低壓配電系統(tǒng)電流互感器的選型方案

分類：技術(shù)教程日期：2013-06-05 09:27:26 來源：江蘇安科瑞電器制造有限公司

1　引言
　　隨著我國(guó)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(dòng)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(cè)量、計(jì)量、繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、接地保護(hù)和各種電力系統(tǒng)分析之中，本文對(duì)此進(jìn)行初步的探討。

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(cè)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5A、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(cè)量用電流互感器
3.1.1 測(cè)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(cè)量用電流互感器廣泛用于對(duì)低壓配電系統(tǒng)電流的測(cè)量，主要準(zhǔn)確（對(duì)電流互感器給定的等級(jí)）級(jí)有：0.2、0.5、1、3、5等，目前應(yīng)用比較廣泛的測(cè)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(hào)、規(guī)格繁多，可根據(jù)不同規(guī)格的母排或線纜選用最經(jīng)濟(jì)合理的電流互感器，表（一）以AKH-0.66型電流互感器，分析測(cè)量用電流互感器的運(yùn)用及特點(diǎn)。

表（一）　AKH-0.66測(cè)量用電流互感器技術(shù)參數(shù)表

電流互感器型號(hào)	輸入、輸出	主要特點(diǎn)
AKH-0.66/I型	輸入：5-3000A 輸出：0-5A（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：0-5A（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：0-5A（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(chǎng)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：0-5A（0-1A）	適用于小電流空間場(chǎng)所，為接線式電流互感器。
AKH-0.66/K型	輸入：100-6300A 輸出：0-5A（0-1A）	用于項(xiàng)目改造，無須拆一次母線，安裝方便，為用戶節(jié)省人力、財(cái)力，提高改造效率。
AKH-0.66/S型	輸入：5-6300A 輸出兩組：一組0-5A（0-1A），另一組AC0-20mA	雙路輸出，一路用于電流的測(cè)量，另一路用于遠(yuǎn)傳，用于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，與遙測(cè)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0-5A（0-1A），另一組DC4-20mA	雙路輸出，一路用于電流的測(cè)量，另一路用于遠(yuǎn)傳，用于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，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(cè)量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實(shí)例
　　測(cè)量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中二次輸出5A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(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電流信息的集中采集，現(xiàn)場(chǎng)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-0.66/30I 200/5A 0.5級(jí) 5VA 穿心1匝等許多規(guī)格，使用的電流表為CL72-AI，該項(xiàng)目比較大，該項(xiàng)目在將完工，部分工程試運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有電流表顯示與現(xiàn)場(chǎng)電流完全不準(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(shí)所消耗的視在功率S2e，即，S2e=I2e²Z2e；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. mm²/m×2×200 m /2.5=2.82Ω，S2e= I2e²Z2e=5A²×2.82Ω=70.5VA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流互感器的額定容量5VA，所以此時(shí)應(yīng)該選擇200/1A的電流互感器，2010年2月份該項(xiàng)目更換了所有的比5A電流互感器，同時(shí)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(gè)系統(tǒng)恢復(fù)正常。
　　從本實(shí)例可以得出電流互感器接數(shù)顯電流表時(shí)，傳輸距離對(duì)比如表（二）

表（二）　傳輸距離對(duì)比

二次導(dǎo)線截面積（mm²）	額定二次電流（A）	互感器容量（VA）	單程傳輸距離（m）
1.5	5	2.5	4.2
1.5	1	2.5	106
2.5	5	5	14.2
2.5	1	5	355
4	5	10	45
4	1	10	1136
0.2	0.02	0.2	2840

3.2 計(jì)量用電流互感器
3.2.1 計(jì)量用電流互感器就是與計(jì)費(fèi)電能表和計(jì)量裝置配合使用的電流互感器。主要準(zhǔn)確級(jí)有：0.2、0.5S、0.2S。
3.2.2 計(jì)量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實(shí)例
　　計(jì)量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中，準(zhǔn)確級(jí)0.2級(jí)、0.2S級(jí)區(qū)分是用戶經(jīng)常碰到的問題，以及錯(cuò)誤接線（極性接反）對(duì)計(jì)量的影響。
3.2.2.1 準(zhǔn)確級(jí)0.2級(jí)、0.2S級(jí)區(qū)別見表（三）

表（三）　誤差和相位差限值

準(zhǔn)確級(jí)	在下列額定電流（%）下的電流誤差（ ±%）					在下列額定電流（%）下的相位差
	在下列額定電流（%）下的電流誤差（ ±%）					±（′）					±crad
	1	5	20	100	120	1	5	20	100	120	1	5	20	100	120
0.2		0.75	0.35	0.2	0.2		30	15	10	10		0.9	0.45	0.3	0.3
0.2S	0.75	0.35	0.2	0.2	0.2	30	15	10	10	10	0.9	0.45	0.3	0.3	0.3

3.2.2.2 計(jì)量用電流互感器的錯(cuò)誤接線（極性接反）對(duì)計(jì)量的影響
　　（1）計(jì)量接線方式三相三線
　　正確接線時(shí)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(shí)，Uab=Ucb=√3U，Ia=Ic=√3I，即，P=3UI cosφ
　　假如A相電流互感器極性接反，祥見接線圖（a）和相量圖(b)

　　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(cuò)誤接線時(shí)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(jì)量互感器極性接反，漏計(jì)電能為實(shí)際計(jì)量電能的：
　　P/ P´-1=3UIcosφ/UI sinφ-1=3×0.9/0.4359-1=5.19倍;

　　（2）計(jì)量接線方式三相四線
　　正確接線時(shí)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(shí)，Ua=Ub=Uc=U，Ia=Ib=Ic=I，即，P=3UIcosφ
　　假如A相電流互感器極性接反，祥見接線圖（c）和相量圖(d)

　　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(cuò)誤接線時(shí)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(jì)量互感器極性接反，漏計(jì)電能為實(shí)際計(jì)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(jí)有：5P、10P，5、10表示復(fù)合誤差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(shí)符合誤差不超過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(shí)例
　　保護(hù)電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中，準(zhǔn)確級(jí)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(tái)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(shí)為了考慮計(jì)量準(zhǔn)確，使互感器額定一次電流與最大負(fù)荷電流相接近，將電流互感器比選擇100/5A，同時(shí)保護(hù)用電流互感器選擇100/5A，10P10。在施工下水道時(shí)，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(jì)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(jì)算電抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 0.97。相短路時(shí)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(shí)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(shí)復(fù)合誤差超過10%時(shí)，影響繼電器動(dòng)作，應(yīng)該選擇500/5A 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(chǎng)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（表四），以及剩余電流互感在接地系統(tǒng)方式不同時(shí)的應(yīng)用，祥見表（五）。

表（四）　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(gè)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(gè)零序C.T	較高	TN-S、TN-C、 TN-C-S、IT