電壓與電流互感器該如何選擇？

電壓與電流互感器該如何選擇？

1 電壓互感器選擇

電壓互感器選擇主要有選用V/V型，還是選用Y/Y/△（開(kāi)口三角形）型，以及臺(tái)數(shù)與母線測(cè)量電壓自動(dòng)切換等問(wèn)題。V/V型只提供三相測(cè)量線電壓，無(wú)單相接地報(bào)警功能，主要用于小型變配電站。Y/Y/△（開(kāi)口三角形）型可以利用開(kāi)口三角形電壓進(jìn)行單相接地報(bào)警，用于大中型變配電站。采用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后，作為單相接地保護(hù)的第二判據(jù)。
對(duì)于小型變配電站，10kV進(jìn)出回路比較少，兩路進(jìn)線運(yùn)行方式為一供一備時(shí)，對(duì)于單母線分段也可以只設(shè)計(jì)一臺(tái)電壓互感器，安裝在母線隔離柜內(nèi)，為內(nèi)部計(jì)量提供測(cè)量線電壓。因?yàn)闊o(wú)論主電源送電或備用電源送電，母聯(lián)斷路器都處于合閘位置，兩段母線均帶電。只有在檢修一段母線時(shí)，電壓互感器才斷開(kāi)。
兩段母線設(shè)計(jì)兩臺(tái)電壓互感器，如果再設(shè)計(jì)母線電壓自動(dòng)切換時(shí)，二次側(cè)必須設(shè)計(jì)自動(dòng)斷開(kāi)斷電保護(hù)點(diǎn)，否則母線電壓自動(dòng)切換后，100V電壓通過(guò)電壓互感器會(huì)使一次側(cè)出現(xiàn)10kV電壓。
兩路電源進(jìn)線需要備自投，而且要求來(lái)電自恢復(fù)時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)線路電壓互感器，或?qū)㈦妷夯ジ衅靼惭b在電源進(jìn)線柜之前，這兩點(diǎn)都需要取得當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)同意。
對(duì)于有高壓電動(dòng)機(jī)的變配電站，為保證電壓互感器故障時(shí)高壓電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)不誤動(dòng)作，應(yīng)設(shè)計(jì)兩段母線測(cè)量電壓自動(dòng)切換。切換整定時(shí)間應(yīng)小于高壓電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，對(duì)于無(wú)高壓電動(dòng)機(jī)的變配電站為了保證在電壓互感器故障時(shí)，電能計(jì)量不受到影響也需要設(shè)計(jì)兩段母線測(cè)量電壓自動(dòng)切換。
兩段母線測(cè)量電壓自動(dòng)切換應(yīng)與電源進(jìn)線及母聯(lián)連鎖，只有在兩路電源進(jìn)線同時(shí)合閘，或有一路電源進(jìn)線與母聯(lián)合閘時(shí)才允許自動(dòng)切換。不應(yīng)加電壓互感器手車(chē)位置或隔離開(kāi)關(guān)連鎖，否則自動(dòng)切換無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
V/V型無(wú)中性點(diǎn)只能取得線電壓，可選用兩個(gè)單相電壓互感器組成。如果二次側(cè)需要接地時(shí)只能將B相接地。
Y/Y型有三相三柱式，三相五柱式與三個(gè)單相電壓互感器三種形式。三相三柱式用于高壓側(cè)中性點(diǎn)接地的供配電系統(tǒng)。三相五柱式與三個(gè)單相電壓互感器二次側(cè)為雙繞組，一組供測(cè)量，一組接成開(kāi)口三角形，形成零序電壓濾序器進(jìn)行高壓側(cè)單相接地報(bào)警。此時(shí)一次與二次側(cè)中性點(diǎn)均應(yīng)接地。
供電系統(tǒng)電源中性點(diǎn)不接地時(shí)，發(fā)生單相接地后，其他兩相對(duì)地電壓升高√3倍，測(cè)量繞組中性點(diǎn)接地時(shí)，一般不宜接入測(cè)量相電壓儀表。
高壓側(cè)發(fā)生單相接地后，如果電壓互感器一次與二次側(cè)中性點(diǎn)都接地，由于不接地兩相對(duì)地電壓升高，容易因鐵芯飽和引起鐵磁諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓。現(xiàn)在有些電壓互感器廠生產(chǎn)一種抗鐵磁諧振三相五柱式電壓互感器（JS2G－10型），改進(jìn)了原三相五柱式電壓互感器的結(jié)構(gòu)，提高了抗諧振防燒毀能力，同時(shí)也提高了測(cè)量精度，減少了銅鐵損耗。

