简述电流互感器的设计

简述电流互感器的设计

邢思峰

关键词：电流互感器；设计；试验；户内；户外

第一章内容

1.1.1电流互感器原理

电流互感器是一种专门用作变换电流的特种变压器。互感器的一次绕组串联在电力线路中，线路电流就是互感器的一次电流，互感器的二次绕组外部回路接有测量仪器、仪表或继电保护、自动控制装置。电力线路中的电流各不相同，通过电流互感器一、二次绕组匝数的配置，可以将不同的线路电流变成较小的标准电流值，一般是5A或1A，这样可以减小仪表和继电保护、控制装置传递信息。

1.1.2电流互感器的分类

1．按用途分

（1）测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）。在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息。

（2）保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

2．按绝缘介质分

（1）干式电流互感器。由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘。

（2）浇注式电流互感器。用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器。

（3）油浸式电流互感器。由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。目前我国在各种电压等级均为常用。

（4）气体绝缘电流互感器。主绝缘由SF6气体构成。

3．按电流变换原理分

（1）电磁式电流互感器。根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。

（2）光电式电流互感器。通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器，目前还在研制中。

4．按安装方式分

（1）贯穿式电流互感器。用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。

（2）支柱式电流互感器。安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。

（3）套管式电流互感器。没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。

（4）母线式电流互感器。没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。

5．按一次绕组匝数分

（1）单匝式电流互感器。大电流互感器常用单匝式。

（2）多匝式电流互感器。中、小电流互感器常用多匝式。

6．按二次绕组所在位置分

（1）正立式。二次绕组在产品下部，是国内常用结构型式。

（2）倒立式。二次绕组在产品头部，是近年来比较新型的结构型式。

7．按电流比变换分

（1）单电流比电流互感器。即一、二次绕组匝数固定，电流比不能改变，只能实现一种电流比变换的互感器。

（2）多电流比电流互感器。即一次绕组或二次绕组匝数可改变，电流比可以改变，可实现不同电流比变换。

（3）多个铁芯电流互感器。这种互感器有多个各自具有铁芯的二次绕组，以满足不同精度的测量和多种不同的继电保护装置的需要。为了满足某些装置的要求，其中某些二次绕组具有多个抽头。

8．按保护用电流互感器技术性能分

（1）稳定特性型。保证电流在稳态时的误差，如P、PR、RX级等。

（2）暂态特性型。保证电流在暂态时的误差，如IPX、TPY、TPZ、TPS级等。

1.1.3电流互感器的基本术语和端子标志

1.电流互感器的基本术语

额定电流——是作为互感器性能基准的电流值，对一次绕组而言，就是额定一次电流。对二次绕组而言，就是额定二次电流。

额定电流比和实际电流比——额定一次电流与额定二次电流之比称为额定电流比。实际一次电流与实际二次电流之比称为实际电流比。

负荷——二次回路阻抗，用欧姆和功率因数表示。

额定负荷——确定互感器准确级所依据的负荷值。

额定输出——在额定二次电流及接有额定负荷的条件下，互感器所供给二次回路的视在功率值。（2-4）

准确级——对互感器所给定的等级。在规定的使用条件下互感器的误差应在规定的限值内。

1.1.4电流互感器的稳态误差

1．误差定义

电流误差（比值差）——互感器在测量电流时所出现的数值误差。

相位差——一次电流与二次电流相量的相位差。

复合误差——当一次电流与二次电流的正符号与端子标志的一致时，在稳态下，下列两者之差的方均根值；

1.1.5误差补偿方法

从电流互感器的原理得知，未采取任何补偿措施的电流互感器的电流误差是负值。采取补偿措施可以使电流误差向正方向变化，如果补偿得当就可以减小电流误差。采取适当的补偿措施也可使相位差减小。

1．匝数补偿

（1）整数匝补偿，

（2）分数匝补偿

1.1.6电流互感器的开路电压

电流互感器的二次回路必须接有负荷或直接短路，如果二次开路当一次绕组流过电流时，在二次绕组中的感应电势峰值很高，通常也说开路电压很高，

第二章电流互感器的设计

2.1.1．铁芯设计

包括测量级铁芯、保护级铁芯及铁芯尺寸计算

2.1.2.绕组设计

绕组设计的步骤一般是：

a.确定绕组额定匝数

b.已知一次绕组匝数后，根据额定连续热电流和额定短时热电流要求选择一次导体截面和规格。已知一次绕组匝数后，先根据误差和温升要求选择二次导线截面和规格。

c.按结构要求确定绕组结构型式

d.计算一次绕组绝缘

e.设计二次绕组

（1）一次绕组导线设计

短时热电流密度，对于铜线不超过160A/mm2，对于铝线不超过90A/mm2；长期连续热电流密度，铜线一般取0.8～1.2A/mm2，铝0.6～0.7A/mm2。

（2）二次绕组导线选择

二次绕组导线计算截面为，A

2.1.3．外绝缘瓷套管设计

包括瓷套高度、瓷套内径、伞裙选择、外绝缘湿闪电压、外绝缘爬电距离、瓷套机械强度以及主绝缘设计。主绝缘是指一次绕组对地的绝缘，有环氧树脂浇注绝缘，油浸式链型绝缘，油纸电容型绝缘。

2.1.4．误差计算

（1）．误差计算点

对于测量用电流互感器或保护用互感器，要分别选择误差计算点计算电流误差和相位差。

（2）．电流误差和相位差计算

（3）列出一次绕组的基本参数。

（4）分别列出额定二次负荷和最小二次负荷下的、、的值。

（5）计算各种情况下二次回路的总电阻、总电抗、总阻抗、阻抗角。

（6）列出计算点的额定一次电流百分数，按测量级和保护级互感器的不同要求列出。

（7）计算与额定一次电流百分数相对应的二次电流。

（8）计算对应的二次绕组感应电势。

（9）计算不同值的铁芯磁通密度。

（10）根据磁通密度，由铁芯磁化曲线查出单位长度的励磁磁密，据此查出铁芯的损耗角。

（11）计算励磁势。

（12）计算电流误差及相位差。

电流误差

相位差

（13）电流误差的补偿值：采用减匝补偿时，补偿值。

（14）计算补偿后的电流误差

（15）复合误差计算

2.1.6．励磁性能计算

2.1，7．动热稳定计算

包括动稳定计算与热稳定计算。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB1208-2006.中国标准书号［S］．北京：中国标准出版社，2007.

[2]10kVA/120kV无局放放电高压设备使用说明书．扬州市新亚高电压测试设备厂.

[3]电流、电压互感器误差试验装置使用说明书．中国江苏，靖江市志诚计量仪器有限公司.

[4]西高互感器选型手册．西安西高互感器制造有限公司.

作者简介：

邢思峰，男，1960年1月出生，国网安徽省电力公司亳州供电公司，236800。