电流互感器手册

电流互感器手册

先算出二次绕组的内阻抗R2和X2

R2=ρ（L/A）=0.02*（55/0.5）=2.2Ω 其中 L=2*[（30+5）+（15+5）]*500 =55000mm=55m

A=（π/4）*0.82=0.5mm2

X2≈0

再算出额定负荷5VA和下限负荷2.5VA下的二次负荷总阻抗Zon和Zox及阻抗角αon和αox：

当二次负荷cosψ=1时

Zon=Z2+Zn=R2+Rn=2.2+5=7.2? αon=0°

Zox=Z2+Zx=R2+Rx=2.2+2.5=4.7? αox=0°

=当二次负荷cosψ=0.8时

Zon=Z2+Zn= 2.2+4+j3=6.9? αon=cos^（-1）（Ron/Zon）= cos^（-1）（6.2/6.9）=26° Zox=Z2+Zx=R2+Rx=2.2+2+j1.5=4.5Ω αox= cos^（-1）（Rox/Zox）= cos^（-1）（4.2/4.5）=21°

计算5%、以Zon=7.2?和Zox=4.7?计算没有补偿时电流互感器的误差，10%

和120%额定电流三点。计算结果列于表17。

表17 没有补偿电流互感器误差计算结果

E2cosψ1 cosψ=0.8

Z02 In B H Ψ

（Vε(%)f δ F δ

(Ω) % (Gs) (A/cm) (°)

） （%）(′） （%） （′）5 0.3680 0.005 20 0.53-0.18 17 -0.38 13

15 -0.36 7.2 10 0.72160 0.009 22 0.48-0.17 11

120 8.6 1900 0.06 45 0.26-0.18 6 -0.24 3 5 0.2453 0.004 19 0.42-0.14 14 -0.27 11

4.7 10 0.47100 0.006 21 0.32-0.11 10 -0.21 8

120 5.6 1200 0.04 39 0.18-0.11 5 -0.16 3

以Z02=Zon=7.2?，120%In为例，说明计算过程：

E2=I2Z02=120%In*7.2=8.6（V）

B=45E2/W2Sk=（45*8.6）/（500*4.5*0.9）=0.19T=1900Gs

其中S=30*（100-70）/2=450mm2=4.5cm2 K=0.9

由D340环形铁心的B-H和Ψ-H曲线查得，当B=1900Gs时，H=0.06A/cm，Ψ=45°。

ε=（HL/I2W2）*100=(0.06*26.7/120%*500）*100=0.26（%）

其中L=π（100+70）/2=267mm=26.7cm 当cosψ=1时

f=-εsinψ=-0.26sin45°=-0.18（%）

δ=εcosψ*3438=0.26%cos45°*3438=6.3（′）

当二次负荷cosψ=0.8时

- 41 -

电流互感器手册

f=-εsin（ψ+α）=-0.26sin（45°+26°）=-0.24（%）

δ=εcos（ψ+α）*3438=0.26%cos（45°+26°）*3438=2.9（′）

采用分数匝和电容补偿，分数匝的补偿量约为+0.13%，电容补偿量在额定负荷cosψ=1下约为-8′。为此，二次绕组改用φ0.69和φ0.51两根导线并联绕制，且φ0.69这根导线少绕1匝，得到0.65匝补偿。二次绕组并联1.5μF电容补偿，补偿原理线路如图23所示。分数匝和电容补偿的补偿量以及补偿后电流互感器的误差列于表18。

表18 分数匝电容补偿电流互感器误差

分数匝

并联电容补偿 补偿后误差

补偿

In

(?) cosψ1 cosψ0.8 cosψ1 cosψ=0.8

% △ f

⊿fc ⊿δc ⊿δc ⊿fc f′

（%） f′（%）δ′(′) δ′(′)

(%) (′) (%) (′) （%）

5 -0.05 9 -0.11 7 5 10 +0.13 0 -8 +0.14-6 -0.04 7 -0.09 5

120 -0.05 -2 +0.03 -3 5 -0.01 10 -0.07 8

2.5 10 +0.13 0 -4 +0.07-3 +0.026 -0.01 5

120 +0.021 +0.04 0

===

图23 分数匝电容补偿电流互感器原理线路

分数匝补偿可按式（58）计算

⊿f=（1/W2）*[Db2/ （Db2+Db2）]*100

=(1/5000*[0.69 2/ （0.692+0.51 2）]*100 =0.13（%）

并联电容补偿按式（82）和（83）计算

⊿fc =100πCX*100=100π*1.5*10^（-6）*3*100

=0.14(%)