2 電流互感器選擇

對(duì)于電源中性點(diǎn)不直接接地的供配電系統(tǒng)，A、C兩相安裝電流互感器，可以滿(mǎn)足相間短路保護(hù)的要求。發(fā)生單相接地故障后，對(duì)地故障電流為該供配電系統(tǒng)其它兩相對(duì)地電容電流的向量和，也等于一相對(duì)地電容電流的3倍。規(guī)范規(guī)定允許繼續(xù)運(yùn)行兩小時(shí)，可只報(bào)警不跳閘。
當(dāng)電纜線路較長(zhǎng)時(shí)，電容電流增大，發(fā)生單相接地故障后，其他兩相對(duì)地電容電流要通過(guò)接地點(diǎn)流向電源。當(dāng)單相接地故障電流太大時(shí)，會(huì)加速擴(kuò)大事故，對(duì)地故障電壓也提高，此時(shí)就需要跳閘。應(yīng)將電源中性點(diǎn)改為直接接地，或串聯(lián)大電阻接地（又稱(chēng)為大電阻接地或小電流接地，大電阻接地是相對(duì)于直接接地而言）。此時(shí)發(fā)生單相接地，稱(chēng)為單相對(duì)地短路，應(yīng)設(shè)計(jì)三個(gè)電流互感器進(jìn)行單相對(duì)地短路保護(hù)。電流互感器變比應(yīng)按照最大計(jì)算負(fù)荷電流的1.5～2.0倍來(lái)選擇，并利用短路電流進(jìn)行電流速斷保護(hù)測(cè)量精度校驗(yàn)。
電源中性點(diǎn)串聯(lián)大電阻接地（又稱(chēng)為大電阻接地或小電流接地）的供電系統(tǒng)，也可設(shè)計(jì)兩電流互感器，但需要設(shè)計(jì)零序電流互感器進(jìn)行單相接地保護(hù)。此時(shí)單相接地保護(hù)可以按照不平衡電流來(lái)整定，整定值計(jì)算比較簡(jiǎn)單。
現(xiàn)在許多設(shè)計(jì)都設(shè)計(jì)三電流互感器，其目的是為了適應(yīng)將來(lái)供配電系統(tǒng)電源中性點(diǎn)接地方式的改變，也可以作為低壓側(cè)母干線末端單相接地保護(hù)的后備保護(hù)。供配電系統(tǒng)電源中性點(diǎn)接地方式改變，繼電保護(hù)方案也要發(fā)生變化，會(huì)牽涉到許多用戶(hù)，問(wèn)題比較多。采用變配電站綜合自動(dòng)化后，繼電保護(hù)方案由軟件設(shè)置，改變起來(lái)比較容易。所以設(shè)計(jì)為三個(gè)電流互感器還是有一定的道理。建設(shè)部變電所二次接線標(biāo)準(zhǔn)圖（D203-1～2）都按照三電流互感器設(shè)計(jì),可能是考慮到將來(lái)供配電系統(tǒng)電源中性點(diǎn)接地方式改變的需要。但在供配電系統(tǒng)不大時(shí)，設(shè)計(jì)為二電流互感器也是可以的。
電流互感器二次側(cè)一般有測(cè)量與保護(hù)兩個(gè)繞組，測(cè)量繞組用于計(jì)量柜為0.5級(jí)，一般為1.0級(jí)，保護(hù)繞組精度為10P10,有差動(dòng)保護(hù)時(shí)應(yīng)選二次側(cè)有一組測(cè)量?jī)山M保護(hù)的三個(gè)繞組的電流互感器，用于差動(dòng)保護(hù)的繞組精度可選5P10。電流互感器一次側(cè)額定電流用于變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備時(shí)，一般為設(shè)備額定電流的1.2倍。用于進(jìn)線或母聯(lián)時(shí)，應(yīng)為計(jì)算電流的1.2倍。電流互感器變比過(guò)大，二次側(cè)測(cè)量與保護(hù)電流減小，會(huì)對(duì)測(cè)量及保護(hù)整定帶來(lái)影響。電流互感器變比過(guò)小，準(zhǔn)確限值系數(shù)P小，短路電流比較大時(shí)，發(fā)生短路事故后，誤差容易超過(guò)10％，應(yīng)進(jìn)行10％誤差校驗(yàn)。
二次側(cè)有三個(gè)繞組的電流互感器，一組用于電能計(jì)量、一組用于測(cè)量、一組用于保護(hù)。但現(xiàn)在供電部門(mén)都要求單獨(dú)設(shè)計(jì)電能計(jì)量柜，在沒(méi)有差動(dòng)保護(hù)時(shí)選用二次側(cè)有三個(gè)繞組的電流互感器就沒(méi)有太大必要。
高壓電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)需要測(cè)量一相電流，外部電纜截面等于或大于2.5平方毫米，距離太遠(yuǎn)時(shí)這一相的電流互感器會(huì)因?yàn)樨?fù)載阻抗大，而使測(cè)量誤差加大，造成三相電流測(cè)量上的不平衡。此時(shí)可以選用二次側(cè)額定電流為1A的電流互感器，或在電流互感器二次側(cè)5A回路中加一個(gè)5/1A的小型電流互感器，提高電流互感器的負(fù)載阻抗。
電流互感器二次側(cè)額定電流為5A時(shí)，其負(fù)載容量為：S＝10VA伏安＝U×I ＝Z×I×I＝Z×5×5＝Z×25伏安，負(fù)載阻抗為:Z＝10÷25＝0.4歐姆。
二次側(cè)額定電流為1A的電流互感器，在負(fù)載容量同樣為10VA伏安時(shí)：S＝10VA伏安＝U×I＝ Z×I×I＝Z×1×1＝Z×1伏安，負(fù)載阻抗為：Z＝10÷1＝10歐姆。載阻抗增加了25倍。

