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摘要：电流互感器是电力系统中一种重要电气设备，是一次系统和二次系统之间的联络元件，目前已被广泛应用于继电保护、系统监测和系统分析中。正确选择和使用电流互感器，不仅是电力系统安全运行的前提，而且关系到测量的准确性和继电保护动作的可靠性，对电力系统的正常运行起着非常重要的作用。本文介绍了电流互感器及其原理，重点分析了电流互感器的选择问题。
关键字：电流互感器；计量用；保护用；选择
Abstract: The current transformer is an important electrical equipment in the power system, the contact between the primary system and secondary system components, has been widely used in relay protection system monitoring and system analysis. The correct selection and use of current transformers, not only is the premise of the safe operation of the power system, but also related to the reliability of the measurement accuracy and protective actions, plays a very important role in the normal operation of the power system. This article describes the current transformer and its principles, focusing on analysis of the problem of the choice of the current transformer.Keywords: current transformer; metering; protection; choose
中图分类号： TM452 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、电流互感器
电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，避免直接测量线路的危险。电流互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的变流器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。电流互感器按用途可分为测量用和保护用电流互感器。
二、电流互感器原理
在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。绕组N1接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比。
三、电流互感器的选择
(一)形式的选择
根据安装的地点及使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数等。对于6-20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。选用母线式互感器时，应该校核其窗口允许穿过的母线尺寸。
（二）额定一次电压和电流
电流互感器的额定一次电压应等于或大于回路的额定一次电压，绝缘水平应满足有关标准。
电流互感器的额定一次电流应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择，并应能承受该回路的额定连续热电流、额定短时热电流及动稳定电流。
同时，额定一次电流的选择，应使得在额定变流比条件下的二次电流在正常运行和短路情况下，满足该回路保护装置的整定值选择性和准确性要求或满足计量及测量准确性要求。
额定一次电流的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75以及它们的十進位倍数或小数。
（三）额定二次电流及负荷
1.额定二次电流
电流互感器额定二次电流有1A和5A两类。对于新建发电厂和变电所，各级电压的电流互感器额定二次电流宜统一选用1A，以减轻电流互感器二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用1A和5A。但同一电压等级的电流互感器的额定二次电流一般采用相同电流值。
2.二次负荷
电流互感器的二次负荷与可用阻抗Zb (Ω)或和容量Sb (VA)相关。
保护用电流互感器的准确级和允许极限电流，都与二次负荷有关，需要合理选择二次负荷额定值并进行相应的验算。
电流互感器的二次负荷额定值可根据需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30、40VA。在某些特殊情况，也可选用更大的额定值。
(四)准确等级
根据电流互感器在额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确等级。准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差的百分值。国产电流互感器的准确等级有：0.01；0.02；0.05；0.1；0.2；0.5；1；3；10级。按照国家标准《电流互感器》GB1208-75规定，电力系统用电流互感器的误差限值。
