无锡低压开口互感器

低压配电系统电流互感器的选型方案 安科瑞 鲍静君

　　摘 要：分析低压电流互感器的原理，介绍了准确级和准确级限值的概念，同时并在此基础上，结合工程实例分析。低压电流互感器在低压测量、计量、继电保护、系统监测、接地保护等方面的选用。

　　关键词 低压配电系统 低压电流互感器 工作原理 准确级 准确级限值 选型

　　1.引言

　　随着我国电力工业中城网及农网的改造，以及低压配电系统的自动化程度不断提高，电流互感器作为低压配电系统中的一种重要电气元件，已被广泛地应用于测量、计量、继电保护、系统监测、接地保护和各种电力系统分析之中，本文对此进行初步的探讨。

　　2.低压电流互感器工作原理

　　低压电流互感器的工作原理如图1所示，电流互感器的一次绕组串联在被测线路中，I1为线路电流即电流互感器的一次电流，N1为电流互感器的一次匝数，I2电流互感器二次电流(通常为5A、1A)，N2为电流互感器的二次匝数，Z2e为二次回路设备及连接导线阻抗。当一次电流从电流互感器P1端流进，P2端出，在二次Z2e接通的情况下，由电磁感应原理，电流互感器二次绕组有电流I2从S1流过，经Z2e至S2，形成闭合回路。由此可得电流在理想状态下I1×N1=I2×N2，所以有I1/I2=N1/N2=K，K为电流互感器的变比。

　　图1

　　3.低压电流互感器的选型

　　3.1测量用电流互感器

　　3.1.1测量用电流互感器是为指示仪表、积分仪表和其他类似电器提供电流的电流互感器。

　　测量用电流互感器广泛用于对低压配电系统电流的测量，主要准确(对电流互感器给定的等级)级有：0.2、0.5、1、3、5等，目前应用比较广泛的测量用互感器主要为母线式电流互感器，安装方便，而且其型号、规格繁多，可根据不同规格的母排或线缆选用较经济合理的电流互感器，表(一)以AKH-0.66型电流互感器，分析测量用电流互感器的运用及特点。

　　表(一)AKH-0.66测量用电流互感器技术参数表

　　3.1.2测量用电流互感器在低压配电系统中的问题及应用实例

　　测量用电流互感器在低压配电系统中二次输出5A和1A的选择，是一些电气工程师经常遇到的问题。

　　2009年12月山东聊城某化工厂，各生产车间环境多为爆炸性环境，各车间电气控制室不安装在车间内，而是安装在离各车间较远的公共电气控制室，来实现对系统电流信息的集中采集，现场电流互感器与控制室之间距离大约200米，有的甚至300米，二次传输导线为2.5平方毫米，使用的电流互感器有AKH-0.66/30I 200/5A 0.5级 5VA 穿心1匝 等许多规格，使用的电流表为CL72-AI，该项目比较大，该项目在将完工，部分工程试运行时，发现所有电流表显示与现场电流完全不准确。

　　经分析，电流互感器额定容量就是电流互感器额定二次电流I2e，通过二次回路额定负载Z2e时所消耗的视在功率S2e，即，S2e=I2e2Z2e; 因数显表消耗的视在功率只有0.05VA，很小，所以我们可以不考虑 ，Z2e=ρ.2L/S=0.0176Ω. mm2/m×2×200 m /2.5=2.82Ω，S2e= I2e2Z2e=5A2×2.82Ω=70.5VA，远远大于电流互感器的额定容量5VA，所以此时应该选择200/1A的电流互感器，2010年2月份该项目更换了所有的比5A电流互感器，同时由于电流表为数显表，变比可以重新设定为200/1，使整个系统恢复正常。

　　从本实例可以得出电流互感器接数显电流表时，传输距离对比如表(二)

　　表(二)传输距离对比

　　3.2计量用电流互感器

　　3.2.1计量用电流互感器就是与计费电能表和计量装置配合使用的电流互感器。主要准确级有：0.2、0.5S、0.2S。

　　3.2.2计量用电流互感器在低压配电系统中的问题及应用实例

　　计量用电流互感器在低压配电系统中，准确级0.2级、0.2S级区分是用户经常碰到的问题，以及错误接线(极性接反)对计量的影响。

　　3.2.2.1准确级0.2级、0.2S级区别见表(三)

