保护级电流互感器额定容量计算与选择
【摘要】本文从对电网常用的P类及PR类电流互感器二次容量的计算及校验做了深入的探讨，并针对由于电力系统广泛采用微机保护装置后，电流互感器二次负荷相对较小，而在选择电流互感器二次容量的时候容易犯经验主义的错误，由此造成了测量仪表的误差等问题也做了深入的分析。
【关键词】电流互感器 ，额定容量 ，计算，选定
1.引言
随着我国电力系统网络日趋扩大，变电站系统短路电流越来越大，电流互感器已成为电力系统的一种重要电气设备，对电流互感器的要求也越来越高，由于电力系统广泛采用微机保护装置后，而在选择电流互感器二次容量的时候容易犯经验主义的错误，而造成了测量仪表的误差，严重时可能造成保护拒动、误动，甚至形成电网事故，给电网的运行带来不安全因素。
2. 电流互感器的选择
保护用电流互感器主要与继电保护装置配合使用，当系统发生短路时，向继电保护装置提供电流信号，启动继电保护装置动作于相应断路器，切除故障系统，保证电力系统中未发生故障部分的运行。
根据规定要求，在系统区内出现最大短路电流时，保护用电流互感器不应出现饱和，这与测量用电流互感器的工作条件完全不同，测量用电流互感器除了在正常工作范围内有合适的准确度外，当出现短路电流时，则要求电流互感器饱和，以保护测量装置及仪表不受短路电流损坏，而保护用电流互感器在比正常工作电流大几倍时才开始工作，其误差要求在误差曲线范围内。
因此，电流互感器准确限值电流应大于最大整定电流值，当短路电流增大，电流互感器出现饱和后，二次电流继续保持增大趋势，保护可靠动作。
根据相关部门的试验分析，保护用电流互感器，一次电流较小时，二次电流呈线性变化，当一次电流增大到一定值时，由于铁磁材料密度高且呈非线性，励磁电流中高次谐波很大，使电流互感器误差增大。当电力系统发生短路故障时，短路电流一般为额定电流的十几倍，危及保护装置的灵敏性和选择性，如何控制误差，则须对根据变电站的实际情况选择合适的准确级， 我国电力系统初期保护用电流互感器准确级为B和D级，在选择准确级时，我们应校验10%误差曲线，以保证在短路时电流误差不超过规定值。
目前，电力系统中选用的电流互感器准确级为5P和10P，表示复合误差限值为5%和10%，准确限值系数通常选择为5、10、15、20、30，最大选择到40。
在故障时，若短路电流与额定电流之比小于该数值，说明误差控制在准确级范围内。 在选择电流互感器时，应注意几个方面，
一是一次额定电流应按照国家标准来选择而不应向断路器标准看齐；
二是额定二次符合应通过工程实际情况计算后，选取合理数值，并不是通常认为的负荷越大越好；
三是对于额定电流较小而短路电流较大时，应对电流互感器参数进行校验算，合理选择电流互感器参数 ，以满足工程及制造水平的要求。
3．电流互感器二次负荷计算及校验
3.1 电流互感器二次负荷计算电流互感器的额定二次电流(I sn )已经标准化，分为 1A 和 5A。
对于新建工程宜选用 1A，某些情况下为降低电流互感器二次开路电压，可选用 5A。
电流互感器的二次负荷可用阻抗 Z b 或容量 S b 表示，如下式：
电流互感器的二次负荷：Z b =S b /I sn2
当电流互感器额定二次电流为 5A 时，S b = 25Z b当电流互感器额定二次电流为 1A 时，S b =Z b计算连接导线的负荷时，可忽略电感，仅计算电阻 R l ，
如下式：连接导线电阻：R l =L/（γ×A）式中：L---电缆长度，单位 mγ---电导系数，铜芯电缆取 57，单位 m/（Ω×mm2 ）A---导线截面，电流回路取 4 mm2
目前，电力系统采用的微机保护装置二次负荷较小且电流互感器二次负荷与导线截面有关，因此，连接导线的电阻及导线接触电阻应考虑在电流互感器二次负荷中。
在计算负荷时应注意不同的接线方式和故障形态下的阻抗换算系数不同。
所以，电流互感器的二次负荷由两部分组成：保护装置或测量仪表和连接导线。
如下式：保护电流互感器二次负荷：Z b =∑K rc Z r +K lc R l +R c式中：K rc ---保护装置阻抗换算系数Z r ---保护装置阻抗，不计电抗，单位ΩK lc ---连接导线阻抗换算系数 R l ---连接导线电阻R c ---接触电阻，0.05Ω～0.1Ω3.2
电流互感器二次负荷校验电流互感器准确度等级与二次负荷容量有关，电流互感器二次负荷不得大于其准确等级所限定的二次负荷。
在系统容量很大，而额定二次电流选用 1A，以及采用微机保护装置时，可能遇到准确限制系数不够但二次输出容量有裕度的情况。
因此必要时可进行精确验算，采用按额定二次极限电动势进行验算，即E S1 ≥E S ，以便合理选择电流互感器。
如下式：额定二次极限电动势：E S1 = K alf I sn (R ct +R bn )二次感应感应电动势：E S = KK pcf I sn (R ct +R b )式中：K alf ---电流互感器准确限制系数I sn ---电流互感器额定二次电流R ct ---电流互感器二次绕组电阻R bn ---电流互感器额定负荷K pcf ---保护校验系数K---给定暂态系数R b ---电流互感器实际二次负荷4．计算实例 已知某局 220kV LH 变电站 220kV 线路电流互感器变比为 5P30,2000/1A，接线方式为三相星形接线，其 220kV 侧单相接地短路电流为 47.48kA,查表知 ，K rc =1，K lc =2。保护电流互感器二次负荷:Z b =1ⅹ2+2ⅹ[300/(57ⅹ4)]+0.1=4.732Ω电流互感器的二次负荷额定值可根据实际负荷选用 10、20、30VA。
保护校验系数 K pcf =47.48/2=23.74。给定暂态系数 K=2。根据保护装置及厂家提供参数 ：R ct =14Ω。二次感应感应电动势：E S =2ⅹ23.74额定二次极限电动势：E S1 =30ⅹ1ⅹ由 E S1 ＜E S ，当选用 5P30 的电流互感器20VA 时，E S1 =1020V。由 E S1 ＞E S ，20VA 的容量满足要求。如果增大电流互感器准确限制系数，可降低5P40 时，E S1 =40ⅹ1ⅹ(14+10)=960。由 E的容量勉强满足要求，为提高设计的安全系数，可增大一个容量等级。
参考文献：DL/T 866-2004
IEC60044-1
IEC60044-6
GB/T 1208-1997
