低压配电系统电流互感器的选型方案

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1、低压配电系统电流互感器的选型方案 低压配电系统电流互感器的选型方案 何艳1 白怡明1 杨广亮2 1 中煤国际工程集团沈阳设计研究院, 沈阳市 110000 2 江苏安科瑞电器制造有限公司，江苏江阴 214405； 摘 要摘 要：分析低压电流互感器的原理，介绍了准确级和准确级限值的概念，同时并在此基础 上，结合工程实例分析。低压电流互感器在低压测量、计量、继电保护、系统监测、接地保 护等方面的选用。 关键词关键词：低压配电系统 低压电流互感器 工作原理 准确级 准确级限值 选型 1 引言 1 引言 随着我国电力工业中城网及农网的改 造， 以及低压配电系统的自动化程度不断提 高， 电流互感器作为低

2、压配电系统中的一种 重要电气元件，已被广泛地应用于测量、计 量、继电保护、系统监测、接地保护和各种 电力系统分析之中， 本文对此进行初步的探 讨。 2 低压电流互感器工作原理 2 低压电流互感器工作原理 低压电流互感器的工作原理如图 1 所 示， 电流互感器的一次绕组串联在被测线路 中，I1 为线路电流即电流互感器的一次电 流，N1 为电流互感器的一次匝数，I2 电流 互感器二次电流（通常为 5A、1A） ，N2 为电 流互感器的二次匝数，Z2e 为二次回路设备 及连接导线阻抗。 当一次电流从电流互感器 P1 端流进，P2 端出，在二次 Z2e 接通的情 况下，由电磁感应原理，电流互感器二次绕

3、 组有电流 I2 从 S1 流过， 经 Z2e 至 S2， 形成 闭合回路。由此可得电流在理想状态下 I1 N1=I2N2，所以有 I1/I2=N1/N2=K，K 为 电流互感器的变比。 S2S1I1I2N1N2Z2eP1P2图 1 3 低压电流互感器的选型 3 低压电流互感器的选型 3.1 测量用电流互感器 3.1.1 测量用电流互感器是为指示仪表、积 分仪表和其他类似电器提供电流的电流互 感器。 测量用电流互感器广泛用于对低压配电系 统电流的测量，主要准确（对电流互感器给 定的等级）级有：0.2、0.5、1、3、5 等， 目前应用比较广泛的测量用互感器主要为 母线式电流互感器， 安装方便，

4、 而且其型号、 规格繁多， 可根据不同规格的母排或线缆选 用最经济合理的电流互感器，表（一）以 AKH-0.66 型电流互感器， 分析测量用电流互 感器的运用及特点。表（一）AKH-0.66 测量用电流互感器技术参数表 电流互感器型号 输入、输出 主要特点 AKH-0.66/I 型 输入：5-3000A 输出：0-5A（0-1A） 适用用于多（单）根电缆或单根母排穿越，适用面广AKH-0.66/II 型 输入：150-6300A 输出：0-5A（0-1A） 适用用于多根母排或多根电缆穿越，适用面广，二次接线端与母排安装水平面平行。 AKH-0.66/III 型 输入：250-6300A 输出：

5、0-5A（0-1A） 具备 II 型特点，精度高，容量大，适用于相间距离小的场合，二次接线端与母排安装水平面垂直。 AKH-0.66/M8 型 输入：5-150A 输出：0-5A（0-1A） 适用于小电流空间场所，为接线式电流互感器。 AKH-0.66/K 型 输入：100-6300A 输出：0-5A（0-1A） 用于项目改造，无须拆一次母线，安装方便，为用户节省人力、财力，提高改造效率。 AKH-0.66/S 型 输入：5-6300A 输 出 两 组 ： 一 组0-5A（0-1A） ， 另一组 AC0-20mA 双路输出，一路用于电流的测量，另一路用于远传，用于系统监测，与遥测单元配合使用，

