电流互感器的选配和高电压小变比电流互感器结构校核

摘要：电流互感器变比的选择，既要满足保护测量的需要，也要满足计费精度的要求，尤其对于高电压小变比的电流互感器其结构等设计需作一些调整满足上述要求的同时，产品保持其稳定性。

关键词：电流互感器；变比；动热稳定

中图分类号：TM8文献标识码： A 文章编号：

在高电压变配电所里，根据负荷的情况电流互感器变比的选择大小不一，甚至同一互感器各绕组其准确等级和变比也可能不一。如准确等级中计费级采用0.2S级，测量级采用0.5级，保护级采用10P级。在不同准确等级下如何选择可靠的产品满足实际要求？是工程设计中的重要一环，在实际设计中这需要从以下几个方面进行考虑。

1.型式：电流互感器的型式根据环境和性能价格比，一般对于户内配电装置宜采用干式或气体式；对于户外配电装置宜采用油浸式或气体式；有条件时可采用套管式电流互感器。从目前的情况看，干式或气体式价格偏高。

2.一次回路电压：Ug≤Un ，Ug为电流互感器安装处一次回路工作电压，Un为电流互感器额定电压。

3.一次回路电流：Igmax≤I1n ，Igmax为电流互感器安装处一次回路最大工作电流，I1n为电流互感器原边额定电流。当电流互感器使用地点环境温度不等于+40℃时，应对I1n进行修正。高于+40℃（但不高于+60℃）时，环境温度每增高1℃，建议减少额定电流I1n的1.8%;低于+40℃时，环境温度每降低1℃，建议增加额定电流I1n的0.5%但其最大过负荷不得超过20% I1n。

4.二次负荷S2：S2≤Sn由于电流互感器二次额定电流I2n以标准化（5A或1A），电流互感器的额定容量Sn制造厂常用额定负荷阻抗（Zn）的形式给出，并以欧姆值表示。即Sn=I22n·Zn(VA) 同样S2= I22n·Z2 所以，电流互感器的二次负荷也主要决定于外接阻抗Z2,若不计负荷电抗值时，则Z2≈∑r1+r2+r3(Ω)式中∑r1-----接入电路的仪表串联线圈总电阻(Ω)；r2-------接触电阻，一般取0.1Ω；r3-------连接导线的电阻(Ω)。在电流互感器二次回路接入仪表确定后，上式中仅有r3是可变的，为了使电流互感器的负荷S2（或Z2）在所要求的准确等级下，不超过其额定容量Sn（或Zn）,则r3应满足如下条件

若导线的长度和电流互感器接线方式已定，则连接导线的截面则为：

式中S-----导线的截面（铜导体：计费回路要求6 mm2 ，且用屏蔽电缆；其它回路不小于2.5mm2)。

ρ---导线原材料的电阻率（Ω·mm2 / m）,在网络计算时，ρ值通常使用修正后的电阻率，铜为18.8，铝为31.7。

L--连接导线的计算长度，L=K·l (m)。

l--电流互感器安装地点到仪表之间实际的路径长度(m)。

K--接线系数：单相接线K=2，三相星形接线K=1，两相星形接线K=√3。

5.动、热稳定要求：

对于高电压小变比的电流互感器，应当满足在外部短路时对其所产生的冲击，而不致于破坏其产品的稳定性。因此，从材料选择上和结构的设计上与普通的电流互感器相比必须作更多的改进。

6．实例：

外福线福州混合牵引变电所两台110kV动力变压器，容量为2X4000kVA，一次额定电流较小，应当地供电局要求110kV电流互感器采用较小的变比，且要求测量精度高。其主要参数如下：

额定一次电流：2X(20/50/50/50)A,准确级次：0.2S/0.5/0.5/10P,额定输出：40/50/50/50VA,热稳定电流：大于10kA（并联）,热稳定电流：大于25kA（并联）

目前国内同类产品最小额定一次电流只有2X50/5A，精确等级0.2级。难以满足上述要求。特别是0.2S级的2X20/5A这个绕组。

(1)计量线圈的设计

电流互感器的测量精度取决于安匝数和线圈铁芯截面的大小，增加其安匝数或增大铁芯的截面积，能有效地提高测量精度。由于要求的一次额定电流较小，首先必须适当增加一次绕组的匝数，提高一次安匝数，但过多地增加一次匝数，反而会降低产品的动、热稳定性能，最终取安匝数400AN，然后通过采用具有高初始导磁率，低饱和密度的微晶合金作为二次线圈的导磁材料，经过计算机误差计算比较，最终确定铁芯尺寸为ψ175/ψ175X45mm，从产品的出厂试验报告来看，完全满足设计要求。

(2)动、热稳定计算

电流互感器一次绕组通过系统短路电流时，将产生很大的电动力，对一次导线形状为“U”字型的110kV电流互感器，其电动力为：F=fc(环部电动力)+f(直线部电动力)

其中IN ——一次安匝数

R ――环部内园半径

r ――一次绕组线截面半径

a ――两直线部中心距

L ――两直线部长

可见如果仅靠提高安匝数来达到提高精度，势必带来较大的电动力；为了保证要求的动稳定电流，在确定电流互感器一次绕组支持零部件强度的同时，还应考虑一次导体本身的强度，以及热稳定性能，最终选择截面为3X6的纸包扁铜线双根并绕作为一次导线。

按照在热稳定电流下，铜导体的最大电流密度不大于160A/mm2，在额定一次电流下，最大电流密度不大于1.6A/ mm2的设计原则，导线的有效截面积为：

S=2x3x6x0.97mm2

并联状态下最大电流密度为 ：

额定一次电流下（以50A为例），最大电流密度为：

由上式可见，按照多年来的运行经验和理论计算，一次绕组的导线截面完全能满足热稳定的要求。

（3）绝缘结构

110kV及以上电压等级的电流互感器都采用电容型绝缘结构，通过一组电容屏串联来达到分压的目的。其端部场强和径向场强都控制在不大于5KV/mm，本设计方案的一次绕组与2X50/5相比，导线截面未减，匝数却增加较多，这增大了电容屏的径向直径，使原有的扁铜线的绝缘结构不能满足现在的要求，为此在一次绕组成形之后，我们采用填充的要求，使电容屏的芯径达到大电流比2X600/5的电容屏绝缘结构，避免了调整带来的负面影响，保证了产品的运行可靠性。

结论：本产品共6台，通过三年的运行，经受了多次短路的冲击，质量稳定，计费精度满足要求，符合设计要求，较好地为用户解决了这一难题。