电流互感器和电压互感器选择及计算导则

目次前言1范围2规范性引用文件3术语、定义和符号3.1电流互感器术语和定义3.2电压互感器术语和定义3.3符号4电流互感器应用的一般问题4.1基本特性及应用4.2电流互感器的配置4.3一次参数选择4.4二次参数选择5测量用电流互感器5.1类型及额定参数选择5.2准确级选择5.3二次负荷选择及计算6保护用电流互感器6.1性能要求6.2类型选择6.3额定参数选择6.4准确级及误差限值6.5稳态性能验算6.6二次负荷计算7TP类保护用电流互感器7.1电流互感器暂态特性基本计算式7.2TP类电流互感器参数7.3TP类电流互感器的误差限值和规范7.4TP类电流互感器的应用7.5TP类电流互感器的性能计算8电压互感器8.1分类及应用8.2配置和接线8.3一次电压选择8.4二次绕组和电压选择8.5准确等级和误差限值8.6二次绕组容量选择及计算8.7电压互感器的特殊问题附录A（资料性附录）TP类电流互感器的暂态特性附录B（资料性附录）测量仪表和保护装置电流回路功耗附录C（资料性附录）P类或PR类电流互感器应用示例附录D（资料性附录）TP类电流互感器应用示例附录E（资料性附录）电子式互感器简介前言随着超高压系统的发展和电力体制的改革，继电保护系统和测量计费系统对电流互感器和电压互感器提出了许多新的和更严格的要求，现有的选择和计算方法已不能适应。为了规范电流互感器和电压互感器的选择和计算方法，统一对产品开发的技术要求，解决设计应用存在的问题，特制定此标准。有关电流互感器和电压互感器的国家标准和行业标准对互感器的技术规范和订货技术条件作了规定，本标准是对电力工程中如何选定这些规范和需要进行的相应计算方法作出规定，并对新产品开发提出要求。本标准主要适用于工程广泛使用的常规电流互感器和电压互感器。对于新开发的尚未普遍应用的新型电子式互感器，仅在附录中给出简要介绍。本标准的附录均为资料性附录。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会归口。本标准起草单位：国电华北电力设计院工程有限公司、中国电力建设工程咨询公司。本标准起草人：袁季修、卓乐友、盛和乐、吴聚业、李京。本标准由电力行业电力规划设计标准化技术委员会负责解释。电流互感器和电压互感器选择及计算导则1范范范范围围围围本标准给出了电力工程用的电流互感器和电压互感器选择及计算方法，包括：保护及测量用互感器的性能要求，互感器类型和参数选择，以及相关的计算方法等。本标准主要规定电流互感器和电压互感器二次方面的有关内容。本标准适用于常规的交流电流互感器、电磁式电压互感器、电容式电压互感器、辅助电流互感器和辅助电压互感器。不适用于低电平输出的电子式互感器、测量和保护装置内部专用的变换器、直流电流互感器、交流操作专用互感器和试验室用互感器。2规规规规范性引用文件范性引用文件范性引用文件范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修改版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB1207电压互感器（eqvIEC60186:1987）GB1208电流互感器（eqvIEC60185:1987）GB/T4703电容式电压互感器（eqvIEC60186:1987）GB16847保护用电流互感器暂态特性技术要求（idtIEC60044-6:1992）DL/T725电力用电流互感器订货技术条件DL/T726电力用电压互感器订货技术条件IEC60044-1Amendment1:2000互感器第一部分电流互感器第一号修改单IEEEStdC37.110—1996保护继电器用电流互感器的应用导则3术语术语术语术语、、、、定定定定义义义义和符和符和符和符号号号号3.1电流互感器术语和定义对于电流互感器，本标准采用GB1208及GB16847的有关术语和定义，并补充了IEC60044—1的有关术语。3.1.1电流互感器通用术语和定义3.1.1.1额额额额定一次定一次定一次定一次电电电电流流流流ratedprimarycurrent（（（（Ipn））））作为电流互感器性能基准的一次电流值。3.1.1.2额额额额定二次定二次定二次定二次电电电电流流流流ratedsecondarycurrent（（（（Isn））））作为电流互感器性能基准的二次电流值。3.1.1.3电电电电流流流流误误误误差差差差（（（（比比比比误误误误差差差差））））currenterror（（（（ratioerror）（）（）（）（εεεεI））））互感器在测量电流时所出现的误差，它是由于实际电流比与额定电流比不相等造成的。电流误差的百分值用式（1）表示：100%（1）式中：Kn——额定电流比；Ip——实际一次电流方均根植，A；Is——测量条件下通过一次电流Ip时的二次电流方均根值，A。3.1.1.4相位差相位差相位差相位差3.1.3保护用电流互感器稳态下的补充术语和定义3.1.3.1P类类类类保保保保护护护护用用用用电电电电流互感器流互感器流互感器流互感器protectioncurrenttransformerclassP准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差（εc）的电流互感器，它对剩磁无限制。3.1.3.2PR类类类类保保保保护护护护用用用用电电电电流互感器流互感器流互感器流互感器protectioncurrenttransformerclassPR剩磁系数有规定限值的电流互感器。某些情况下，也可规定二次回路时间常数值和/或二次绕组电阻的限值。3.1.3.3PX类类类类保保保保护护护护用用用用电电电电流互感器流互感器流互感器流互感器protectioncurrenttransformerclassPXPX类保护用电流互感器是一种低漏磁的电流互感器，当已知互感器二次励磁特性、二次绕组电阻、二次负荷电阻和匝数比时，就足以确定其与所接保护系统有关的性能。