表(三)误差和相位差限值

　　3.2.2.2计量用电流互感器的错误接线(极性接反)对计量的影响

　　(1)计量接线方式三相三线

　　正确接线时的有功功率为：P=Pa+ Pc =UabIa.cos(30°+φa)+ Ucb.Ic.cos(30°-φc);

　　三相电路平衡时，Uab=Ucb=√3U，Ia=Ic=√3I，即，P=3UI cosφ

　　假如A相电流互感器极性接反，祥见接线图(a)和相量图(b)

　　这样我们可以得出：公用线的电流Io是相电流的√3倍;

　　电能表一的电流滞后电压的角度为：30°+φa+180°=210°+φa;

　　电能表二电流滞后电压的角度为：30°-φc;

　　所以错误接线时的有功功率为：

　　P′=Pa′+ Pc′=Uab.Ia.cos(210°+φa)+ Ucb.Ic.cos(30°-φc)=UIsinφ;

　　若功率因数cosφ=0.9，则当A相计量互感器极性接反，漏计电能为实际计量电能的：

　　P/ P′-1=3UIcosφ/UI sinφ-1=3×0.9/0.4359-1=5.19倍;

　　(2)计量接线方式三相四线

　　正确接线时的有功功率为：P=Pa+ Pb+ Pc =UaIa.cosφa+ Ub.Ib.cosφb+Uc.Ic.cosφc;

　　三相电路平衡时，Ua=Ub=Uc=U，Ia=Ib=Ic=I，即，P=3UIcosφ

　　假如A相电流互感器极性接反，祥见接线图(c)和相量图(d)

　　这样我们可以得出：公用线的电流Io是相电流的2倍,A相电流为-Ia;

　　所以错误接线时的有功功率为：

　　P′=Pa+Pb+Pc=-UaIa.cosφa+Ub.Ib.cosφb+ Uc.Ic.cosφc= UIcosφ;

　　则当A相计量互感器极性接反，漏计电能为实际计量电能的：

　　P/ P′-1=3UIcosφ/UIcosφ-1=2倍;

　　3.3.保护用电流互感器

　　3.3.1保护用电流互感器就是为保护用继电器提供电流的电流互感器器，与电流继电器等类似电器配套使用，主要用于低压配电系统电流过载保护和短路保护。主要准确级有：5P、10P，5、10表示复合误差5%、10%，准确限值系数又叫限值系数，它是额定准确限值一次电流(此时符合误差不**过5%、10%)与额定一次电流的比值，准确限值系数有，5、10、15、20，

　　3.3.2保护用电流互感器在低压配电系统中的问题及应用实例

　　保护电流互感器在低压配电系统中，准确级以及准确限值系数的选择是用户经常碰到的问题。

　　2003年河北某工厂，由于新厂房扩建，在新厂房1500米附近安装了一台250KVA(10/0.4kV)配变，与主变距离2500米，因负荷较小(额定电流80A)，当时为了考虑计量准确，使互感器额定一次电流与较大负荷电流相接近，将电流互感器比选择100/5A，同时保护用电流互感器选择100/5A，10P10。在施工下水道时，将电缆挖断，造成工厂附近大面积停电。

　　经电网参数计算得：主变短路电抗为X1 = 0.07Ω，配变短路电抗为X2 = 0.5Ω，短路点前短路电抗为X3= 0.4Ω， 计算电抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 0.97。 相短路时TA流经次暂态短路电流周期分量有效值为：I" = 1 / X*∑×5.5 = 5.67(kA)，此时短路电流是额定电流的56.7倍，远远大于准确限值系数10，同时复合误差**过10%时，影响继电器动作，应该选择500/5A 10P15。

　　3.4.剩余电流互感器

　　3.4.1在低压配电系统中接地保护主要有：零序保护(中、高压均可以使用)和剩余电流保护(也称漏电电流保护)，两者基本工作原理相同都是基于基尔霍夫电流定律，但是使用场合根据系统接地方式的不同而不同。剩余电流互感器主要与继电器配合使用，也常常与电气火灾监控系统配套使用，灵敏度高。

