关于电流互感器10%误差曲线的应用

保护用电流互感器用在系统发生短路或其他电气故障时，输出的电流能够启动保护装置动作和继电器一起切断故障电路，而该电流须是电气设备正常工作电流的几倍到几十倍。电流互感器一次线圈与电力系统相串联二次近于短路，阻抗很小，输出能力有限。它在交流操作中作为电源加大电源势必影响其主要质量指标—电流互感器的准确性。因此为了保证继电器正确动作及时切除故障，在交流操作设计中必须解决由于电流互感器的比差和角差误差带来的各种装置工作条件问题：在保护装置中特别是速断保护动作时电流互感器在10%误差下要求满足饱和系数。保护装置动作后，由电流互感器供给掉闸线圈的电流，要满足输出力，且最大二次电流与回路中串联元件主触点容量匹配。

1 电流互感器误差的产生原因和采取的措施

1.1 产生误差的原因

电流互感器正常运行时磁势互相平衡，一次侧电流和二次负载增加都会使电流互感器产生的感应电动势增加，由此看出电流互感器误差主要是激磁电流造成的。在一次电流大大增加时，迫主磁通和激磁电流增加而使其误差增大，在相同的一次电流情况下，增大二次负载时，使互感器感应电动势增大而使主磁通增加，而当线路发生短路或发生操作过电压时，电流互感器铁心中亦将产生高额剩磁，使激磁电流增加而导致其误差增大，且二次负载的功率因数越低误差就越大。

因此，为改善电流互感器的误差可采取如下措施：

1.2 改善电流互感器误差采取的措施

a） 降低一次电流计算值，从而可相对提高互感器变比;

b） 设法降低电流互感器二次负载和改善二次负载功率因数;

c） 铁心退磁处理，一般可采用大负载退磁法或强磁场退磁法。（a）大负载退磁法。是在被退磁的电流互感器二次线圈上接以相当于额定负载10倍～20倍的可变电阻，在一次线圈通以工频电流，由0值逐渐上升到额定值的1.2倍，然后再逐渐下降到0值，时间不少于10 s，在此同时，二次线圈所接可变电阻降到0值或短路，如此往复2次～3次;（b）强磁场退磁法。是在被退磁铁心的二次线圈上通以工频电流，使之由0 A增加到约二次侧线圈的额定电流的一半，然后均匀回降到0 A，时间不少于10 s，在未切断电源之前，将二次线圈短接为防止电流过负荷，应先在电路中接入限流电阻，如此往复2次～3次并使每次所通入得电流按1/2I2N、1 /5I2N、1/10I2N（I2N为二次线圈的额定电流，A）递减。被退磁的电流互感器一次线圈为开路，不退磁的二次线圈均应接成短路。

退磁用的可变电源必须是感应调压型，所用可变电阻可以是滑动接触型，但在中不得出现不良产生火花现象。

2 电流互感器的饱和倍数和最大副电流倍数

当电流互感器的一次侧电流成倍增长时激磁电流I0急骤增加，铁心将趋于饱和，从而导致比值误差f（互感器的实际二次电流乘以额定变比与一次实际电流的差，对一次实际电流的百分比）迅速增加，当一次电流倍数增加到m倍时，f达到-10%，则一次电流倍数m，就叫10%倍数。二次侧接额定负载时的10%倍数，叫额定10%倍数。电流互感器的饱和倍数，是指电流互感器在一定二次负载和一定实际误差的规定条件下的最大一次额定电流倍数。通常所提供的是在10% 误差条件下，D级铁心电流互感器角误差在7°以下时，不同负载与一次额定电流倍数的特性曲线。当保护装置与操作电源共用一电流互感器时常常采用分短掉闸方式。此时在保护装置正确动作后，电流互感器误差允许超过10%，只须保证可靠的掉闸即可。因而在计算条件下常需要10%及以上误差的倍数特性曲线。

3 电流互感器10%误差曲线的应用

从电流互感器的10%误差曲线可以看出，随着10%倍数的增加二次负载允许值越来越小。有时为了运行和安装的需要，安装时利用励磁特性曲线试验进行 10%误差校核。测出一次绕组开路，二次绕组输入交流电流时，各电流值二次绕组相对应的端电压值画出的励磁特性曲线进行10%误差曲线校核。