式中 X=3?（在额定负荷cosψ=0.8时）

⊿δc=-100πCR*3438=-100π*1.5*10^（-6）*4*3438 =-6.5(′)

式中 R=4?（在额定负荷cosψ=0.8时）

- 42 -

电流互感器手册

在额定负荷cosψ=1以及下限负荷cosψ=1和0.8时，算得并联电容补偿量列于表18。

补偿后电流互感器的误差

f′=f+⊿f+⊿fc=-0.24+0.13+0.14=+0.03（%） δ′=δ+⊿δc=3-6=-3（′）

由表18全部计算结果可见，这台采用分数匝并联电容补偿的电流互感器的误差满足0.1级要求，且有50%以上的裕度。

电流互感器的误差实验

为了保证测量的准确度，每台电流互感器在出厂前，都必须进行误差实验，以判定是否满足准确级的要求。电流互感器在进行误差实验之前，一般还需要检查极性和退磁。

一、 极性检查

按照规定，电流互感器的一次绕组标志为L1、L2…….，二次绕组标志为K1、K2……。当一次电流由L1进入一次绕组时，二次电流由K1流出。这样的极性标志叫做减极性。L1或K1叫做极性端或同名端，有的用绕组旁加一圆点表示极性端。

检查互感器绕组极性标志是否正确，通常采用以下几种方法： 1、在互感器校验仪上检查极性

一般互感器校验仪上都带有极性指示器。这样，在误差实验的同时，就可以预先进行极性检查。

这时，标准互感器和被试互感器与校验仪的连接，必须按误差实验的规定进行接线，线路图见图28或图29。当通电时，如极性指示器没有指示，则说明被测试互感器绕组的极性标志正确。

有的互感器校验仪(例如HE5型和HEG4型)的指示器直接串联在测差回路，测互感器误差的同时可以先看极性是否正确。有的互感器校验仪(例如HE11型和HEG2型)的极性指示器需要通过选择开关Kp接通，因此在检查极性时，应将Kp置于“极性”位置，通电10%—20%额定电流，检查极性正确后再将Kp置于“测量”，进行误差测试。

检查极性也可以不用极性指示器，在测误差时，通电1%额定电流，将检流计置于2—3档，如这时检流计的指示很大，或者调读数盘（置于最大限量）检流计无法平衡，则说明极性不正确。

2、直流法检查极性

直流法检查绕组极性，线路如图24所示。 在电流互感器的一次绕组（或二次绕组）上，通以直流电流，并在二次绕组（或一次绕组）上接电压表，观察电压表指针的偏转情况。 在图24中，合上开关K，如电压表指针由零往正方向偏转时，则绕组极性标志正确。在试验时应注意调节可变电阻R，使绕组中通入的直流电流尽可能小，只要能明显看出电表偏转则可，以免电压太高打坏电压表或损坏互感器绕组层间或匝间的绝缘。最简单的办法就用

- 43 -

电流互感器手册

一个1.5V1号电池，不用电阻R，按图接线，也不用开关K，用导线瞬间接通并即断开线路，如果电压表指针先正偏后负偏，则极性正确。

3、串联法检查极性

将电流互感器的一次绕组和二次绕组串联，并在匝数多的一次绕组或二次绕组上通以1--5V的交流电压，用10V以下小电压表或万用表测量绕组输入电压和串联后两绕组的电压。线路如图25所示。图中如L1K2的电压大于L1L2的电压，则说明绕组极性标志正确。

在试验中应注意通入的电压应尽量小，只要电压表上能清楚地读数则可，以免电压太高，电流太大，把绕组烧坏，所以电压表的量程也应尽可能选

小些，例如选用200mV，2V量程的电压表。当两绕组匝数相近或相差不超过5倍时，采用此法判别极性方便准确；当两绕组的匝数相差10倍以上时，一般电压表指示不易看清，应用数字式万用表，否则就不宜采用此方法判别极性。

二、退磁

电流互感器如果在大电流下切断电源，或者在运行时二次绕组偶然发生开路，以及通过直流电流进行试验以后，互感器的铁心中就可能产生剩磁，使铁芯的磁导率下降，影响互感器的性能；所以在电流互感器进行误差试验之前，一般应先对互感器进行退磁，以消除剩磁对误差的影响。通常介绍的退磁方法有以下两种：

（1） 开路（强磁场）退磁场

一次和二次绕组全部开路，并在一次或二次绕组中通以工频电流，由零增加到20%或50%额定电流，然后均匀且缓慢地降至零。重复这一过程2-3次，同时使每次所通入的电流按50%、20%、10%额定电流递减。退磁完毕在切断电流之前，应将二次绕组短接。