3 電流互感器的額定準(zhǔn)確限值

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保護(hù)用電流互感器按工作性質(zhì)分為：P級(jí)、TPS級(jí)、TPX級(jí)、TPY級(jí)與TPZ級(jí)。P級(jí)為精度限額由穩(wěn)態(tài)對(duì)稱(chēng)一次電流下的綜合誤差定義，對(duì)剩磁無(wú)限制。TPS級(jí)為低漏磁電流互感器，工作性能由二次側(cè)勵(lì)磁特性及圈數(shù)誤差極限定義，對(duì)剩磁無(wú)限制。TPX級(jí)為精度限額由暫態(tài)工作環(huán)境中的最大瞬時(shí)誤差定義，對(duì)剩磁無(wú)限制。TPY級(jí)為精度限額由所擬訂的暫態(tài)工作環(huán)境中的最大瞬時(shí)誤差定義，剩磁不超過(guò)飽和磁通的10％。TPZ級(jí)為精度限額由三次諧波環(huán)路時(shí)間常數(shù)下直流偏移的單次激勵(lì)中最大瞬時(shí)交流誤差定義，對(duì)直流分量誤差限額無(wú)要求，剩磁可忽略。
速斷、過(guò)電流與過(guò)負(fù)荷保護(hù)電流互感器二次側(cè)繞組選10P級(jí)，差動(dòng)保護(hù)時(shí)電流互感器二次側(cè)繞組宜選5P級(jí)。有些變配電站綜合自動(dòng)化裝置軟件可以將過(guò)電流與過(guò)負(fù)荷保護(hù)設(shè)置到電流互感器二次側(cè)測(cè)量繞組上，此時(shí)過(guò)電流與過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作電流（二次側(cè)）不能大于5A。
電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)是以該級(jí)的額定準(zhǔn)確限值一次電流下的最大允許綜合誤差的百分?jǐn)?shù)來(lái)標(biāo)稱(chēng)。P的含義為標(biāo)準(zhǔn)的額定準(zhǔn)確限值系數(shù)，分別為5P、10P等。準(zhǔn)確級(jí)為5P時(shí)，在額定一次電流時(shí)，電流誤差為±1％，相位誤差為60分；在額定準(zhǔn)確限值一次電流電流時(shí)，復(fù)合誤差為±5％。準(zhǔn)確級(jí)為10P時(shí)：在額定一次電流時(shí)，電流誤差為±3％，相位誤差無(wú)要求，在額定準(zhǔn)確限值一次電流電流時(shí)，復(fù)合誤差為±10％。
同一準(zhǔn)確級(jí)的電流誤差與電流互感器的負(fù)載有關(guān)。保護(hù)用電流互感器除滿(mǎn)足一次回路的額定電壓與電流以及短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定要求外，還應(yīng)按照電流互感器限值系數(shù)曲線，進(jìn)行誤差校驗(yàn)，保證在發(fā)生短路事故時(shí)保護(hù)電流測(cè)量誤差不超過(guò)允許值。
額定準(zhǔn)確限額一次電流是指電流互感器能滿(mǎn)足綜合誤差要求的最大一次電流。額定準(zhǔn)確限額系數(shù)P是指額定準(zhǔn)確限額的一次電流與電流互感器額定一次電流之比。誤差校驗(yàn)時(shí)先從電流互感器限值系數(shù)曲線中根據(jù)電流互感器的變比和負(fù)載查到額定準(zhǔn)確限額系數(shù)P，然后用額定準(zhǔn)確限額系數(shù)P乘以電流互感器額定一次電流，求出額定準(zhǔn)確限額一次電流。此電流應(yīng)大于保護(hù)最大動(dòng)作電流，滿(mǎn)足不了時(shí)，應(yīng)減小電流互感器的負(fù)載，或加大電流互感器的變比。
目前廠家給出的電流互感器限值系數(shù)曲線，實(shí)質(zhì)上是比誤差為10％的誤差曲線，此曲線為一次電流為其額定電流某個(gè)倍數(shù)與二次側(cè)負(fù)載最大允許值之間的關(guān)系曲線。在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行誤差校驗(yàn)，保證在發(fā)生短路事故時(shí)，比誤差不超過(guò)10％。
電流互感器銘牌上有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，除額定變比外，還有額定容量，用來(lái)檢驗(yàn)負(fù)載阻抗。負(fù)載阻抗大于規(guī)定值時(shí)，電流互感器的測(cè)量誤差就會(huì)超過(guò)規(guī)定值，此時(shí)應(yīng)減小負(fù)載阻抗，或加大電流互感器的容量。
設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：用于計(jì)費(fèi)時(shí)，0.5級(jí)電能表配0.2級(jí)電流互感器，用于測(cè)量時(shí)，1.0級(jí)儀表及電量變送器配0.5級(jí)電流互感器，2級(jí)電能表與測(cè)量?jī)x表配1.0級(jí)電流互感器。