　　3.4.2剩余用电流互感器与零序电流互感器在低压配电系统中的区别，祥见(表四)，以及剩余电流互感在接地系统方式不同时的应用，祥见表(五)。

　　表(四)剩余电流互感器与零序电流互感器的区别

　　表(五)接线方式剩余电流互感器在接地系统方式不同时的应用

　　3.5电流互感器使用过程中的注意事项

　　3.5.1电流互感器在接线时，同名端必须要保持一致，即P1、S1;P2、S2。

　　3.5.2电流互感器在正常运行时，二次不得开路，防止二次开路产生高电压，影响人身和设备安全。

　　文章来源于：《电气开关》2010年4期。

　　4.结束语

　　本文对低压配电系统中的不同类型电流互感器进行了简单概述，推荐给电力系统各位和电气工程师们参考，有利于不同类型低压电流互感器在低压智能配电系统的广泛应用。

　　参考文献

　　[1]江苏安科瑞电器制造有限公司.电量传感器选型手册,200903版.

　　[2]任致远，周中.电力电测数字仪表原理与应用指南,中国电力出版社，2007.

　　摘 要：分析开口式电流互感器的原理，结合在半导体行业(如中芯)应用实例，分析开口电流互感器在低压配电系统中，主要是改造项目中的应用及施工细节，为用户快速实现智能配电提供解决方案，该方案具有成本低、投资少、安装接线简便等优点，有利于开口电流互感器在半导体行业中的进一步推广和应用。

　　关键词：开口式电流互感器 半导体行业 改造项目 工作原理 应用 施工细节

　　目前市场大部分低压电流互感器主要用于新项目的建设，由于经济的飞速发展，企业对节能减排意识逐渐提高，许多企业的电气特点是：

　　1)电气柜运行的时间长;

　　2)大部分电流互感器只是对系统电流进行测量，也没有相应的计量装置和保护装置，计量装置只有一块供电局的总表，而对所有车间电能无法进行考核，系统线路保护装置根本没有，;

　　3)谐波含量比较大场合，给APF有源滤波提供采集信号;

　　4)大部分线路干线为大规格铜排，拆卸需要大量的人力和时间，安装常规电流互感器不方便;

　　5)企业生产时间比较紧迫，不能长时间停电。

　　所以如需对上述电气进行改造，采用开口式电流互感器可以为用户节约大量的投资。

　　而在半导体行业中不但要实现能效管理，电气安全更加重要，企业基本上24小时不间断生产，生产中配电系统经常会出现过电流现象，对这个控制也至关重要。

　　1 开口式电流互感器产品设计

　　1.1结构特点

　　本产品结构新颖，外形美观大方,透明翻盖设计接线方便。外壳材料采用PC/ABS合金，具有耐高温、机械强度高、环保等特点;铁芯采用有取向冷扎硅钢片，具有性能稳定，机械强度高，导磁率较高等特点;骨架线圈中的漆包线采用高强度漆包线，具有绝缘强度高，耐温性强等特点，具体结构如图1所示。

　　图1

　　1-骨架线圈，2-透明翻盖，3-安装螺母，4-接线端子，5-铁芯，6-弹簧，7-外壳，8-安装螺钉。

　　1.2工作原理

　　工作原理如图1所示，开口电流互感器的一次绕组串联在被测线路中，I1为线路电流即电流互感器的一次电流，N1为电流互感器的一次匝数，I2电流互感器二次电流(通常为5A、1A)，N2为电流互感器的二次匝数，Z2e为二次回路设备及连接导线阻抗。当一次电流从电流互感器P1端流进，P2端出，在二次Z2e接通的情况下，由电磁感应原理，电流互感器二次绕组有电流I2从S1流过，经Z2e至S2，形成闭合回路。由此可得电流在理想状态下I1×N1=I2×N2，所以有I1/I2=N1/N2=K，K为电流互感器的变比。但是由于开口式电流互感器的铁芯切开后，使铁芯的性能很差，所以必须将的铁芯截面积加大，而且提高安匝数，将I1×N1=I2×N2≥100AN。

