电流互感器基础知识

电流互感器的误差分析和计算
当我们知道电流互感器的误差主要是由于励磁电流Ie引起的之后，就有必要根据实际运行情况来检验所使用的电流互感器的误差是否符合要求。互感器的误差包括角度误差和幅值误差。就继电保护专业而言，角度误差的测量过于繁复且实际情况下误差也极少出现超标的情况，我们更关注的是幅值的误差。我们一般要求一次电流Ip等于保护安装处可能的最大短路电流时，幅值误差小于等于10％，这也就说我们平时所说的10％误差分析中的要求。
根据一般的电路原理我们可知，在图一中，为满足10％误差的要求（Ie小于等于10％的Ip/Kn），则必须保证励磁阻抗Ze大于等于9倍的二次回路总负载阻抗（Xct＋Rct＋Zb）。因此为了进行10％误差分析，我们必须知道保护安装处的最大短路电流、对应于该电流的互感器励磁阻抗值和电流互感器的二次回路总负载阻抗。下面我们分别进行讨论。

3.1.励磁阻抗的测量
励磁阻抗的测量试验就是我们平时所说的伏安特性试验，试验一般以图二所示的互感器简化示意图为基础。我们自互感器二次测施加电压U，测得励磁电流Ie（因为此时互感器一次侧开路，因此电流只能流过励磁阻抗Ze，所以此电流一定是励磁电流。另外，还需注意此项试验一般应在一次开路的情况下进行，以防止一次回路分流，产生误差）。改变外加电压U,会得到不同的Ie。多组U和Ie的组合，就构成了我们的伏安特性试验数据。将这些数据所对应的点在U－Ie坐标系中绘出并连成曲线，就是互感器的伏安特性曲线。该曲线上任一点的切线，就近似是该点的数据所对应的励磁阻抗。

图三电流互感器伏安特性曲线
图三是比较典型的伏安特性曲线。由图中可见，励磁阻抗并不是一个恒定的值，而是随着Ie的 变化不断变化的。曲线在初始阶段基本为一条直线，励磁阻抗的值基本保持不变，这对应着互感器的线性工作区。而当超过饱和点O点后，曲线急剧趋于水平，U很小的变化都会带来Ie极大的增加。说明此时励磁阻抗的值突然变得很小，这对应于互感器的饱和工作区。
这种U－Ie曲线，我们说只能近似表示励磁阻抗的特性。因为从图一中可以看到，真正加在励磁阻抗Ze上的电压并不是U，而是E。用U来计算励磁阻抗实际上是将二次绕组电阻Rct和二次绕组电抗Xct包含在内了。实际工作中，我们一般用二次绕组电阻来近似代替整个二次绕组阻抗Zct（底漏磁互感器，Xct可忽略）。
继电保护技术问答提供数据如下：对于110KV以上电压等级的互感器一般取Zct＝R ，35KV贯串式或常用馈电线互感器取Zct＝3R ，R 为互感器二次绕组直流电阻值。
这样以来我们就可以得出励磁电压E＝U－Ie×Zct
从而的求得励磁阻抗 Ze=E/Ie
然而，通过这种计算我们仅仅是将上面的伏安特性试验数据变成了一组励磁阻抗的数值。为了确定在最大短路电流情况下互感器是否满足10%误差要求，还必须确认哪一个励磁阻抗的数值是在最大短路电流情况下的励磁阻抗。因此在进行下一步计算前，必须确定最大短路电流，从而确定伏安特性数据中用那一组数据来计算励磁阻抗。
3.2.电流倍数m的确定
电流倍数m的确定，根据不同的保护类型有不同的计算方法。下面分别进行一些说明。
3.2.1 纵差保护
m＝Krel*Ikmax/I1n
式中 Ikmax―― 最大穿越故障短路电流。纵差保护的整定一般是对过区外故障时的最大不平衡电流的。因此，这里取最大穿越故障电流以考量这是互感器的误差是否满足要求。
Krel―― 考虑非周期分量影响后的可靠系数。采用速饱和变流器的，因为对非周期分量有一定的抑止作用，因此取值较小一般为1.3。不带速饱和变流器的，取较大值，一般为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
式中 Ik――保护范围一段末端故障时，流过本保护的最大短路电流。这是因为，距离保护一段式躲过末端故障进行整定的，同时，由于各段保护中第一短末端的故障电流一般为最大，因此要用末端最大短路电流来考核互感器误差。
Krel―― 可靠系数。保护动作时间小于0.5秒时，考虑到暂态分量可能尚未衰减完毕，因此取较大值1.5；保护动作时间大于0.5秒时，考虑到暂态分量一般均已衰减完毕，其影响已很小，因此取较小值1.3。
3.2.3 母差保护
m＝Krel*Ikmax/I1n
式中 Ikmax―― 最大穿越故障短路电流。由于母线差动一般也是按躲过区外故障时的最大不平衡电流来整定，因此这里同样用最大穿越故障电流来考核互感器误差。
Krel―― 可靠系数取1.3。
3.2.4 限时速断保护
m＝Krel*Iop/I2n*Kcon
式中 Iop―― 继电器动作电流。因为速断保护反应的是故障电流超过动作电流的情况。因此只需用动作电流加可靠系数来考量即可。至于超过故障电流后互感器器产生的误差，一般并不影响速断保护的动作行为。
Krel―― 可靠系数取1.1
I2n―― 电流互感器二次额定电流
Kcon―― 电流互感器接线系数。因为要反映的是互感器本身的实际感受，因此要考虑接线系数的影响，所以这里除以接线系数。
3.3.伏安特性数据的选取
我们知道通过伏安特性试验得到的数据为多个数据组，我们应该选择那组电流电压数据进行计算励磁阻抗呢？我们一般借助下面的等式：
m＝I1/I1n＝10Ie/I2n
I1―― 为3.2中我们计算m值时所用的电流值
10Ie―― 对应于I1的二次电流，考虑到10％误差的极限要求，所以用10Ie表示。
由于I1n、I1和I2n均已知，通过上式我们就可以在知道对应的保护型式时，计算励磁阻抗所用的励磁电流。
这样我们就可以选取一组伏安特性数据（U－Ie）利用3.1的公式计算出相应的励磁阻抗了。
当然，如果计算出的Ie值在试验数据中没有，则还要采用插值法近似求得。
3.4.互感器实际二次负担的测量
互感器的实际二次负担就是每只互感器实际承载的交流阻抗。可用下式表示：
电流互感器实际负担＝单相互感器绕组两端电压 / 测试电流互感器绕组内流过的电流
测试应该在电流互感器输出端测量（实际工作中多在端子箱出进行，这样会产生误差，没有计及端子箱到互感器输出端子出电缆）。应当注意，当作差动保护回路阻抗测试时应将差动线圈短接。这是因为，我们上面说过差动保护的整定一般均以躲过外部故障产生的不平衡电流，而此时理论上是不产生差动电流的，也就是说差动回路中不流过差动电流，因此差动回路的阻抗也可以忽略。
互感器二次负担测试的示意图如图四所示：