电流互感器根据用途规定了不同的准确度，也就是不同电流范围内的误差精度。带S的是特殊电流互感器，要求在1％－120％负荷范围内精度足够高，一般取5个负荷点测量其误差小于规定的范围；0.1级以上电流互感器，主要用于实验室进行精密测量，或者作为标准，用来校验低等级的互感器，也可以与标准仪表配合，用来校验仪表，所以叫做标准电流互感器；在工业上，0.2级和0.5级互感器用来连接电器测量仪表，要求误差20％－120％负荷范围内精度足够高，一般取4个负荷点测量其误差小于规定的范围，而3.0级及以下等级互感器主要用于连接某些继电保护装置和控制设备，如5P，10P的电流互感器一般用于接继电器保护用，即要求在短路电流下复合误差小于一定的值，5P即小于5％，10P即小于10％；标有B（或D）级的电流互感器，用来接差动保护和距离保护装置。
四、保护用和计量用电流互感器的选择
（一）保护用电流互感器的选择
1.330kV～1000kV系统保护、高压侧为330kV～1000kV的变压器和300MW及以上发电机变压器组差动保护用的电流互感器，由于系统一次时间常数较大，电流互感器暂态饱和较严重，由此导致保护误动或拒动的后果严重。因此，所选电流互感器应保证在实际短路工作循环中不致暂态饱和，即暂态误差不超过规定值。一般选用TP类互感器。
2.220kV系统保护、高压侧为220kV的变压器差动保护、100MW～200MW发电机变压器组及大容量电动机差动保护用的电流互感器，暂态饱和问题及其影响后果相对较轻，可按稳态短路条件进行计算选择，并为减轻可能发生的暂态饱和影响适当留有裕度。一般选用P类、PR类和PX类电流互感器。PR类可限制剩磁影响，有条件时可推广使用。为考虑暂态影响应提高所选用电流互感器的准确限值系数Kalf ，给定暂态系数Ks＝Kalf /Kpcf 应根据应用情况和运行经验确定：
a、100MW～200MW发电机变压器组外部故障的给定暂态系数不宜低于10。
b、220kV系统的规定暂态系数不宜低于2，参见IEEE Std C37.110-1996等规定。
3.110kV及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择，采用P类互感器。
4.高压母线差动保护用电流互感器的选择，由于母線故障时短路电流很大，而且外部短路时流过各互感器的电流差别也可能很大。即使各侧选用特性相同的电流互感器，其暂态饱和程度也可能很不一致。为此，母线差动保护一般具有暂态抗互感器饱和的能力。在工程应用中一般可按稳态短路电流或保护装置的要求选用适当的互感器。
5.非直接接地系统的接地保护用互感器，可根据具体情况采用由三相电流互感器组成的零序滤过器、专用的电缆式或母线式零序电流互感器。
（二）计量用电流互感器的选择
1.额定电压的确定电流互感器的额定电压UN应与被测线路的电压UL相适应，即UN≥UL。2.额定变比的确定 通常根据电流互感器所接一次负荷来确定额定一次电流。为保证计量的准确度，选择时应保证正常运行时的一次电流为其额定值的60%左右，至少不得低于30%。电流互感器的额定变比则由额定一次电流与额定二次电流的比值决定。3.额定二次负荷的确定互感器若接入的二次负荷超过额定二次负荷时，其准确度等级将下降。为保证计量的准确性，一般要求电流互感器的二次负荷S2必须在额定二次负荷S2N的25%~100%范围内。
4.额定功率因数的确定计量用电流互感器额定二次负荷的功率因数应为0.8~1.0。5.准确度等级的确定根据电能计量装置技术管理规程（DL/T448-2000）规定，运行中的电能计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度，分为I、II、III、IV、V五类，不同类别的电能计量装置对电流互感器准确度等级的要求也不同
五、电流互感器的使用注意事项
（一）应避免继电保护和电能计量用的电流互感器并用，否则会因继电保护的要求而致使电流互感器的变比选择过大，影响电能计量的准确度。对于计费用户，应设置专用的计量电流互感器或选用有计量绕组的电流互感器。 （二）电流互感器的一次绕组和被测线路串联，二次绕组和电测仪表串联，接线时必须注意电流互感器的极性，当电流互感器内部线圈的引出线接错位置、端钮标志错误时，都属于线圈极性接反。只有极性连接正确，才能准确测量和计量。 （三）序及电流相别应正确。如在三相三线有功电能表的24种组合接线中，只有第一元件接入U、I和第二元件接入U、I时，电能计量才是正确的，其它接线方式都是错误的。 （四）电流互感器二次绕组不允许开路，否则，将产生高电压，危及设备和运行人员的安全，同时因铁芯过热，有烧坏互感器的可能，电流互感器的误差也有所增大，因此，在二次回路上工作时，应先将电流互感器二次侧短路。（五）电流互感器二次侧应有一端可靠接地，且接地点只有一个。以防止一、二次侧绝缘击穿时，造成对人身和设备的损坏。（六）二次回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线，严禁使用铝线，且中间不得有接头。电流二次回路的导线截面积应不小于4mm。（七）当负荷变化范围大，实际负荷电流小于30%时，应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器或0.
结论：电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。电流互感器的选择要在确定使用环境的情况下综合考虑额定电流、额定电压、变比、准确等级等众多因素。
参考文献：
[1] GB1208—2006,电流互感器[S].
[2] 工厂常用电气设备手册[M].北京:水力电力出版社,2007.
[3] 中国电机工程学会编.供用电实用手册[M].沈阳:辽宁科技出版社,2008 .
[4] 袁季修,盛和乐,吴聚业.保护用电流互感器应用指南[M].北京:中国电力出版社,2004.
[5] DL/ T8662 2004, 电流互感器和电压互感器选择和计算导则[S].