（2） 闭路(大负荷)退磁法

在二次绕组上接以相当于额定负荷10—20倍的电阻，一次绕组通工频电流，使由零增加到20%或50%额定电流，然后均匀且缓慢地降至零。重复这一过程2-3次，同时使每次所通入的电流按50%、20%、10%额定电流递减。

如果是多次级电流互感器，在退磁过程中，不退磁的二次绕组都应短接。 测量用电流互感器的准确等级由1级至0.01级，其型式和结构很不相同，所以上述两种退磁方法和所规定的退磁参数并不是对所有电流互感器都适合。一般来说，开路退磁，磁场很强，铁心很饱和；而闭路退磁，磁场较弱，铁心不很饱和。对于精密电流互感器，采用开路退磁铁心磁密很高，电压幅值很大，绕组开路电压很高，容易损坏绕组的绝缘和补偿元件；采用闭路退磁，磁密较低，可能达不到退磁的目的，但对互感器比较安全，所以过去精密电流互感器多采用闭路退磁。有的互感器校验装置还专门设置退磁线路，退磁时接入10欧电阻的大负荷。

例如对于5—5000/5A0.1级电流互感器，如接上述开路退磁路，通入20%额定电流，相当于励磁安匝为200—1200安匝，铁心严重饱和，可能损坏互感器。如按上述闭路退磁，接入20倍额定负荷即4欧电阻的大负荷，在额定电流下，铁心磁密不超过0.2T，达不到退磁目的。

- 44 -

电流互感器手册

实际上对电流互感器进行退磁，就是将铁心通以交流励磁，使铁芯的磁密和磁导率从低到高，越过最大磁导率，而达到饱和状态，然后逐渐降低磁场至零，使铁心磁密下降，以恢复铁心的磁导率。

设铁心达到最大磁导率时的磁场强度为Hm，磁密为Bm，可以选取铁心退磁的磁场强度Ht=（20.5—5）Hm，这时退磁的磁密Bt=（1.5—2）Bm。冷轧、热轧硅钢片和铁镍合金三种材料带绕铁心的Hm、Bm、Ht、Bt如表19所列。 表19 各种材料带绕铁心退磁磁场强度和磁密 铁心材料 Hm(A/cm) B(T) Ht(A/cm) Bt(T) 热轧硅钢片 ≈0.4 ≈0.8 1 ≈0.3 冷轧硅钢片 ≈0.2 ≈1 0.5 ≈1.6 铁镍合金 ≈0.02 ≈0.4 0.1 ≈0.7 对于叠片铁心，磁导率一般约降低一半，所以退磁磁场强度应加倍选取。 有了退磁磁场强度Ht，铁心平均磁路长度Lp可以由电流互感器的外形尺寸进行估算，就能求得铁心的退磁安匝HtLp。至于电流互感器的额定安匝，单匝式的可直接从电流比算出，多匝式的可查阅产品说明书，实在不知道的可根据经验估算。

据此，作者建议采用上述退磁安匝的开路退磁，如退磁电流从匝数少于10匝的一次绕组输入，则退磁电流可均匀上升和下降；如退磁电流由匝数多的一次或二次绕组输入，则刚升电压时，几乎见不到电流上升，当见到电流剧增时，铁心已饱和。

由退磁电流安匝ItW1与额定安匝I1nW1之比，就可以求出从一次绕组输入退磁电流It为额定电流I1n的百分数：

It/I1n= ItW1 / I1nW1=（HtLp/ I1nW1）*100% （92）

[例39] 上述0.1级5—5000/5电流互感器的铁心材料为D340冷轧硅钢片，最低安匝数为1000安匝，估计铁心12平均磁路长度为20πcm，求退磁电流为额定电流的百分数。

由表19可知，冷轧硅钢片Ht=0.5A/cm，再由式（92）即可算出：

It/I1n= ItW1 / I1nW1=(0.5*20π)/1000=3.2%

上述0.1级5～5000/5电流互感器只要通以4%额定电流就可进行退磁。 在测量电流互感器误差时，先检查极性正确后，可按图26和27线路将测误差线路改接为开路退磁线路。改接时，只要将被被试电流互感器Tx的二次端钮K2切断，并将原接在校验仪K端钮或BLH的K2 端钮上的导线，改接在Tx端钮或JLH的K2 端钮。如原接K端钮的是屏蔽线，则应改用5A的联结导线。如果退磁电流太小，百分表指示不清楚，可改变标准电流互感器T0的电流比。

图26 在HE5型上的退磁线路 图27 在HEG型上的退磁线路

- 45 -