3.1 电流互感器的短路动作电流选取

在短路故障下保护装置动作时，电流互感器的最大二次电流倍数对检验二次回路元件工作的稳定性和能否分断短接掉闸线圈是很重要的。一般的继电保护装置，可按最大整定动作电流校核选取：即电流互感器的二次负载不大于以动作电流与互感器额定电流的倍数在10%误差曲线上查得的对应允许值。按最大整定电流校核后二次电流绝对值必定大于二次整定动作电流，一定能使保护装置正确动作，所以不需校核10%误差曲线。

最大二次电流倍数：

m2max=I2max/I2N，（1）

式（1）中，m2max为最大二次电流倍数;I2max为二次侧最大电流，A;I2N为二次侧额定电流，A。

3.2 10%误差饱和倍数的验算

a） 计算保护装置最大整定值下的电流互感器一次电流倍数：

m1ˊ=1.1Iarmax/I2Nkd，（2）

式（2）中，m1ˊ为保护装置最大整定值下的电流互感器一次电流倍数;Iarmax为保护装置动作电流最大整定值（一般取速断保护整定值），A;IN2为电流互感器二次额定电流，5 A;kd为继电器通过电流的分配系数;

kd=iR/iφ，（3）

式（3）中，iR为负载正常工作电流，A;iφ为正常时相电流，A;

b） 计算电流互感器在m1ˊ下的最大负载ZL。选取接入元件最多的一相计算;计算通过Iarmax时各串联元件的阻抗，查各使用元件的特性曲线：

ZR=f（IR），（4）

式（4）中，ZR为元件阻抗，Ω;IR为元件通过的电流，A。

计算电流互感器在上述计算条件下的负载阻抗：

ZL=kd（ZR1+ZR2+…）+ZC=kdZR∑+ZC，（5）

式（5）中，ZL为电流互感器在上述计算条件下的负载阻抗，Ω;ZR1、ZR2为元件1、2的阻抗，Ω;ZC为电路中容性元件的容抗，Ω;ZR∑为各元件阻抗和，Ω。

c） 查采用电流互感器的10%误差曲线，求出对应ZL的10%倍数大于m1ˊ，则可认为合格。

3.3 电流互感器负载的校核

若每个电流互感器所承担的负载阻抗为ZL，二次电流为Iφ，与其它电流互感器组成不同的接线方式后，流经阻抗为ZR的继电器电流为IR。根据电压平衡方程式得每个电流互感器负载特性通式为：

ZLIφ=ZRIR。（6）

实际应用电流互感器10%误差曲线校核电流互感器的二次负载允许值：402盘区变电所变压器差动保护10 kV侧，采用LA1—10—400/5型电流互感器，二次侧接为Y形连接，10%误差曲线如图1。

变压器10 kV侧最大短路电流是2875 A。计算故障电流对额定电流的10%倍数M=1.5×2875/400=10.8（1.5为非周期系数）。查图1 10%误差曲线图得10.8倍10%倍数对应的二次负载允许值为0.98 Ω。而该电流互感器二次负载是0.82Ω﹤0.98Ω，所以利用10%误差曲线校核后该电流互感器二次负载满足要求。

3.4 电流互感器不满足10%误差要求时采取的措施

a） 为了提高代负荷能力，在被保护电路中选用二次绕阻伏安特性较高的电流互感器;

b） 改用变比较高的电流互感器，或选用额定电流小的电流互感器，以减小当电流误差达到-10%时的电流10%倍数;

c） 将相同级别的电流互感器二次绕组串联，使负荷能力成倍提高;

d） 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;

e） 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;

f） 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

4 结语

以上对电流互感器误差和10%误差曲线应用的分析探讨，能使电流互感器在满足10%误差曲线各种情况下，当电力系统发生过载、短路、绝缘、漏电、接地等各种故障时，电流互感器输出的电流能保证自动保护装置的感受元件和执行元件准确动作，及时根据电力系统故障情况迅速切断故障设备。电流互感器在电力系统中起到变流和电气隔离作用，对保护电力系统的安全，保护设备最少损失和保证人身安全等方面，有着极其重要的意义。
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