电流互感器的基本知识

1.1电流互感器的基本等效电路如图1所示.

图1电流互感器的基本等效电路

图中Es-次级感应电势，Us-次级负载电压，Ip-初级电流，Ip / Kn-次级全电流，Is-次级电流，

即励磁电流，N1-初级绕组匝数，N2-次级绕组匝数，Kn-匝数比，Kn = N2 / N1，Xct-次级绕组电抗（可忽略低漏磁变压器），Rct-次级绕组电阻，Zb-次级负载阻抗（包括次级设备和连接线），Ze-励磁阻抗.

电流互感器的初级绕组和次级绕组均缠绕在具有闭合磁路的同一磁芯上. 如果电流在初级绕组中流动，则将在次级绕组中感应出相应的电动势. 在该路径中，在次级绕组中产生电流. 由铁心中的该电流产生的磁通量倾向于抵消由初级绕组中的电流产生的磁通量. 在理想条件下，电流互感器两侧的励磁安匝数相等，为2. 次级电流与初级电流之比等于初级绕组与次级绕组的匝数比.

即: IpN1 = IsN2

是= Ip×N1 / N2 = Ip / Kn

1.2. 电流互感器的极性标签

电流互感器采用减少极性标记的方法，即电流互感器符合，当相同方向的电流同时从一次绕组和二次绕组的相同极性部分馈入时，在绕组中产生的磁通量的方向铁芯是一样的. 当电流从初级绕组的极性端通过时，次级绕组中感应的电流从极性端流出. 以极性端为基准，一次电流和二次电流的方向相反，因此称为极性降低标准.

因为电流的方向相反，并且芯中的合成磁通量为零. 因此，我们有以下公式:

N1Ip-N2Is = 0（原本励磁安培匝数的总和为零，但考虑到两个电流的流向相对于极性端不同，则两者呈负关系）.

简介: Is = N1 / N2 * Ip

可以看出，一次电流和二次电流的方向相同并且处于同一相位，因此我们可以使用二次电流来表示一次电流（考虑转换比的转换）. 这就是去极化的优点.

1.3. 电流互感器误差

在理想条件下，电流互感器的次级电流Is = Ip / Kn，没有错误. 但是实际上，无论振幅（考虑转换比）和角度如何，一次电流和二次电流之间都存在差异. 我们可以在图1中看到这一点. 实际流入变压器次级负载的电流Is = Ip / Kn-Ie，其中Ie是励磁电流，即建立磁场所需的工作电流. 这样，电流幅度会出现误差. 在正常操作中，励磁阻抗很大，励磁电流很小，因此误差不是很大，通常可以忽略不计. 但是当变压器饱和时，励磁阻抗将变小，励磁电流将增加，从而使误差增大. 考虑到励磁阻抗通常被视为无功特性，次级负载通常被视为阻抗特性，Is和Ie在次级感应电势Es的作用下具有不同的相位，从而导致初级电流Ip = Is + Ie和次级电流Is存在角度误差δ，并且角度误差与次级负载的性质有关. 图2显示了次级负载为纯电阻的情况.

在图中，次级感应电势Es导致铁芯中的磁通量Фm90度. 可以近似得出，励磁电流Ie与Фm同相. 将Es添加到Xct，Rct，Zb，以产生次级电流Is. 是和即合成Ip. 可以看出，Is和Ip在图中具有不同的相位，它们之间的夹角就是角度误差.

变压器误差的要求通常是幅度误差小于10％，角度误差小于7度.

1.4. 电流互感器的简单分类

根据应用，电流互感器一般可分为保护和测量. 两者之间的区别在于，计量变压器的精度相对较高. 此外，计量变压器也更易于饱和，以防止在系统故障时由于大的短路电流而损坏计量表.

根据瞬态饱和问题的不同处理方法，保护电流互感器可以分为P和TP类别. P（保护）型电流互感器没有专门考虑瞬态饱和问题. 仅根据流经变压器的最大稳态短路电流来选择变压器，这会导致一定的稳态饱和，以及由瞬态饱和引起的误差. 保护装置本身会采取措施以防止可能的错误动作（误操作或拒绝）. TP（暂态保护，暂态保护）电流互感器在最严酷的暂态条件下要求不饱和，且互感器误差在规定范围内，以确保保护装置正确运行.

对于其他类型的变压器，例如光学变压器，电子电流互感器和其他实际应用仍然很少，因此在此不再赘述.