[6] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[7] 何奔腾,马永生.电流互感器饱和对母线保护的影响[J]. 继电器,2003,26(4).
关键字：电流互感器；计量用；保护用；选择
Abstract: The current transformer is an important electrical equipment in the power system, the contact between the primary system and secondary system components, has been widely used in relay protection system monitoring and system analysis. The correct selection and use of current transformers, not only is the premise of the safe operation of the power system, but also related to the reliability of the measurement accuracy and protective actions, plays a very important role in the normal operation of the power system. This article describes the current transformer and its principles, focusing on analysis of the problem of the choice of the current transformer.Keywords: current transformer; metering; protection; choose
中图分类号： TM452 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、电流互感器
电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，避免直接测量线路的危险。电流互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的变流器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。电流互感器按用途可分为测量用和保护用电流互感器。
二、电流互感器原理
在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。绕组N1接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比。
三、电流互感器的选择
(一)形式的选择
根据安装的地点及使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、一次绕组匝数等。对于6-20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。选用母线式互感器时，应该校核其窗口允许穿过的母线尺寸。
（二）额定一次电压和电流
电流互感器的额定一次电压应等于或大于回路的额定一次电压，绝缘水平应满足有关标准。
电流互感器的额定一次电流应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择，并应能承受该回路的额定连续热电流、额定短时热电流及动稳定电流。
同时，额定一次电流的选择，应使得在额定变流比条件下的二次电流在正常运行和短路情况下，满足该回路保护装置的整定值选择性和准确性要求或满足计量及测量准确性要求。
额定一次电流的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75以及它们的十進位倍数或小数。
（三）额定二次电流及负荷
1.额定二次电流
电流互感器额定二次电流有1A和5A两类。对于新建发电厂和变电所，各级电压的电流互感器额定二次电流宜统一选用1A，以减轻电流互感器二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用1A和5A。但同一电压等级的电流互感器的额定二次电流一般采用相同电流值。
2.二次负荷
电流互感器的二次负荷与可用阻抗Zb (Ω)或和容量Sb (VA)相关。
保护用电流互感器的准确级和允许极限电流，都与二次负荷有关，需要合理选择二次负荷额定值并进行相应的验算。
电流互感器的二次负荷额定值可根据需要选用2.5、5、7.5、10、15、20、30、40VA。在某些特殊情况，也可选用更大的额定值。
(四)准确等级
根据电流互感器在额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确等级。准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差的百分值。国产电流互感器的准确等级有：0.01；0.02；0.05；0.1；0.2；0.5；1；3；10级。按照国家标准《电流互感器》GB1208-75规定，电力系统用电流互感器的误差限值。