3.1.3.4额额额额定准定准定准定准确确确确限限限限值值值值一次一次一次一次电电电电流流流流ratedaccuracylimitprimarycurrent（（（（Ipal））））在稳态情况下，电流互感器能满足复合误差要求的最大一次电流值。3.1.3.5准准准准确确确确限限限限值值值值系系系系数数数数accuracylimitfactor（（（（Kalf或或或或ALF））））额定准确限值一次电流（Ipal）与额定一次电流（Ipn）之比，即：Kalf=Ipal/Ipn（3）3.1.3.6额额额额定二次定二次定二次定二次极极极极限限限限电动势电动势电动势电动势ratedsecondarylimitinge.m.f（Esl）在稳态情况下，准确限值系数（Kalf）、额定二次电流（Isn）、额定负荷（Zbn）与二次绕组阻抗（Zct）的相量和三者的乘积，即：Esl=KalfIsn（4）实际计算时，Zbn和Zct可近似采用Rbn和Rct值。3.1.3.7励励励励磁特性磁特性磁特性磁特性excitationcharacteristic当一次绕组和其他绕组开路时，施加于电流互感器二次端子上的正弦波电动势方均根值与励磁电流方均根值之间的关系，用曲线图或表格表示。这些数值的整个范围，应足以确定从低励磁值至额定拐点电动势的特性。3.1.3.8额额额额定拐定拐定拐定拐点点点点电动势电动势电动势电动势ratedkneepointe.m.f（（（（Ek）作用于互感器二次端子的额定频率正弦波电动势最小方均根值，当此值增加10％时，励磁电流方均根值增加不大于50％。此时互感器所有其他端子开路。注注注注：：：：实际拐点电动势应不小于额定拐点电动势。3.1.3.9计计计计算系算系算系算系数数数数dimensioningfactor（Kx）计算系数是由用户给定的一个系数，表示互感器在电力系统故障情况下出现的额定二次电流（Isn）的倍数，包括安全因数在内，要求互感器在该值下满足要求的性能。3.1.3.10饱饱饱饱和磁通和磁通和磁通和磁通saturationflux（ΨΨΨΨs）铁芯中由非饱和状态向全饱和状态转变时的磁通峰值，并认为它是在铁芯的B-H特性曲线上B值上升10％而使H值上升50％的那一点。注注注注：：：：TPS级电流互感器饱和磁通的定义略有不同，参见7.3.1。3.1.3.11剩磁通剩磁通剩磁通剩磁通remanentflux（ΨΨΨΨr）铁芯在切断励磁电流3min后剩余的磁通，该励磁电流的幅值足以产生按3.1.3.10条定义的饱和磁通（Ψs）。3.1.3.12剩磁系剩磁系剩磁系剩磁系数数数数remanencefactor（（（（Kr））））剩磁通（Ψr）与饱和磁通（Ψs）之比，即：Kr=Ψr/Ψs（5）3.1.3.13二次回路二次回路二次回路二次回路时间时间时间时间常常常常数数数数secondarylooptimeconstant（Ts）电流互感器二次回路的时间常数值，由励磁电感（Le）和漏电感（Lct）之和（Ls）与二次回路电阻（Rs）之比得出：Ts=（Le+Lct）/Rs=Ls/Rs（6）式中：Rs——电流互感器二次绕组电阻（Rct）与外接电阻性负荷（Rb）之和。当外接电阻性负荷为额定值（Rbn）时，求得的Ts值为额定二次回路时间常数Tsn。3.1.3.14低漏磁低漏磁低漏磁低漏磁电电电电流互感器流互感器流互感器流互感器lowleakagefluxcurrenttransformer这种电流互感器，当已知其二次励磁特性和二次绕组电阻时，便可估算其暂态性能，它对应于额定值或较低值的一次对称短路电流下的负荷与工作循环任何组合，但不超过由二次励磁特性确定的电流互感器能力的理论限值。注注注注：：：：一次导体为单匝、二次绕组均匀分布和返回导体影响可忽略的电流互感器一般为低漏磁电流互感器。3.1.3.15高漏磁高漏磁高漏磁高漏磁电电电电流互感器流互感器流互感器流互感器highleakagefluxcurrenttransformer不符合3.1.3.14条要求的电流互感器为高漏磁电流互感器。对于TP类电流互感器，如不符合该要求时，制造厂要考虑加大裕度，以计及漏磁增加的影响作用，使这种电流互感器能满足规定的工作循环。3.1.3.16保保保保护护护护校校校校验验验验故障故障故障故障电电电电流流流流protectivecheckingfaultcurrent（（（（Ipcf））））1111））））校验电流互感器特性时，为保证保护装置正确动作而合理选用的一次故障电流。3.1.3.17保保保保护护护护校校校校验验验验系系系系数数数数protectivecheckingfactor（（（（Kpcf））））1111））））保护校验故障电流（Ipcf）与电流互感器额定一次电流（Ipn）之比，即：Kpcf=Ipcf/Ipn（7）3.1.3.18给给给给定定定定暂态暂态暂态暂态系系系系数数数数specifiedtransientfactor（（（（K））））1111））））为考虑电流互感器暂态饱和影响由用户给定的暂态系数。K为所选用互感器的额定准确限值一次电流Ipal与保护校验故障电流Ipcf之比，即：K=Ipal/Ipcf=Kalf/Kpcf（8）3.1.4保护用电流互感器暂态下的补充术语和定义3.1.4.1TP类类类类保保保保护护护护用用用用电电电电流互感器流互感器流互感器流互感器protectioncurrenttransformerclassTP能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器为TP类保护用电流互感器。分为以下级别并定义如下：TPS级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定。对剩磁无限制。TPX级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差()。对剩磁无限制。TPY级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差（）。剩磁不超过饱和磁通的10％。TPZ级：准确限值规定为在指定的二次回