互感器知识详解-科试特

电力系统的一次电压很高，电流很大，且运行的额定参数千差万别，用以对一次系统进行测量、控制的仪器仪表及保护装置无法直接接入一次系统，一次系统的大电流/高电压需要使用电流/压互感器进行隔离，使二次的继电保护、自动装置和测量仪表能够安全准确地获取电气一次回路电流/压信息。

互感器的作用是：

1、将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A或1A)，从而使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构轻巧，价格便宜，便于屏内安装；并可采用小截面电缆进行远距离测量。

2、将二次设备与高压部分隔离，保护工作人员的安全；同时，互感器二次侧均接地，这样可防止当一/二次绝缘损坏时，在二次设备上发生高压危险。

电流互感器

电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器，它的工作原理和变压器相似。       电流互感器的原理接线如图：

当一次侧流过电流I1时，在铁芯中产生交变磁通，此磁通穿过二次绕组，产生电动势，在二次回路中产生电流I2。

电流互感器在正常工作状态时，二次负荷电流I2所产生的二次磁势

对一次磁势F1有去磁作用，因此合成磁势F0及铁芯中的合成磁通数值都不大。

电流互感器在正常工作时，二次绕组绝对不允许开路。

如果运行中的电流互感器二次绕组开路，则二次磁势等于零，而一次磁势不变，且全部用于激磁。此时合成磁势Fo等于F1，比正常状态的合成磁势增大了许多倍，使铁芯中的磁通急剧增加而达到饱和状态。

电流互感器的准确级

1．电流互感器的准确级

为了保证计量、测量的准确性，保证保护装置动作可靠、正确，电流互感器必须达到一定的准确度，即限定其工作范围，给出如下定义：

电流互感器的准确级以电流误差来定义的。即：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。(准确级越大，误差越大，精度越低。)

包括测量用准确级和保护用准确级

测量用：0.1级 0.2级 0.5级 1级 3级  5级

其中，0.1级～1级的四个标准其二次负荷应在二次额定负荷的25％～100％之间，3～5两个标准其二次负荷应在额定负荷的50％～120％间，否则准确度不能满足要求。

对负荷范围广，准确度要求高的场合，可以采用经补偿的0.2s和0.5s电流互感器。该互感器在1％～120％负荷间均能满足准确度要求。对测量用电流互感器除了幅值准确度要求外，还有角度误差要求。工频互感器测试仪

除了二次负载的变化范围影响着误差限值，实际的一次电流占额定电流的百分，比也影响着测量准确度。

保护用（Protection）

电流互感器在一次系统短路后的暂态过程中要具有良好的暂态响应特性, 在短路后的暂态过程中仍能真实地传变一次短路电流—暂态响应特性好。

系统发生短路故障时一定伴有电流迅速的、大幅值的变化，其中含有大的直流分量与丰富的各次谐波分量，这种暂态过程在故障初期最为严重。如果电流互感器没有较好的暂态特性，就无法准确进行信号的传变，严重时将发生电流互感器饱和，造成保护装置拒动或误动。

分为稳态类电流互感器（P类）和暂态类电流互感器（TP类）。对于稳态类来说，准确级规定5P、10P两个准确级。暂态保护特性级分别为TPS 级、TPX 级、TPY 级和TPZ 级。目前我国使用较多的是TPY 级。

继电保护用准确级同时还要满足10％误差要求。

稳态保护用电流互感器的准确级要求一般没有测量用的高，但由于要求其在故障大电流时有较好的传变特性，所以引入短路电流倍数（称为额定准确限值系数）这个参数，习惯上把保护用电流互感器的准确级与准确限值系数连在一起标注，一般用εPM表示，如5P10。

其含义是当实际短路电流是互感器一次额定电流的10倍时，其误差（复合误差）满足5％的要求。式中ε是准确等级，M是保证准确度的允许最大短路电流倍数。

具有良好的抗饱和性能。这在制造中可以通过增加铁芯的截面积、选用高导磁材料或同时在铁芯中加入非磁性间隙等办法来改变磁路特性。改变磁路特性的大小不同，形成了不同等级的暂态型电流互感器。

目前暂态型电流互感器分为四个等级，分别用TPS、TPX、TPY、TPZ表示。各等级暂态型电流互感器具有如下特点：

1) TPS级为低漏磁电流互感器，铁芯中不设非磁性间隙，无剩磁通限值，制造工艺比较简单。

2) TPX级在铁芯中不设非磁性间隙，无剩磁通限值，误差限值较小，主要用于后备保护。

3) TPY级在铁芯中设置一定的非磁性间隙，其相对非磁性间隙长度(实际非磁性间隙长度与铁芯磁路长度之比值)约为0.05％。剩磁通不超过饱和磁通的10％。应用最为广泛。

4) TPZ级在铁芯中设置的非磁性间隙尺寸较大，一般相对非磁性间隙长度约为0.1％以上，无直流分量误差限值要求，剩磁实际上可以忽略。TPZ级准确级由于铁芯非磁性间隙大，铁芯磁化曲线线性度好，二次回路时间常数小，对交流分量的传变性能也好，但传变直流分量的能力极差。工频互感器测试仪