6、为用户节约成本。AKH-0.66/SM 型 输入：5-6300A 输出两组： 一组 0-5A（0-1A） ， 另一组 DC4-20mA 双路输出，一路用于电流的测量，另一路用于远传，用于系统监测，与自控仪表如 PLC 配合使用，为用户节约成本，辅助电源 DC24V 由 PLC 供电。 3.1.2 测量用电流互感器在低压配电系统中 的问题及应用实例 测量用电流互感器在低压配电系统中 二次输出 5A 和 1A 的选择， 是一些电气工程 师经常遇到的问题。 2009 年 12 月山东聊城某化工厂，各生 产车间环境多为爆炸性环境， 各车间电气控 制室不安装在车间内， 而是安装在离各车间 较远的公共电气

7、控制室， 来实现对系统电流 信息的集中采集， 现场电流互感器与控制室 之间距离大约 200 米，有的甚至 300 米，二 次传输导线为 2.5 平方毫米， 使用的电流互 感器有AKH-0.66/30I 200/5A 0.5级 5VA 穿 心 1 匝 等许多规格，使用的电流表为 CL72-AI，该项目比较大，该项目在将完工， 部分工程试运行时， 发现所有电流表显示与现场电流完全不准确。 经分析， 电流互感器额定容量就是电流 互感器额定二次电流 I2eI2e，通过二次回路额 定负载 Z2eZ2e 时所消耗的视在功率 S2eS2e，即， S2e=I2eS2e=I2e Z2eZ2e； 因数显表消耗的视

8、在功率只 有 0.05VA，很小，所以我们可以不考虑 ， Z2e=.2L/SZ2e=.2L/S=0.0176. mm/m2200 m /2.5=2.82，S2e= I2eZ2e=5A2.82 =70.5VA，远远大于电流互感器的额定容量 5VA， 所以此时应该选择 200/1A 的电流互感 器，2010 年 2 月份该项目更换了所有的比 5A 电流互感器，同时由于电流表为数显表， 变比可以重新设定为 200/1，使整个系统恢 复正常。 从本实例可以得出电流互感器接数显 电流表时，传输距离对比如表（二） 表（二）传输距离对比 二次导线截面积（mm） 额定二次电流（A） 互感器容量（VA） 单程传

9、输距离（m） 5 4.2 1.5 1 2.5 106 5 14.2 2.5 1 5 355 5 45 4 1 10 1136 0.2 0.02 0.2 2840 3.2 计量用电流互感器 3.2.1 计量用电流互感器就是与计费电能表 和计量装置配合使用的电流互感器。 主要准 确级有：0.2、0.5S、0.2S。 3.2.2 计量用电流互感器在低压配电系统中 的问题及应用实例 计量用电流互感器在低压配电系统中， 准确级 0.2 级、 0.2S 级区分是用户经常碰到 的问题，以及错误接线（极性接反）对计量 的影响。 3.2.2.1 准确级 0.2 级、0.2S 级区别见表 （三） 表（三）误差和相

10、位差限值 在下列额定电流（%）下的相位差 在下列额定电流（%）下的 电流误差 （ %） （） crad 准确 级 1 5 20 100 12015201001201 5 20 100 1200.2 0.75 0.35 0.2 0.2 30151010 0.9 0.45 0.3 0.30.2S 0.75 0.35 0.2 0.2 0.230151010100.90.45 0.3 0.3 0.33.2.2.2 计量用电流互感器的错误接线（极性接反）对计量的影响 （1）计量接线方式三相三线 正确接线时的有功功率为：P=Pa+ Pc =UabIa.cos(30+a)+ Ucb.Ic.cos(30- c

11、); 三相电路平衡时，Uab=Ucb=3U， Ia=Ic=3I，即，P=3UI cos 假如 A 相电流互感器极性接反， 祥见接 线图（a）和相量图(b) IcIaIoABC(a)接线图UbcIaIbIcUab-Ia( b)相量图这样我们可以得出：公用线的电流 Io 是相电流的3 倍； 电能表一的电流滞后电压的角度为： 30 +a+180=210+a； 电能表二电流滞后电压的角度为： 30 -c； 所以错误接线时的有功功率为： P=Pa+ Pc=Uab.Ia.cos(210+a)+ Ucb.Ic.cos(30-c)=UIsin; 若功率因数 cos=0.9，则当 A 相计量 互感器极性接反，

