低壓配電系統(tǒng)電流互感器的選型方案
更新時間：2015-01-04
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霍麗麗
1中煤工程集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院,沈陽110000
2霍麗麗安科瑞電氣股份有限公司，上海嘉定214405；
摘要：分析低壓電流互感器的原理，介紹了準(zhǔn)確級和準(zhǔn)確級限值的概念，同時并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實例分析。低壓電流互感器在低壓測量、計量、繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測、接地保護(hù)等方面的選用。
關(guān)鍵詞低壓配電系統(tǒng)低壓電流互感器工作原理準(zhǔn)確級準(zhǔn)確級限值選型
1.引言
隨著我國電力工業(yè)中城網(wǎng)及農(nóng)網(wǎng)的改造，以及低壓配電系統(tǒng)的自動化程度不斷提高，電流互感器作為低壓配電系統(tǒng)中的一種重要電氣元件，已被廣泛地應(yīng)用于測量、計量、繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測、接地保護(hù)和各種電力系統(tǒng)分析之中。
2.低壓電流互感器工作原理
低壓電流互感器的工作原理如圖1所示，電流互感器的一次繞組串聯(lián)在被測線路中，I1為線路電流即電流互感器的一次電流，N1為電流互感器的一次匝數(shù)，I2電流互感器二次電流（通常為、1A），N2為電流互感器的二次匝數(shù)，Z2e為二次回路設(shè)備及連接導(dǎo)線阻抗。當(dāng)一次電流從電流互感器P1端流進(jìn)，P2端出，在二次Z2e接通的情況下，由電磁感應(yīng)原理，電流互感器二次繞組有電流I2從S1流過，經(jīng)Z2e至S2，形成閉合回路。由此可得電流在理想狀態(tài)下I1×N1=I2×N2，所以有I1/I2=N1/N2=K，K為電流互感器的變比。
圖1
3.低壓電流互感器的選型
3.1測量用電流互感器
3.1.1測量用電流互感器是為指示儀表、積分儀表和其他類似電器提供電流的電流互感器。
測量用電流互感器廣泛用于對低壓配電系統(tǒng)電流的測量，主要準(zhǔn)確（對電流互感器給定的等級）級有：0.2、0.5、1、3、5等，目前應(yīng)用比較廣泛的測量用互感器主要為母線式電流互感器，安裝方便，而且其型號、規(guī)格繁多，可根據(jù)不同規(guī)格的母排或線纜選用合理的電流互感器，表1以江蘇安科瑞AKH-0.66型電流互感器，分析測量用電流互感器的運(yùn)用及特點(diǎn)。
表1AKH-0.66測量用電流互感器技術(shù)參數(shù)表
電流互感器型號輸入、輸出主要特點(diǎn)
AKH-0.66/I型輸入：5-3000A
輸出：0-（0-1A）適用用于多（單）根電纜或單根母排穿越，適用面廣
AKH-0.66/II型輸入：150-6300A
輸出：0-（0-1A）適用用于多根母排或多根電纜穿越，適用面廣，二次接線端與母排安裝水平面平行。
AKH-0.66/III型輸入：250-6300A
輸出：0-（0-1A）具備II型特點(diǎn)，精度高，容量大，適用于相間距離小的場合，二次接線端與母排安裝水平面垂直。
AKH-0.66/M8型輸入：5-150A
輸出：0-（0-1A）適用于小電流空間場所，為接線式電流互感器。
AKH-0.66/K型輸入：100-6300A
輸出：0-（0-1A）用于項目改造，無須拆一次母線，安裝方便，為用戶節(jié)省人力、財力，提高改造效率。
AKH-0.66/S型輸入：5-6300A
輸出兩組：一組0-（0-1A），
另一組AC0-20mA雙路輸出，一路用于電流的測量，另一路用于遠(yuǎn)傳，用于系統(tǒng)監(jiān)測，與遙測單元配合使用，為用戶節(jié)約成本。
AKH-0.66/SM型輸入：5-6300A
輸出兩組：
一組0-（0-1A），
另一組DC4-20mA雙路輸出，一路用于電流的測量，另一路用于遠(yuǎn)傳，用于系統(tǒng)監(jiān)測，與自控儀表如PLC配合使用，為用戶節(jié)約成本，輔助電源DC24V由PLC供電。
3.1.2測量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實例
測量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中二次輸出和1A的選擇，是一些電氣工程師經(jīng)常遇到的問題。