应用

目前220kV及以下电力系统保护用电流互感器，在大多数情况下选用普通保护级(P级)电流互感器，即能满足稳态也能满足暂态运行要求。在目前500kV线路保护中，一般选用TPY级暂态电流互感器。

电流互感器的额定容量

电流互感器的额定容量SN2：是指在二次额定电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量（最大负载值）。即：

可见，额定容量和额定阻抗只差一个系数，所以，厂家常提供电流互感器的二次额定阻抗。

电流互感器的接线形式

常用的电流互感器二次回路接线方式有单相接线、两相星形（或不完全星形）接线和三相星形（或全星形）接线。

单相式接线：只有一只电流互感器组成，接线简单。它可以用于小电流接地系统零序电流的测量，也可以用于三相对称电流中电流的测量或过负荷保护等。

电流互感器二次回路必须接地，其目的是为了防止当一、二次之间绝缘被破坏时，对二次设备与人身造成危害，所以一般宜在配电装置处经端子接地。

电流互感器的极性

在电流互感器的接线中，要特别注意其二次线圈的极性，特别是方向保护与差动保护等回路。当电流互感器二次极性错误时，将会造成计量、测量错误，方向继电器指向错误，差动保护中有差流等，造成保护装置的误动或拒动。

电流互感器的结构

与双绕组变压器相似，是由铁芯和一次、二次绕组两个主要部分构成。

0.5kV电流互感器的一次和二次绕组都套在同一铁芯上，是结构最简单的互感器。

不同的二次负荷对电流互感器有不同的精度要求。为了节省空间和成本，往往几个铁芯(没有磁联系，各自绕着相应的二次绕组)共享一个一次线圈，构成一台电流互感器。一般3～35kV电流互感器均有两个二次绕组；110kV电流互感器有3～5二次绕组；而220kV及以上则有4～7个二次绕组。

另外，为了适应不同一次负荷电流的要求，110kV及以上的电流互感器常常将一次绕组分成几组，通过改变一次绕组的串并联关系，即可方便地获得2～3个额定电流比。

1. 一般干式互感器：适用于户内、低电压；

2. 浇注式：广泛用于10~20kV；

3. 油浸式：35kV及以上户外式TA多为油浸式；

4. SF6气体绝缘TA：一种是与GIS配套用；一种是独立式电流互感器使用的注意事项

1．电流互感器的接线应保证正确性。一次绕组和被测电路串联，而二次绕组应和连接的所有测量仪表、继电保护装置或自动装置的电流线圈串联；同时要注意极性的正确性，一次绕组与二次绕组之间应为减极性关系，一次电流若从同名端（减极性标示法）流入，则二次电流应从同名端流出。工频互感器测试仪

2．电流互感器的二次绕组绝对不允许开路。为了防止二次绕组开路，规定在二次回路中不准装熔断器等开关电器。如果在运行中必须拆除测量仪表或继电器及其他工作时，应首先将二次绕组短路。   3．电流互感器的二次侧必须可靠接地这是为了防止一、二次绕组之间绝缘损坏或击穿时，一次高电压窜入二次回路，危及人身和设备安全。

电流互感器的选择

1．结构类型的确定

根据安装地点（户内或户外式）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式）选择其型式。

准确级的确定

电流互感器准确级的确定，取决于二次负荷的性质。0.2级用于实验室的精密测量，重要的发电机和变压器回路及500kV重要回路；二次负荷如果属一般电能计量，则电流互感器采用0.5级；功率表和电流表可配用1.0级的电流互感器。如果几个性质不同的测量仪表需要共用一台电流互感器时，则互感器的准确级按就高不就低的原则确定。

用于继电保护装置的电流互感器还应按10％误差曲线进行校验。

2．额定电压的选择

电流互感器的一次额定电压的选择主要是满足相应电网电压的要求，其绝缘水平能够承受电网电压长期运行，并承受可能出现的雷电过电压、操作过电压及异常运行方式下的电压。应满足下列条件：

UN ≥ UNS

3．一次额定电流的选择确定

一次额定电流应大于所在回路可能出现的最大负荷电流，并考虑适当的负荷增长，当最大负荷无法确定时，可以取与断路器、隔离开关等设备的额定电流一致。而且选取的电流互感器一次额定电流值应与国家标准GBl208-1997推荐的一次电流标准值相一致。

一次侧额定电流应尽可能比电路的正常工作电流大1/3左右。

4. 二次侧额定电流：

电流互感器的二次额定电流采用5A还是1A，主要决定于经济技术比较。在相同一次额定电流、相同额定输出容量的情况下：

电流互感器二次电流采用5A时，其体积小，价格便宜，但电缆及接入同样阻抗的二次设备时，二次负载将是1A额定电流时的25倍。

一般在220kV及以下电压等级变电所中，220kV回路数不多，而10～110kV 回路数较多，电缆长度较短时，电流互感器二次额定电流采用5A的；在330kV及以上电压等级变电所，220kV及以上回路数较多，电流回路电缆较长时，电流互感器二次额定电流采用1A的。工频互感器测试仪

5. 二次负荷的校验