电流互感器的饱和度

我们前面提到过，电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie引起的. 由于在正常运行期间励磁阻抗较大，因此Ie很小，因此该误差可以忽略不计. 但是，当CT饱和时，饱和度越严重，励磁阻抗越小，励磁电流将大大增加，这将使变压器的误差增加两倍，并会影响保护的正确运行. 在最坏的情况下，初级电流将全部成为励磁电流，从而导致次级电流为零. 变压器饱和的原因通常是电流过大或电流中存在大量非周期分量. 这两种情况都发生在事故中. 这时，最初要求保护器采取正确的措施以快速排除故障，但是如果变压器饱和，则很容易由于过多的误差而导致保护器的误操作，从而进一步影响系统安全. 因此，必须认真对待电流互感器饱和的问题.

对变压器饱和问题的详细分析非常复杂，因此这里仅进行定性分析.

所谓的变压器饱和实际上就是变压器芯的饱和. 我们知道变压器之所以能够传输可变电流，是因为初级电流在铁芯中产生磁通量，进而在绕在同一铁芯上的次级绕组中产生电动势U = 4.44f * N * B * S铁芯×10-8. 其中f是系统频率，HZ； N是次级绕组匝数； S为铁心截面积m2； B是芯中的磁通密度. 如果此时是次级电路，则将产生次级电流以完成电流在次级绕组中的传输. 当铁芯中的磁通密度达到饱和点时，B随励磁电流而变化，或者磁场强度趋于无关紧要. 也就是说，在确定了N，S和f的条件下，次级感应电势将基本保持不变，因此次级电流也将基本保持不变，并且初级和次级电流成比例地传输. 更改. 我们知道，变压器饱和的本质是由铁芯中的磁通密度B太大而超过饱和点引起的. 铁芯中的磁通量取决于建立磁通量的电流的大小，即励磁电流Ie的大小. 当Ie太大时，磁通密度太大，这将使铁芯趋于饱和. 此时，变压器的励磁阻抗将显着降低，这将导致励磁电流再次增加，这进一步加剧了磁通量的增加和铁芯的饱和度. 这实际上是一个恶性循环过程. 从图1中可以看出，Xe的减小和Ie的增大将随着变压器误差的增加而出现，这将影响正常工作.

通常可以在两种情况下理解铁芯的饱和度. 一种是稳态饱和，另一种是瞬态饱和.

对于稳态饱和，我们可以使用图1进行分析. 在图中，我们可以知道Ie和次级电流Is按比例分流. 我们假设励磁阻抗Ze不变. 当一次电流由于事故或其他原因而增加时，即不可避免地会成比例地增加，因此铁芯磁通量会增加. 如果电流太大，也将导致Ie太大，这将进入我们上面提到的周期，这将导致变压器饱和.

瞬态饱和度是指在故障的瞬态过程中，由瞬态分量引起的变压器饱和. 我们知道，当发生任何故障时，电量不会突然变化. 故障量的出现将不可避免地伴随着或多或少的非周期性分量. 非周期性分量，尤其是故障电流中的直流分量，不能在变压器之间传递一次或两次. 所有这些电流将显示为励磁电流. 因此，当事故伴随着较大的瞬态分量时，也会引起励磁电流的增加，从而引起变压器的饱和.

电流互感器的误差分析与计算

当我们知道电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie引起时，有必要根据实际工作条件验证所使用的电流互感器的误差是否满足要求. 变压器误差包括角度误差和幅度误差. 就继电保护而言，角度误差的测量过于复杂，在实践中很少会超过该误差. 我们更关心振幅误差. 通常，我们要求当初级电流Ip等于保护装置上可能的最大短路电流时，幅度误差必须小于或等于10％，这就是我们通常所说的10％误差分析要求.

根据一般电路原理，我们可以在图1中看到，为了满足10％误差的要求（即Ie小于或等于10％Ip / Kn），必须确保励磁阻抗Ze大于或等于次级电路总负载阻抗（Xct + Rct + Zb）的9倍. 因此，为了进行10％的误差分析，我们必须知道保护装置处的最大短路电流，与该电流相对应的变压器励磁阻抗的值以及该电流的次级回路的总负载阻抗. 变压器. 下面我们分别讨论.

