电流互感器伏安特性和 10%误差曲线 的原理和分析方法.pdf

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1、电流互感器伏安特性和10%误差曲线的原理和分析方法一、电流互感器的工作原理电流互感器（CT）是变换电流的电气设备，它的主要功能是向二次系统提供电流信号以反映一次系统的工作情况。目前，电力系统应用比较广泛的是带铁芯的无气隙式电流互感器，其基本结构与变压器相同并按照变压器工作原理工作。（如下图）L1L2I1N1I2N2I2K1K2图1图2CT一次侧绕组串接于电网，二次侧绕组与测量仪表或继电器的电流线圈相串联。图中L1、L2和K1、K2表示电流互感器一次、二次绕组。此为一般CT的简单原理图。CT的额定变比K＝I1/I2＝N

2、2/N1，为原方与付方的匝数比。对于理想CT：I1×N1＝I2×N2，I1：I2＝N2：N1当原方I1为1个电流时，付方产生I2＝（I1×N1/N2）个电流。但在理论计算中常将付方电流I2进行归一化，即将I2归一化为归算电流I2’：I2’＝I2×K＝I2×N2/N1这样当原方电流I1为1个电流时，付方I2’也为1个电流，这样可以将CT简化为图2所示的T型网路等效电路用于计算。下面为了描述方便归算电流I2’用符号I2来表示。二、电流互感器的磁饱和特性带铁芯的电流互感器的结构形式是原方绕组和副方绕组通过一个共同的铁芯进行

3、互感耦合。正常工作时铁芯的磁通密度B很低，激磁电流Ij很小，故I2＝I1－Ij≈I1，I2与I1的误差极小。当发生短路时原方短路电流将变得很大，使磁通密度B大大增加，Ij也相应增加。在磁通密度B不很大时，Ij基本与B成线性增长，但B增加到一定程度后将出现饱和现象，磁通增加将变得困难，这时增加Ij并不能使磁通成线性增加，而是增加Ij时B增加越来越少。磁通密度B与激磁电流Ij的关系曲线如图3，当B增加到一定程度后将出现饱和，这时Ij将急剧增大，于是I2＝I1－Ij就会出现较大误差。这就是铁心饱和导致互感器出现大的传导误差

4、的原理。图3大的激磁电流Ij将会产生很大的功率Ij×U1，这个功率会使CT产生高的热量，达到一定程度还可能烧毁电流互感器；磁场由小变大产生的磁场交变引起大的磁力，从而导致铁心和硅钢片震动，所以我们经常能听到CT发出嗡嗡的声音。二、CT伏安特性曲线CT伏安特性曲线其实质描述的就是上节所述的B－Ij的关系曲线。CT伏安特性曲线的测试方法如图4。将CT的原方开路，从付方加入交流电压U2，测量电流I2，U2与I2的关系曲线即为伏安特性曲线。图4图5由图2可见，由于原方开路，故所加电压U2产生的电流I2等于激磁电流Ij，即I2

5、＝Ij而：U2＝I2(Zj+Z2)＝Ij(Zj+Z2)由于Z2是线圈内阻抗，其数值远小于激磁阻抗Zj，故：U2＝I2(Zj+Z2)＝Ij(Zj+Z2)≈Ij×Zj＝Uj由此可见，U2与I2的关系曲线就是Uj与Ij的关系曲线。根据磁感应定律，线圈的感应电压Uj与磁通的变化率成正比，在固定频率的交流磁场中，Uj与B成正比，故Uj与Ij的关系曲线即描述的是B与Ij的关系曲线，也就是说根据此测试方法测得的伏安特性曲线描述的就是B与Ij的关系曲线。从真实试验测出的伏安特性曲线图5与图2形状相同，数值成比例。三、CT的传导误差和

6、误差曲线由图2可知：I2＝I1－IjI1＝I2+Ij＝I2+I2(Z2+Zl)/Zj公式右边一项E＝Ij＝I2(Z2+Zl)/Zj即为CT产生的传导误差，即原方I1传导到付方的电流I2≠I1，误差为Ij。在理想CT中，Zj＝∝，Ij＝0，故I1＝I2，无传导误差。在实际CT中，I1不大时，CT未饱和，Zj很大，误差也很小。但当I1越大时磁通B越饱和，这时Zj急剧减小，这时Ij急剧增大，即误差E急剧增大。这就是I1越大传导误差越大的原理。在CT所带的实际电路中，回路负载Zl≠0,若Zl越大时，E＝I2(Z2+Zl)/Z

7、j也越大。即CT所带回路越多，误差也会越大。综上所述，当一次电流I1增大时，误差会越大，同样回路负载Zl越大时，误差也会越大。那么，若I1增大时，可以通过减小Zl，或者，若Zl增大时，可以通过减小I1，都可适当减小一些误差。即是说，要将误差控制在一定范围内，当I1增大时可以通过减小Zl来实现，反之当Zl增大时可以通过减小I1来实现。这就是10％和5％误差曲线的原理。10％误差曲线，是当传导误差E＝10％时，CT一次电流倍数m10与CT二次侧所带负载Zl的关系曲线，如图6所示。即CT一次电流倍数为m10、二次负载为Zl

8、时，误差E＝10％。曲线纵坐标为m10，m10＝I1/I1e，即原方额定电流的倍数。曲线横坐标为Zl，为付方所带负载。曲线上某点A(Ax，Ay)的意义是，当阻抗Zl＝Ax时，最大允许一次电流I1＝Ay×I1e，此时误差E≤10％。若I1大于此值，或Zl大于Ax，误差均大于10％。5％误差曲线的意义与10％误差曲线类似，只是允许误差为5％。10％