电流互感器的接线与误差分析

[摘 要]介绍了常规电磁式电流互感器的工作原理、接线方式与产生误差原因，并结合现场电流互感器接线形式进行分析，特别是带有不同变比抽头的绕组，指出了错误接线中可能存在问题和产生后果。

[关键词]电流互感器 接线形式 误差分析

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0343-02

0、引言

电力互感器就是一种变换器，它可以按比例地变换一次侧的高电压与大电流，而且能有效地隔阻两个回路的电气连接。它不仅时刻监视着电网的运行，还能给调度提供电网潮流信息，便于电力负荷控制，防止事故扩大，保证电网安全运行。根据互感器使用用途分为继电保护控制、一般测量和电能计量三种。保护互感器主要反映系统故障时的电流、电压情况，便于保护计算判别保护范围；计量和测量互感器主要用于反映系统正常运行时电流和电压情况，便于值班人员观测和计费，因此保护、计量和测量对互感器准确度的要求也不同。例如保护用电流互感器在额定电流下允许误差可达10%，计量用电流互感器在额定电流下允许误差为0.2%。

1、电流互感器的结构

高压电流互感器一般制成多个副绕组接线型式，分别用于测量仪表和继电器，满足测量仪表和继电保护的不同要求，它们通常由多个没有磁联系的独立铁芯和二次绕组构成。对于110kV及以上的高压电流互感器通常将一次绕组分成一匝和两匝两种，通过连接切换来改变绕组的串、并联，以获得不同的电流互感器变比。也有通过电流互感器二次绕组的中间抽头，以提供不同电流互感器变比。供测量用的电流互感器铁芯在一次侧短路时极易饱和，以限制二次侧电流的快速增长；而供保护用的电流互感器铁芯不易饱和，确保能够正确传变一次短路电流。

2、电流互感器准确级分类

互感器根据测量时误差大小而划分不同准确级。准确级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大误差。目前使用的电流互感器级别有TPY级、PR级、P级、3级、0.5级、0.2级、0.5S级、0.2S级等，电压互感器级别有3P级、0.5级、0.2级等。计量与测量主要用0.5级、0.2级、0.5S级、0.2S级电流互感器和0.2级电压互感器，保护多采用TPY级、PR级、P级、3级电流互感器和3P级、0.5级电压互感器。

3、电流互感器传变的工作原理

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。电流互感器一、二次电流之比称为电流互感器的额定互感比，即电流互感器的额定变比。

式中----一次线圈的额定电流，A； ----二次线圈的额定电流，5A或1A。

4、电流互感器的误差分析

当一次电流通过电流互感器的一次绕组时，必须消耗一小部分电流用来励磁，这样二次绕组才能产生感应电势和二次电流输出。由于励磁电流的存在，所以折算后的二次电流不完全等效于一次电流。电流互感器的二次负载大小也会对误差产生影响。

1）电流误差为二次电流的测量值乘以额定互感比后与实际一次电流之差，以百分数表示即

式中 Ki---- 电流互感器变比； I1---- 一次侧电流； I2---- 二次侧电流。

2）相位差为旋转180°的二次电流相量与一次电流相量之间的夹角，并规定超前于时，相位差为正值；反之为负值。

3）电流互感器合成误差是电流互感器二次侧实际功率乘以倍率与一次侧实际功率之差对一次侧实际负荷的百分比。可以用公式表达为： Eh = （P2KiKu-P1）/P1 × 100%

式中 Eh----电流互感器合成误差

P1---- 一次侧功率实际值； P2---- 二次侧功率实际值

Ki---- 电流互感器额定变比； Ku---- 电压互感器额定变比

影响电流互感器误差的因素是多方面的，实际上随着电流增大时，铁芯的磁密增大，磁导率也随着增大。对于未经补偿的电流互感器来说，在正常运行范围内，其误差的绝对值随着一次电流的增大而减小。电流互感器的二次负载也对误差产生影响，当二次负荷阻抗角增大时，比差绝对值增大，角差绝对值减小。

5、关于带中间抽头电流互感器的应用

针对带中间抽头的电流互感器绕组，以200/400/600A/5A LZZBJ4-35 真空断路器用带中间抽头电流互感器为例来说明。如图一所示，P1，P2（P1为一次极性端）为一次线圈端子标志，二次线圈1S1为极性端，并有1S2，1S3，1S4 三个抽头，使用不同的抽头时，互感器的电流比也不同。如果使用1S1，1S2这一组互感器的电流比是200/5A，1S2和1S3及1S4这三个端子之间应该断开，而不能短接，如图二所示。使用1S1，1S3这一组互感器的电流比为400/5A，使用1S1，1S4这一组互感器的电流比为600/5A。