2009年12月山東聊城某化工廠，各生產(chǎn)車間環(huán)境多為爆炸性環(huán)境，各車間電氣控制室不安裝在車間內(nèi)，而是安裝在離各車間較遠(yuǎn)的公共電氣控制室，來實現(xiàn)對系統(tǒng)電流信息的集中采集，現(xiàn)場電流互感器與控制室之間距離大約200米，有的甚至300米，二次傳輸導(dǎo)線為2.5平方毫米，使用的電流互感器有AKH-0.66/30I200/0.5級5VA穿心1匝等許多規(guī)格，使用的電流表為CL72-AI，該項目比較大，該項目在將完工，部分工程試運(yùn)行時，發(fā)現(xiàn)所有電流表顯示與現(xiàn)場電流*不準(zhǔn)確。
經(jīng)分析，電流互感器額定容量就是電流互感器額定二次電流I2e，通過二次回路額定負(fù)載Z2e時所消耗的視在功率S2e，即，S2e=I2e?Z2e；因數(shù)顯表消耗的視在功率只有0.05VA，很小，所以我們可以不考慮，Z2e=ρ.2L/S=0.0176Ω.mm?/m×2×200m/2.5=2.82Ω，S2e=I2e?Z2e=?×2.82Ω=70.5VA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流互感器的額定容量5VA，所以此時應(yīng)該選擇200/1A的電流互感器，2010年2月份該項目更換了所有的比電流互感器，同時由于電流表為數(shù)顯表，變比可以重新設(shè)定為200/1，使整個系統(tǒng)恢復(fù)正常。
從本實例可以得出電流互感器接數(shù)顯電流表時，傳輸距離對比如表2
表2傳輸距離對比
二次導(dǎo)線截面積（mm?）額定二次電流（A）互感器容量（VA）單程傳輸距離（m）
1.552.54.2
1106
2.55514.2
1355
451045
11136
0.20.020.22840
3.2計量用電流互感器
3.2.1計量用電流互感器就是與計費(fèi)電能表和計量裝置配合使用的電流互感器。主要準(zhǔn)確級有：0.2、0.5S、0.2S。
3.2.2計量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實例
計量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中，準(zhǔn)確級0.2級、0.2S級區(qū)分是用戶經(jīng)常碰到的問題，以及錯誤接線（極性接反）對計量的影響。
3.2.2.1準(zhǔn)確級0.2級、0.2S級區(qū)別見表3
表3和相位差限值
準(zhǔn)確級在下列額定電流（%）下的
電流（±%）在下列額定電流（%）下的相位差
±（′）±crad
152010012015201001201520100120
0.2
0.750.350.20.2
30151010
0.90.450.30.3
0.2S0.750.350.20.20.230151010100.90.450.30.30.3
3.2.2.2計量用電流互感器的錯誤接線（極性接反）對計量的影響
（1）計量接線方式三相三線
正確接線時的有功功率為：P=Pa+Pc=UabIa.cos(30°+φa)+Ucb.Ic.cos(30°-φc);
三相電路平衡時，Uab=Ucb=√3U，Ia=Ic=√3I，即，P=3UIcosφ
假如A相電流互感器極性接反，祥見圖2
圖2
這樣我們可以得出：公用線的電流Io是相電流的√3倍；
電能表一的電流滯后電壓的角度為：30°+φa+180°=210°+φa；
電能表二電流滯后電壓的角度為：30°-φc；
所以錯誤接線時的有功功率為：
P?=Pa?+Pc?=Uab.Ia.cos(210°+φa)+Ucb.Ic.cos(30°-φc)=UIsinφ;
若功率因數(shù)cosφ=0.9，則當(dāng)A相計量互感器極性接反，漏計電能為實際計量電能的：
P/P?-1=3UIcosφ/UIsinφ-1=3×0.9/0.4359-1=5.19倍;
(2)計量接線方式三相四線
正確接線時的有功功率為：P=Pa+Pb+Pc=UaIa.cosφa+Ub.Ib.cosφb+Uc.Ic.cosφc;
三相電路平衡時，Ua=Ub=Uc=U，Ia=Ib=Ic=I，即，P=3UIcosφ
假如A相電流互感器極性接反，祥見圖3
圖3
這樣我們可以得出：公用線的電流Io是相電流的2倍,A相電流為-Ia；
所以錯誤接線時的有功功率為：
P?=Pa+Pb+Pc=-UaIa.cosφa+Ub.Ib.cosφb+Uc.Ic.cosφc=UIcosφ;
則當(dāng)A相計量互感器極性接反，漏計電能為實際計量電能的：
P/P?-1=3UIcosφ/UIcosφ-1=2倍;
