何艷1 白怡明1 楊廣亮2
1中煤國際工程集團沈陽設計研究院, 沈陽市110000
2 江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇江陰 214405
摘 要：分析低壓電流互感器的原理，介紹了準確級和準確級限值的概念，同時并在此基礎上，結合工程實例分析。低壓電流互感器在低壓測量、計量、繼電保護、系統監測、接地保護等方面的選用。
關鍵詞：低壓配電系統 低壓電流互感器 工作原理 準確級 準確級限值 選型
1 引言
隨著我國電力工業中城網及農網的改造，以及低壓配電系統的自動化程度不斷提高，電流互感器作為低壓配電系統中的一種重要電氣元件，已被廣泛地應用于測量、計量、繼電保護、系統監測、接地保護和各種電力系統分析之中，本文對此進行初步的探討。
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在被測線路中，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，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，Z2e為二次回路設備及連接導線阻抗。當一次電流從電流互感器P1端流進，P2端出，在二次Z2e接通的情況下，由電磁感應原理，電流互感器二次繞組有電流I2從S1流過，經Z2e至S2，形成閉合回路。由此可得電流在理想狀態下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 測量用電流互感器
3.1.1 測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
測量用電流互感器廣泛用于對低壓配電系統電流的測量，主要準確(對電流互感器給定的等級)級有：0.2、0.5、1、3、5等，目前應用比較廣泛的測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、規格繁多，可根據不同規格的母排或線纜選用最經濟合理的電流互感器，表(一)以AKH-0.66型電流互感器，分析測量用電流互感器的運用及特點。
表(一) AKH-0.66測量用電流互感器技術參數表
3.1.2 測量用電流互感器在低壓配電系統中的問題及應用實例
測量用電流互感器在低壓配電系統中二次輸出5A和1A的選擇，是一些電氣工程師經常遇到的問題。
2009年12月山東聊城某化工廠，各生產車間環境多為爆炸性環境，各車間電氣控制室不安裝在車間內，而是安裝在離各車間較遠的公共電氣控制室，來實現對系統電流信息的集中采集，現場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 5VA 穿心1匝 等許多規格，使用的電流表為CL72-AI，該項目比較大，該項目在將完工，部分工程試運行時，發現所有電流表顯示與現場電流完全不準確。
經分析，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載Z2e時所消耗的視在功率S2e，即，S2e=I2e²Z2e; 因數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，遠遠大于電流互感器的額定容量5VA，所以此時應該選擇200/1A的電流互感器，2010年2月份該項目更換了所有的比5A電流互感器，同時由于電流表為數顯表，變比可以重新設定為200/1，使整個系統恢復正常。
從本實例可以得出電流互感器接數顯電流表時，傳輸距離對比如表(二)
表(二) 傳輸距離對比
3.2 計量用電流互感器
3.2.1 計量用電流互感器就是與計費電能表和計量裝置配合使用的電流互感器。主要準確級有：0.2、0.5S、0.2S。
3.2.2 計量用電流互感器在低壓配電系統中的問題及應用實例
計量用電流互感器在低壓配電系統中，準確級0.2級、0.2S級區分是用戶經常碰到的問題，以及錯誤接線(極性接反)對計量的影響。
3.2.2.1 準確級0.2級、0.2S級區別見表(三)
表(三) 誤差和相位差限值
3.2.2.2 計量用電流互感器的錯誤接線(極性接反)對計量的影響
(1)計量接線方式三相三線
正確接線時的有功功率為：P=Pa+ Pc =UabIa.cos(30°+φa)+ Ucb.Ic.cos(30°-φc);
三相電路平衡時，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;
所以錯誤接線時的有功功率為：
P´=Pa´+ Pc´=Uab.Ia.cos(210°+φa)+ Ucb.Ic.cos(30°-φc)=UIsinφ;
若功率因數cosφ=0.9，則當A相計量互感器極性接反，漏計電能為實際計量電能的：
P/ P´-1=3UIcosφ/UI sinφ-1=3×0.9/0.4359-1=5.19倍;
(2)計量接線方式三相四線
正確接線時的有功功率為：P=Pa+ Pb+ Pc =UaIa.cosφa+ Ub.Ib.cosφb+Uc.Ic.cosφc;
三相電路平衡時，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;
所以錯誤接線時的有功功率為：
P´=Pa+Pb+Pc=-UaIa.cosφa+Ub.Ib.cosφb+ Uc.Ic.cosφc= UIcosφ;
則當A相計量互感器極性接反，漏計電能為實際計量電能的：
P/ P´-1=3UIcosφ/UIcosφ-1=2倍;
3.3 保護用電流互感器
3.3.1 保護用電流互感器就是為保護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電流過載保護和短路保護。主要準確級有：5P、10P，5、10表示復合誤差5%、10%，準確限值系數又叫限值系數，它是額定準確限值一次電流(此時符合誤差不超過5%、10%)與額定一次電流的比值，準確限值系數有，5、10、15、20，
3.3.2保護用電流互感器在低壓配電系統中的問題及應用實例
保護電流互感器在低壓配電系統中，準確級以及準確限值系數的選擇是用戶經常碰到的問題。
2003年河北某工廠，由于新廠房擴建，在新廠房1500米附近安裝了一臺250KVA(10/0.4kV)配變，與主變距離2500米，因負荷較小(額定電流80A)，當時為了考慮計量準確，使互感器額定一次電流與最大負荷電流相接近，將電流互感器比選擇100/5A，同時保護用電流互感器選擇100/5A，10P10。在施工下水道時，將電纜挖斷，造成工廠附近大面積停電。
經電網參數計算得：主變短路電抗為X1 = 0.07Ω，配變短路電抗為X2 = 0.5Ω，短路點前短路電抗為X3= 0.4Ω， 計算電抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 0.97。 相短路時TA流經次暫態短路電流周期分量有效值為：I" = 1 / X*∑×5.5 = 5.67(kA)，此時短路電流是額定電流的56.7倍，遠遠大于準確限值系數10，同時復合誤差超過10%時，影響繼電器動作，應該選擇500/5A 10P15。
3.4 剩余電流互感器
3.4.1 在低壓配電系統中接地保護主要有：零序保護(中、高壓均可以使用)和剩余電流保護(也稱漏電電流保護)，兩者基本工作原理相同都是基于基爾霍夫電流定律，但是使用場合根據系統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，也常常與電氣火災監控系統配套使用，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中的區別，祥見(表四)，以及剩余電流互感在接地系統方式不同時的應用，祥見表(五)。
表(四) 剩余電流互感器與零序電流互感器的區別
表(五) 接線方式剩余電流互感器在接地系統方式不同時的應用
3.5 電流互感器使用過程中的注意事項
(1)電流互感器在接線時，同名端必須要保持一致，即P1、S1;P2、S2。
(2)電流互感器在正常運行時，二次不得開路，防止二次開路產生高電壓，影響人身和設備安全。
4 結束語
本文對低壓配電系統中的不同類型電流互感器進行了簡單概述，推薦給電力系統各位專家和電氣工程師們參考，有利于不同類型低壓電流互感器在低壓智能配電系統的廣泛應用。
文章來源于：《電氣開關》2010年4期。
參考文獻
[1] 江蘇安科瑞電器制造有限公司.電量傳感器選型手冊,200903版.
[2] 任致遠，周中.電力電測數字儀表原理與應用指南,中國電力出版社，2007.