1）、如果将1S1与1S2接入测量回路，而1S2与1S3、1S4 这几个端子短接起来情况怎样。

如图三接线所示，1S2、1S3、1S4 这几个端子短接起来，那就会在这几个端子之间的线匝中产生短路电流。根据电流互感器接线原理可知，短路线匝内电流在磁路中产生反安匝，这就导致铁芯损耗角增大，而磁导率却下降减小。也就是部分二次电流从短路匝中分流，并没有通过二次测量回路，这样使得实际通过二次测量负荷电流减小了。若将不使用的二次端子抽头短接，将会导致互感器比值误差增大，从而会造成计量不准确或保护测量不正确。

换一种思考方式，若一次侧流过电流I，将在二次侧每一个线圈内产生感应电动势和二次电流，由于各个线圈匝数相等（即为W1=W2=W3），若二次回路阻抗很小，忽略不计，则各个线圈内产生感应电动势和二次电流均相等。根据励磁安匝平衡关系则KNWI=W1I1+W2I2+W3I3=3W1I1可知，此时，测量电流互感器变比应为最大变比600/5，由于未考虑回路负载，实际回路中略有误差。若为200/300/400A/5A电流互感器，各个短路线圈匝数不相等时（即W1=W2+W3），各个绕组线圈流过的电流相等（I1=I2=I3），则有KNWI=W1I1+W2I2+W3I3=（W1+W2+W3）*I1，此时，测量电流互感器变比应为最大变比400/5。

2）、如果将1S1与1S2接入测量回路，而1S3与1S4端子短接起来并不与1S2连接，情况又如何

如图四接线所示，那就会在1S1与1S2、1S3与1S4端子之间的线匝中产生电流，由于两个线圈之间不能构成电流回路。但此时两个短路线圈共用同一硅钢铁芯，具有磁路联系，因此仍具有励磁安匝平衡关系KNWI=W1I1+W3I3，若二次回路阻抗很小，忽略不计，各个线圈匝数相等（即为W1=W3），则两个线圈内产生感应电动势和二次电流均相等。由此可得KNWI=W1I1+W3I3=2W1I1，此时，测量电流互感器变比应为400/5。若各个短路线圈匝数不相等（即为W1=2W3），根据铁芯磁通量一定，可得两个短路线圈内产生感应电动势和二次电流均不相等。但仍具有励磁安匝平衡关系KNWI=W1I1+W3I3，此时测量变比应大于1S1与1S2之间变比200/5。

6、多绕组电流互感器的应用

对于多绕组电流互感器如图五接线所示，若一次侧流过电流I，那就会在1S1与1S2、2S1与2S2端子之间的线匝中产生短路电流，由于两个短路线圈之间不存在电磁联系，则将在二次侧每个线圈内分别产生感应电动势和二次电流。若电流互感器二次侧采用不同电流比时，则各个线圈内产生感应电动势和二次电流不相等，由励磁安匝平衡关系KNWI=W1I1=W2I2可知，当W1= W2时，则I1=I2；当W1= 2W3时，则I1=I2/2。此时，仪表测量到的电流互感器变比应为额定变比，由于未考虑回路负载，实际回路中略有误差。

7、不同接线方式下应注意的问题

根据现场接线要区分两种不同情况：一是同一绕组有不同的抽头如图二所示，只是使用带中间抽头式电流互感器的一部分，当使用1S1、1S2时，1S3和1S4这两个抽头不能短接；另一种如图五所示，在同一只电流互感器有两个二次绕组，各自绕制在不同的铁芯上，各绕组之间不存在电磁联系。如图五所示使用1S1、1S2时，而2S1、2S2这个绕组若不使用，应将其短接起来。电流互感器倘若二次发生开路，一次电流将全部用于激磁回路，使铁芯严重饱和。交变的磁通在二次线圈上将感应出很高的电压，其峰值可达几千伏甚至上万伏，该电压作用于二次线圈及二次回路上，将严重威胁人身安全和设备安全，甚至线圈的绝缘因过热而烧坏，所以规程要求电流互感器在运行中严禁开路。