4 零序電流互感器

供配電回路三根相線穿過(guò)零序電流互感器時(shí)，三相三線制供配電系統(tǒng)，零序電流互感器感應(yīng)不出三相負(fù)荷平衡電流，只能感應(yīng)出三相對(duì)地不平衡電容電流。三相四線制供配電系統(tǒng)，零序電流互感器可以感應(yīng)出三相負(fù)荷平衡電流，與三相對(duì)地不平衡電容電流。
電源中性點(diǎn)接地的供配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后，電源中性點(diǎn)通過(guò)大地與接地點(diǎn)形成回路，零序電流互感器可以感應(yīng)出單相接地后的不平衡電流和對(duì)地不平衡電容電流。可以按照零序過(guò)電流保護(hù)來(lái)整定。
電源中性點(diǎn)不接地的供配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后，電源中性點(diǎn)不接大地，與接地點(diǎn)形不成回路，零序電流互感器只能感應(yīng)出單相接地后的對(duì)地不平衡電容電流。發(fā)生單相接地回路感應(yīng)出的是本電壓等級(jí)配電系統(tǒng)未接地兩相對(duì)地電容電流向量和。此電流為本電壓等級(jí)配電系統(tǒng)單相對(duì)地總電容電流的3倍，一般只有十幾到幾十安。
零序電流互感器產(chǎn)品資料都提供出內(nèi)徑尺寸，一次與二次側(cè)額定電流。內(nèi)徑尺寸用來(lái)選擇電纜外徑。一次側(cè)側(cè)額定電流有40A與20A兩種，根據(jù)單相接地后對(duì)地總電容電流來(lái)選擇。二次側(cè)輸出電流有0.1A、0.2A與0.5A三種，實(shí)際上40/0.1A變比為400，40/0.2A變比為200等，目前還不太習(xí)慣用變比來(lái)表示零序電流互感的規(guī)格。常規(guī)保護(hù)按照與接地繼電器相匹配來(lái)選二次側(cè)輸出電流。采用變配電站綜合自動(dòng)化裝置后，變配電站綜合自動(dòng)化裝置的零序電流輸入為0～1A，應(yīng)選二次側(cè)輸出為0.5A或再大一級(jí)。變壓器低壓側(cè)零序電流互感器安裝在中性線上，可選用與相線同型號(hào)的電流互感器，變比可減小一半。也可以利三相用電流互感器二次側(cè)組成濾序器方案，來(lái)進(jìn)行單相接地保護(hù)。三個(gè)電流互感器中性線接到變配電站綜合自動(dòng)化裝置的零序電流輸入端子上就可以了，這樣可省掉零序互感器。
如果能生產(chǎn)二次側(cè)額定電流為1.0A的零序電流互感器，或者將變配電站綜合自動(dòng)化裝置的零序電流輸入減小為0～0.5A�？商岣邌蜗嘟拥乇Ｗo(hù)動(dòng)作的可靠性。