12、漏计电能为实际计量电能 的： P/ P-1=3UIcos/UI sin-1=30.9/0.4359-1=5.19 倍; (2)计量接线方式三相四线 正确接线时的有功功率为：P=Pa+ Pb+ Pc =UaIa.cosa+ Ub.Ib.cos b+Uc.Ic.cosc; 三 相 电 路 平 衡 时 ， Ua=Ub=Uc=U ， Ia=Ib=Ic=I，即，P=3UIcos 假如 A 相电流互感器极性接反， 祥见接 线图（c）和相量图(d) IbIaIoABC(c)接线图IcUaIaIbUbUcIc-Ia( d)相量图这样我们可以得出：公用线的电流 Io 是相电流的 2 倍,A 相电流为-Ia； 所

13、以错误接线时的有功功率为： P=Pa+Pb+Pc=-UaIa.cos a+Ub.Ib.cosb+ Uc.Ic.cosc= UIcos; 则当 A 相计量互感器极性接反， 漏计电 能为实际计量电能的： P/ P-1=3UIcos/UIcos-1=2 倍; 3.3.保护用电流互感器 3.3.1 保护用电流互感器就是为保护用继电 器提供电流的电流互感器器， 与电流继电器 等类似电器配套使用， 主要用于低压配电系 统电流过载保护和短路保护。主要准确级 有：5P、10P，5、10 表示复合误差 5%、10%，准确限值系数又叫限值系数， 它是额定准确 限值一次电流（此时符合误差不超过 5%、 10%）与额

14、定一次电流的比值，准确限值系 数有，5、10、15、20， 3.3.2 保护用电流互感器在低压配电系统中 的问题及应用实例 保护电流互感器在低压配电系统中， 准 确级以及准确限值系数的选择是用户经常 碰到的问题。 2003 年河北某工厂，由于新厂房扩建， 在新厂房 1500 米附近安装了一台 250KVA （10/0.4kV）配变，与主变距离 2500 米， 因负荷较小 （额定电流 80A） ， 当时为了考虑 计量准确， 使互感器额定一次电流与最大负 荷电流相接近，将电流互感器比选择 100/5A ， 同 时 保 护 用 电 流 互 感 器 选 择 100/5A，10P10。在施工下水道时，将

15、电缆 挖断，造成工厂附近大面积停电。 经电网参数计算得： 主变短路电抗为 X1 = 0.07，配变短路电抗为 X2 = 0.5，短 路点前短路电抗为 X3= 0.4， 计算电抗X*= X1 + X2 + X3 = 0.97。 相短路时 TA 流经次暂态短路电流周期分量有效值为： I“ = 1 / X*5.5 = 5.67（kA），此时短路 电流是额定电流的 56.7 倍，远远大于准确 限值系数 10，同时复合误差超过 10%时，影 响继电器动作，应该选择 500/5A 10P15。 3.4.剩余电流互感器 3.4.1 在低压配电系统中接地保护主要有： 零序保护（中、高压均可以使用）和剩余电 流

16、保护（也称漏电电流保护） ，两者基本工 作原理相同都是基于基尔霍夫电流定律， 但 是使用场合根据系统接地方式的不同而不 同。剩余电流互感器主要与继电器配合使 用，也常常与电气火灾监控系统配套使用， 灵敏度高。 3.4.2 剩余用电流互感器与零序电流互感器 在低压配电系统中的区别，祥见（表四） ， 以及剩余电流互感在接地系统方式不同时 的应用，祥见表（五） 。 表（四）剩余电流互感器与零序电流互感器的区别 接地故障保护方式 接线方式 灵敏度 适用接地系统 备注剩余电流保护 A、B、C 三相导线与 N 线 一起穿过一个剩余 C.T， 高 TT、TN-S、 TN-C-S、IT 零序电流保护 A、B、C 三相导线一起穿过一零序 C.T，低压也可在中性线 N 上安装一个零序 C.