图2                                 图3

　　1-开口电流互感器的上体，2-开口电流互感器的下体，3-安装螺丝、螺母

　　1.3产品选型

　　开口式电流互感器是在传统低压母线式电流互感器的基础上进行研发，兼容电缆和铜排安装方式，根据一次电流的测量范围，100A-5000A采用分体式设计方案，可以分为测量用开口式电流互感器和保护用开口式电流互感器。

　　AKH-0.66K系列开口式电流互感器主要应用于配电系统改造项目，安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，为用户改造项目节省人力、物力、财力，提率。该系列电流互感器可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。

　　开口电流互感器规格尺寸表：

　　1.4产品安装

　　如图3所示，将互感器的安装螺丝、螺母打开，卸下互感器的下体，将所有互感器防止在安装现场，然后将互感器的二次接到测量、保护装置;将互感器的上体装入配电系统的一次母排，合上互感器的下体，将互感器的安装螺丝穿过互感器上、下体的固定孔，拧上螺母，将互感器的上、下体固定在一起，然后将互感器通过互感器两侧的安装固定孔将互感器固定在母排上，完成互感器的安装。整个过程比较快速简单。

　　2.开口式电流互感器产品应用

　　开口电流互感器主要应用在配电改造项目中，开口式电流互感器同常规闭口互感器一样输出为标准的5A或1A，测量精度高，容量大，可与测量仪器、仪表配套使用，部分产品过载能力强可与装置配套使用。

　　2.1应用实例

　　1)方案一

　　以上海宏利半导体低压馈线为例如图4所示，每条馈线均需测量三相电流,将电流信号供给继电器,以防止系统电流过载或短路。每条馈线的A相、B相、C相的一次母排规格为120×10×3，铜排高度1.5米，每相额定电流为2500A,采用AKH-0.66/120×50II 闭口式电流互感器采集电流信号，施工时,必须拆卸每相铜排,每相铜排重量为480kg,所以安装人员至少需要2人,至少需要3个小时才能拆卸完毕。互感器安装接线20分钟,安装铜排还需要3个小时.那么每条馈线至 少需要19个小时才能安装完毕,而工厂必须停电20小时左右.

　　2)方案

　　以半导体行业苏州三星同样的低压馈线为例如图6所示，每条馈线均需测量三相电流,将电流信号供给测量仪表。每条馈线的A相、B相、C相的一次母排规格为120×10×3，铜排高度1.5米，每相额定电流为2500A,采用AKH-0.66/K-120×60 开口式电流互感器采集电流信号，施工时,无须拆卸每相铜排,一名安装人员只要将互感器打开安装螺丝\螺母,将互感器套在母排上,合上互感器,再用螺丝\螺母固定好,再将互感器固定在母排上,整个过程只需要30分钟就可以完成安装接线才能拆卸完毕,而工厂停电只需要40分种左右.

　　所以上述方案每条馈线需要的成本对照如表1

　　表1

　　2.2施工细节

　　以上海中芯现场要求需要，将继电器与开口电流互感器二次接好，确保电流互感器二次不能开路，将开口电流互感器上、下两部分都打开，并注意电流互感器的P1面上、下两部分一致，并将继电器在现场安装好，所有现场全部放置好，大电流一次母线穿铜排场合等待停电，如图7。

　　图7

　　停电后将所有回路的开口电流互感器，全部同时安装在母排上，并将开口电流互感器上、下两部分通过螺丝、螺母安装好，如图8、图9。

　　图8                                       图9

　　最后将开口电流互感器通过我们标配的配件将互感器固定在母排上，同时将继电器输出信号线连接至断路器的辅助触点，完成整个安装过程，如图10。

　　图10

　　综上对比，改造项目中使用开口式电流互感器性价比较高，可以快速实现对半导体行业中低压配电智能化低成本的多回路监控，有利于低压智能配电进一步推广和应用。

　　3开口式电流互感器结论

　　开口式电流互感器已在半导体行业工程配电监控系统中得到应用，降低了投资成本，产生了较好的社会和经济效益。

技术支持：安科瑞 鲍静君