低壓配電系統(tǒng)電流互感器的選型方案

摘    要：分析低壓電流互感器的原理，介紹了準(zhǔn)確級(jí)和準(zhǔn)確級(jí)限值的概念，同時(shí)并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)例分析。低壓電流互感器在低壓測(cè)量、計(jì)量、繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、接地保護(hù)等方面的選用。
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(guò)，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(lèi)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 

3.1.2  測(cè)量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問(wèn)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(wèn)題。
　　2009年12月山東聊城某化工廠，各生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境多為爆炸性環(huán)境，各車(chē)間電氣控制室不安裝在車(chē)間內(nèi)，而是安裝在離各車(chē)間較遠(yuǎn)的公共電氣控制室，來(lái)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(guò)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

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(wèn)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(wèn)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(jiàn)表（三）

表（三）　誤差和相位差限值

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
　?。?）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(jiàn)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;

　?。?）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(jiàn)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(lèi)似電器配套使用，主要用于低壓配電系統(tǒng)電流過(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)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?。~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(guò)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(jiàn)（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(jiàn)表（五）。

表（四）　剩余電流互感器與零序電流互感器的區(qū)別

表（五）　接線方式剩余電流互感器在接地系統(tǒng)方式不同時(shí)的應(yīng)用

3.5  電流互感器使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)
　?。?）電流互感器在接線時(shí)，同名端必須要保持一致，即P1、S1；P2、S2。
　?。?）電流互感器在正常運(yùn)行時(shí)，二次不得開(kāi)路，防止二次開(kāi)路產(chǎn)生高電壓，影響人身和設(shè)備安全。

4　 結(jié)束語(yǔ)
　　本文對(duì)低壓配電系統(tǒng)中的不同類(lèi)型電流互感器進(jìn)行了簡(jiǎn)單概述，推薦給電力系統(tǒng)各位專(zhuān)家和電氣工程師們參考，有利于不同類(lèi)型低壓電流互感器在低壓智能配電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

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