电流互感器根据用途规定了不同的准确度，也就是不同电流范围内的误差精度。带S的是特殊电流互感器，要求在1％－120％负荷范围内精度足够高，一般取5个负荷点测量其误差小于规定的范围；0.1级以上电流互感器，主要用于实验室进行精密测量，或者作为标准，用来校验低等级的互感器，也可以与标准仪表配合，用来校验仪表，所以叫做标准电流互感器；在工业上，0.2级和0.5级互感器用来连接电器测量仪表，要求误差20％－120％负荷范围内精度足够高，一般取4个负荷点测量其误差小于规定的范围，而3.0级及以下等级互感器主要用于连接某些继电保护装置和控制设备，如5P，10P的电流互感器一般用于接继电器保护用，即要求在短路电流下复合误差小于一定的值，5P即小于5％，10P即小于10％；标有B（或D）级的电流互感器，用来接差动保护和距离保护装置。
四、保护用和计量用电流互感器的选择
（一）保护用电流互感器的选择
1.330kV～1000kV系统保护、高压侧为330kV～1000kV的变压器和300MW及以上发电机变压器组差动保护用的电流互感器，由于系统一次时间常数较大，电流互感器暂态饱和较严重，由此导致保护误动或拒动的后果严重。因此，所选电流互感器应保证在实际短路工作循环中不致暂态饱和，即暂态误差不超过规定值。一般选用TP类互感器。
2.220kV系统保护、高压侧为220kV的变压器差动保护、100MW～200MW发电机变压器组及大容量电动机差动保护用的电流互感器，暂态饱和问题及其影响后果相对较轻，可按稳态短路条件进行计算选择，并为减轻可能发生的暂态饱和影响适当留有裕度。一般选用P类、PR类和PX类电流互感器。PR类可限制剩磁影响，有条件时可推广使用。为考虑暂态影响应提高所选用电流互感器的准确限值系数Kalf ，给定暂态系数Ks＝Kalf /Kpcf 应根据应用情况和运行经验确定：
a、100MW～200MW发电机变压器组外部故障的给定暂态系数不宜低于10。
b、220kV系统的规定暂态系数不宜低于2，参见IEEE Std C37.110-1996等规定。
3.110kV及以下系统保护用电流互感器一般按稳态条件选择，采用P类互感器。
4.高压母线差动保护用电流互感器的选择，由于母線故障时短路电流很大，而且外部短路时流过各互感器的电流差别也可能很大。即使各侧选用特性相同的电流互感器，其暂态饱和程度也可能很不一致。为此，母线差动保护一般具有暂态抗互感器饱和的能力。在工程应用中一般可按稳态短路电流或保护装置的要求选用适当的互感器。
5.非直接接地系统的接地保护用互感器，可根据具体情况采用由三相电流互感器组成的零序滤过器、专用的电缆式或母线式零序电流互感器。
（二）计量用电流互感器的选择
1.额定电压的确定电流互感器的额定电压UN应与被测线路的电压UL相适应，即UN≥UL。2.额定变比的确定 通常根据电流互感器所接一次负荷来确定额定一次电流。为保证计量的准确度，选择时应保证正常运行时的一次电流为其额定值的60%左右，至少不得低于30%。电流互感器的额定变比则由额定一次电流与额定二次电流的比值决定。3.额定二次负荷的确定互感器若接入的二次负荷超过额定二次负荷时，其准确度等级将下降。为保证计量的准确性，一般要求电流互感器的二次负荷S2必须在额定二次负荷S2N的25%~100%范围内。
4.额定功率因数的确定计量用电流互感器额定二次负荷的功率因数应为0.8~1.0。5.准确度等级的确定根据电能计量装置技术管理规程（DL/T448-2000）规定，运行中的电能计量装置按其所计量电能量的多少和计量对象的重要程度，分为I、II、III、IV、V五类，不同类别的电能计量装置对电流互感器准确度等级的要求也不同
五、电流互感器的使用注意事项
（一）应避免继电保护和电能计量用的电流互感器并用，否则会因继电保护的要求而致使电流互感器的变比选择过大，影响电能计量的准确度。对于计费用户，应设置专用的计量电流互感器或选用有计量绕组的电流互感器。 （二）电流互感器的一次绕组和被测线路串联，二次绕组和电测仪表串联，接线时必须注意电流互感器的极性，当电流互感器内部线圈的引出线接错位置、端钮标志错误时，都属于线圈极性接反。只有极性连接正确，才能准确测量和计量。 （三）序及电流相别应正确。如在三相三线有功电能表的24种组合接线中，只有第一元件接入U、I和第二元件接入U、I时，电能计量才是正确的，其它接线方式都是错误的。 （四）电流互感器二次绕组不允许开路，否则，将产生高电压，危及设备和运行人员的安全，同时因铁芯过热，有烧坏互感器的可能，电流互感器的误差也有所增大，因此，在二次回路上工作时，应先将电流互感器二次侧短路。（五）电流互感器二次侧应有一端可靠接地，且接地点只有一个。以防止一、二次侧绝缘击穿时，造成对人身和设备的损坏。（六）二次回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线，严禁使用铝线，且中间不得有接头。电流二次回路的导线截面积应不小于4mm。（七）当负荷变化范围大，实际负荷电流小于30%时，应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器或0.
结论：电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。电流互感器的选择要在确定使用环境的情况下综合考虑额定电流、额定电压、变比、准确等级等众多因素。
参考文献：
[1] GB1208—2006,电流互感器[S].
[2] 工厂常用电气设备手册[M].北京:水力电力出版社,2007.
[3] 中国电机工程学会编.供用电实用手册[M].沈阳:辽宁科技出版社,2008 .
[4] 袁季修,盛和乐,吴聚业.保护用电流互感器应用指南[M].北京:中国电力出版社,2004.
[5] DL/ T8662 2004, 电流互感器和电压互感器选择和计算导则[S].
[6] 王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[7] 何奔腾,马永生.电流互感器饱和对母线保护的影响[J]. 继电器,2003,26(4).