3.3.保護(hù)用電流互感器
3.3.1保護(hù)用電流互感器就是為保護(hù)用繼電器提供電流的電流互感器器，與電流繼電器等類似電器配套使用，主要用于低壓配電系統(tǒng)電流過載保護(hù)和短路保護(hù)。主要準(zhǔn)確級有：5P、10P，5、10表示復(fù)合5%、10%，準(zhǔn)確限值系數(shù)又叫限值系數(shù)，它是額定準(zhǔn)確限值一次電流（此時符合不超過5%、10%）與額定一次電流的比值，準(zhǔn)確限值系數(shù)有，5、10、15、20，
3.3.2保護(hù)用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實例
保護(hù)電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中，準(zhǔn)確級以及準(zhǔn)確限值系數(shù)的選擇是用戶經(jīng)常碰到的問題。
2003年河北某工廠，由于新廠房擴(kuò)建，在新廠房1500米附近安裝了一臺250KVA（10/0.4kV）配變，與主變距離2500米，因負(fù)荷較小（額定電流80A），當(dāng)時為了考慮計量準(zhǔn)確，使互感器額定一次電流與zui大負(fù)荷電流相接近，將電流互感器比選擇100/，同時保護(hù)用電流互感器選擇100/，10P10。在施工下水道時，將電纜挖斷，造成工廠附近大面積停電。
經(jīng)電網(wǎng)參數(shù)計算得：主變短路電抗為X1=0.07Ω，配變短路電抗為X2=0.5Ω，短路點(diǎn)前短路電抗為X3=0.4Ω，計算電抗X*∑=X1+X2+X3=0.97。相短路時TA流經(jīng)次暫態(tài)短路電流周期分量有效值為：I"=1/X*∑×5.5=5.67（kA），此時短路電流是額定電流的56.7倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于準(zhǔn)確限值系數(shù)10，同時復(fù)合超過10%時，影響繼電器動作，應(yīng)該選擇500/10P15。
3.4.剩余電流互感器
3.4.1在低壓配電系統(tǒng)中接地保護(hù)主要有：零序保護(hù)（中、高壓均可以使用）和剩余電流保護(hù)（也稱漏電電流保護(hù)），兩者基本工作原理相同都是基于基爾霍夫電流定律，但是使用場合根據(jù)系統(tǒng)接地方式的不同而不同。剩余電流互感器主要與繼電器配合使用，也常常與電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)配套使用，靈敏度高。
3.4.2剩余用電流互感器與零序電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的區(qū)別，祥見（表4），以及剩余電流互感在接地系統(tǒng)方式不同時的應(yīng)用，祥見表（5）。
表4剩余電流互感器與零序電流互感器的區(qū)別
接地故障保護(hù)方式接線方式靈敏度適用接地系統(tǒng)備注
剩余電流保護(hù)A、B、C三相導(dǎo)線與N線
一起穿過一個剩余C.T，高TT、TN-S、
TN-C-S、IT
零序電流保護(hù)A、B、C三相導(dǎo)線一起穿過一零序C.T，低壓也可在中性線N上安裝一個零序C.T較高TN-S、TN-C、
TN-C-S、IT
表5接線方式剩余電流互感器在接地系統(tǒng)方式不同時的應(yīng)用
系統(tǒng)系統(tǒng)接線
TT系統(tǒng)
TN-S系統(tǒng)
TN-C系統(tǒng)
TN-C-S系統(tǒng)
IT系統(tǒng)
3.5電流互感器使用過程中的注意事項
3.5.1電流互感器在接線時，同名端必須要保持一致，即P1、S1；P2、S2。
3.5.2電流互感器在正常運(yùn)行時，二次不得開路，防止二次開路產(chǎn)生高電壓，影響人身和設(shè)備安全。
4.結(jié)束語
本文對低壓配電系統(tǒng)中的不同類型電流互感器進(jìn)行了簡單概述，*給電力系統(tǒng)各位專家和電氣工程師們參考，有利于不同類型低壓電流互感器在低壓智能配電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司.電量傳感器選型手冊,200903版.
[2]任致遠(yuǎn)，周中.電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南,中國電力出版社，2007.
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