fù)載一般是電流表以及繼電器等元件中的電流線圈，阻抗一般不大，因此，電流互感器的正常運(yùn)行情況相當(dāng)于二次側(cè)短路的變壓器運(yùn)行狀態(tài)。

2)電流互感器的一次電流是由電網(wǎng)輸送的負(fù)載決定的，在一定的條件(下文會提到)下，二次側(cè)的電流大小是由一起起主導(dǎo)作用。

3)電流互感器中，當(dāng)二次回路的負(fù)載阻抗發(fā)生變化時(shí)，會影響二次電動勢。因?yàn)椋娏骰ジ衅鞯亩位芈肥情]合的，在某一定值的一次電流作用下，感應(yīng)二次電流的大小決定于二次回路中的阻抗，當(dāng)二次阻抗值較大時(shí)，二次電流會相應(yīng)地減小，一次電流中，用來平衡二次電流的分量也就隨之變小，作用于勵磁回路的電流分量增多，造成二次電動勢升高。相反地，當(dāng)二次阻抗變小時(shí)，感應(yīng)的二次電流增大，一次電流中用于平衡二次電流的分量就大，作用于勵磁回路的電流分量減小，二次電動勢因此降低。也就是說，一次電流、勵磁電流、二次阻抗、二次電流、二次電動勢這幾個(gè)量是互為因果關(guān)系的。

4)電流互感器能夠用來測量電流，是因?yàn)樗且粋€(gè)恒流源，且電流表的電流線圈阻抗較小，串進(jìn)回路中，對回路電流影響不大。當(dāng)然，這一點(diǎn)只適用于電流互感器在額定負(fù)載范圍內(nèi)，根據(jù)上文可知，負(fù)載增大超過允許值時(shí)，會影響二次電流，進(jìn)而使誤差增加到超過允許的范圍。

3.電流互感器的二次側(cè)阻抗值

電流互感器的二次側(cè)阻抗值是指接在二次繞組上端子間的阻抗、儀器和連接導(dǎo)線等的總阻抗，通常以阻抗值表示，又稱為電流互感器的負(fù)荷。

一般在電流互感器銘牌上標(biāo)注的準(zhǔn)確度等級與二次側(cè)外阻抗大小有關(guān)，電流互感器的誤差隨著外阻抗的增大則愈大，使二次電流值的準(zhǔn)確度等級降低。為了確保電流互感器在使用中不超過銘牌中標(biāo)注的準(zhǔn)確度等級，就要求二次側(cè)所接負(fù)荷的阻抗值不應(yīng)大于某一數(shù)值，因此，銘牌上要標(biāo)定二次側(cè)阻抗值。

圖1 完全星形接線及零序電流保護(hù)接線

圖2 不完全星形保護(hù)接線圖

I2e是電流互感器的二次額定電流，A；

Z是電流互感器的二次負(fù)載阻抗，Ω；

S是電流互感器的二次容量，VA。

二次負(fù)載阻抗的大小對互感器的準(zhǔn)確度有影響，如上文提到的，當(dāng)TA的二次負(fù)載阻抗超出了容許值時(shí)，勵磁電流隨之增大，從而造成鐵芯飽和，一次電流的很大一部分被用來供給勵磁電流，使得互感器的誤差增大，使準(zhǔn)確度下降。

4.計(jì)算電流互感器二次負(fù)載

根據(jù)繼電保護(hù)與自動裝置的不同，電流互感器二次繞組的接線方式有所不同。一般有完全(三相)星形接線；不完全(兩相)星形接線；三角形接線；兩相差接線及其它。

計(jì)算電流互感器二次負(fù)載時(shí)：

(1)完全星形接線及零序電流保護(hù)接線見圖1。

1)三相短路(此時(shí)中性線沒有電流)

2)兩相短路(以ab相短路為例)

3)單相短路（以a相短路為例）

若二次負(fù)載采用 2ZL+ZK+ZK,0，則在計(jì)算電流倍數(shù)時(shí)，應(yīng)采用單相接地電流值；若采用ZL+ZK，則應(yīng)采用相間短路電流值。哪種情況嚴(yán)重，就采用哪種組合方式。

(2)不完全星形保護(hù)接線見圖2。

1)三相短路（此時(shí)流經(jīng)中性線的電流與B相大小相等方向相反）

2)兩相短路(以ab相或bc相短路為例)

3)兩相短路（以ac相短路為例，此時(shí)中性線內(nèi)無電流）

其它接線方式下，發(fā)生短路的情況可相應(yīng)計(jì)算出來，在此就不一一列舉了。

根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，將實(shí)測阻抗值按最嚴(yán)重的短路類型換算成Z，可算出允許的二次負(fù)載。

當(dāng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)二次負(fù)載不滿足要求時(shí)，可通過以下方式進(jìn)行處理：

①增大二次電流截面；

②串接備用電流互感器使允許負(fù)載增大1倍；

③改用伏安特性較高的二次繞組；

④提高電壓互感器變比。

5.使用電流互感器時(shí)應(yīng)注意的問題

1)電流互感器的配置應(yīng)滿足測量表計(jì)、繼電保護(hù)與自動裝置的要求，并分別由單獨(dú)的二次繞組供電，這樣才可既滿足不同設(shè)備的要求，并且不會相互影響；

2)選擇電流互感器時(shí)，額定電壓應(yīng)等于被測電路的電壓，其一次額定電流應(yīng)大于被測電路的最大持續(xù)工作電流，同時(shí)其結(jié)構(gòu)型號及容量應(yīng)滿足準(zhǔn)確度要求；

3)運(yùn)行中的電流互感器的二次繞組不應(yīng)開路，否則開口處電壓可能達(dá)到幾千伏，對設(shè)備或人身造成嚴(yán)重危害；

4)電流互感器的二次繞組、鐵心及外殼應(yīng)可靠接地，且接地點(diǎn)只允許有一個(gè)。

[1]賈偉.電網(wǎng)運(yùn)行與管理技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,2007.

[2]國家電力調(diào)度通信中心編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,1999.11.

[3]劉清漢等.繼電保護(hù)工[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

陳健彤（1971—），男，廣東潮州人，工程師，研究方向：電氣。