3.1. 激励阻抗的测量

励磁阻抗测量测试通常称为伏安特性测试. 该测试通常基于图2所示的变压器的简化. 我们两次测量来自变压器的施加电压U，并测量励磁电流Ie（因为此时变压器的初级侧是开路的，所以电流只能流过励磁阻抗Ze，因此该电流必须是励磁电流. 此外，您还应注意此测试（通常应在开路状态下进行，以防止初级电路分流和产生误差）. 改变施加的电压U将得到不同的Ie. 多组U和Ie的组合构成了我们的伏安特性测试数据. 在U-Ie坐标系中绘制与这些数据相对应的点，并将其连接成曲线，这是变压器的伏安特性曲线. 曲线上任何一点的切线大约都是与该点数据相对应的激励阻抗.

图3电流互感器的伏安特性曲线

图3是典型的伏安特性曲线. 从图中可以看出，励磁阻抗不是恒定值，而是随着Ie的变化而不断变化. 该曲线在初始阶段基本上是一条直线，并且励磁阻抗的值基本上保持不变，这对应于变压器的线性工作区域. 当超过饱和点O时，曲线趋于急剧平整，U的微小变化将带来Ie的极大增加. 这表明励磁阻抗的值突然变得很小，这对应于变压器的饱和工作区域.

这个U-Ie曲线，我们只能近似得出励磁阻抗的特性. 从图1可以看出，实际施加到励磁阻抗Ze的电压不是U，而是E. 使用U来计算励磁阻抗实际上包括次级绕组电阻Rct和次级绕组电抗Xct. 在实际工作中，我们通常使用次级绕组电阻来近似整个次级绕组阻抗Zct（底部漏磁变压器，Xct可以忽略）.

继电保护技术问答中提供的数据如下: 对于电压等级高于110KV的变压器，通常使用Zct = R；对于35KV系列或常用的馈线变压器，Zct = 3R，R是变压器次级绕组的直流电阻.

这样，我们可以得到激励电压E = U－Ie×Zct

然后获得励磁阻抗Ze = E / Ie

但是，通过此计算，我们只是将上述伏安特性测试数据转换为一组激励阻抗值. 为了确定变压器在最大短路电流下是否满足10％误差要求，还必须确认哪个励磁阻抗值是最大短路电流下的励磁阻抗. 因此，在进行下一次计算之前，必须确定最大短路电流，以确定使用哪组数据来计算伏安特性数据中的励磁阻抗.

3.2. 确定当前倍数m

根据不同的保护类型，确定当前的多个m具有不同的计算方法. 下面给出一些解释.

3.2.1纵向差动保护

m = Krel * Ikmax / I1n

式中，Ikmax——通过故障的最大短路电流. 纵向差动保护的设置通常是针对故障区域上方的最大不平衡电流. 因此，此处采用最大穿越故障电流来考虑这是否是变压器的误差.

Krel——考虑非周期性分量影响的可靠性系数. 使用快速饱和转换器，因为它对非周期性分量具有一定的抑制作用，因此较小的值通常为1.3. 对于没有速度饱和转换器的转换器，则使用较大的值，通常为2.

I1n——电流互感器的一次额定电流值

3.2.2距离保护

m = Krel * Ik / I1n

上式中，Ik——当保护范围的末端出现故障时流经该保护的最大短路电流. 这是因为单步距离保护避免了设置时的端子故障，同时，由于每个保护部分中的第一个短路端子的故障电流通常最大电流互感器符合，因此端子的最大短路电流应为用于评估变压器误差.

Krel——可靠性系数. 当保护动作时间小于0.5秒时，考虑到瞬态分量可能尚未衰减，较大的值为1.5. 当保护动作时间大于0.5秒时，瞬态分量通常已衰减，其影响非常小. 因此，较小的值为1.3.

3.2.3总线差动保护

m = Krel * Ikmax / I1n

式中，Ikmax——通过故障的最大短路电流. 由于在避免区域外故障时通常会根据最大不平衡电流来设置母线差动，因此这里也使用最大交叉故障电流来评估变压器误差.

Krel——可靠性系数为1.3.

3.2.4限时速断保护

m = Krel * Iop / I2n * Kcon

Iop——继电器工作电流. 因为速断保护反映了故障电流超过工作电流的情况. 因此，仅需考虑动作电流加上可靠性因素. 对于超过故障电流后变压器产生的误差，一般不会影响速断保护的动作行为.

Krel——可靠性系数为1.1

I2n——电流互感器的二次额定电流

Kcon——电流互感器的接线系数. 因为要反映的是变压器本身的实际感觉，所以有必要考虑布线系数的影响，因此这里要除以布线系数.

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