电流互感器饱和度计算
发布时间：2015-10-14 来源：文档文库
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电流互感器饱和计算：估算，当一次侧电流达到电流互感器额定电流的10倍时，保护用电流互感器就认为饱和了。
电流互感器的暂态饱和及应用计算
1前言
保护用电流互感器要求在规定的一次电流范围内，二次电流的综合误差不超出规定值。对于有铁心的电流互感器，形成误差的最主要因素是铁心的非线性励磁特性及饱和。电流互感器的饱和可分为两类：一类是大容量短路稳态对称电流引起的饱和(以下称为稳态饱和；另一类是短路电流中含有非周期分量和铁心存在剩磁而引起的暂态饱和(以下称为暂态饱和。这两类饱和的特性有很大不同，引起的误差也差别很大。在同样的允许误差条件下，考虑暂态饱和要求的互感器铁心截面可能是仅考虑稳态饱和的数倍至数十倍。因而对互感器造价及安装条件提出了严峻的要求。以往在中低压系统和发电机容量较小的情况下，互感器暂态饱和的影响较轻，一般未采取专门对策。而对当前的超高压系统和大容量机组，为保证继电保护的正确动作，暂态饱和已成为必须考虑的因素。由于互感器暂态饱和的机理和计算较复杂，要求互感器暂态不饱和所需代价很高，因而在实际工程中应用情况较混乱。本文根据国内外的标准和应用经验，提出较规范的考虑暂态饱和的互感器选择和计算方法，供工程应用参考。作为示例，本文给出大型发电机变压器组差动保护用电流互感器的选择计算及参数选择的建议。
2电流互感器的稳态饱和特性及对策
当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁心将开始出现饱和。这种饱和情况下的二次电流如图1所示，其特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称，畸变开始时间小于5ms(1/4周波，二次电流有效值将低于未饱和情况。对于反应电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使保护灵敏度降低。对于差动保护，差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。
例如某一1200/5的电流互感器，制造部门提供的规范为［1］：5P20，30VA。其中5P为准确等级，30VA为二次负荷额定值，20为准确限值系数(ALF。电流互感器在额定负荷下的二次极限电动势Es＝(ALF·Isn·(Rct＋Rbn，此时综合误差应不超过5%。综合误差也可选用10%。选择保护用电流互感器时，一般要求ALF与额定一次电流乘积大于保护校验用短路电流，二次负荷小于互感器额定负荷，实际二次电动势不超过极限二次电动势。当前工程中经常遇到的问题是短路电流过大，ALF不满足要求，但实际负荷比额定负荷小得多。对于低漏磁电流互感器［2］，可以在实际负荷下的二次电动势不超过极限值的条件下，适当提高ALF的可用值。但应指出，对于某些不符合低漏磁要求的互感器，如U型电流互感器、一次多匝的互感器等，在一次短路电流倍数超过ALF时，由于铁心局部饱和可能引起二次极限电动势降低，不能在降低二次负荷时，按反比提高ALF。有些制造厂提供的
ALF与负荷的关系曲线，未认真考虑上述局部饱和影响，使用时应慎重。
3电流互感器的暂态饱和
短路电流一般含有非周期分量，这将使电流互感器的传变特性严重恶化。原因是电流互感器的励磁特性是按工频设计的，在传变等效频率很低的非周期分量时，铁心磁通(即励磁电流需要大大增加。图2表示电流互感器在完全偏移的故障电流(非周期分量幅值达100%下铁心磁通的增长情况，互感器带电阻性负荷。图中Φac代表传变故障电流工频分量所需的磁通，而Φdc则代表传变暂态(非周期分量所需的磁通，其值远大于传变工频分量的Φac。磁通暂态分量Φdc是系统一次回路时间常数Tp和电流互感器二次回路时间常数Ts的函数。Φdc开始时是按Tp增长。磁通达到最大值的时间和数值与Tp、Ts等有关。
按是否考虑短路电流的暂态过程，电流互感器分为P和TP两大类。P类电流互感器要求在Φac情况下不饱和，而TP类电流互感器则要求在整个工作循环中的总磁通Φ＝Φac＋Φdc情况下不饱和。因此要求TP类电流互感器的铁心远大于P类电流互感器。要求增大的倍数即暂态面积增大系数Kdc。
由标准［2］可知，对于全偏移短路电流，在C_t_O工作循环时，所需暂态面积系数为：
电流互感器暂态面积系数Ktd与一次时间常数Tp有密切关系，对于P级、TPS和TPX级电流互感器,TpTs，短路电流为全偏移情况下，短路后不同时间t的Ktf与Tp关系见图3(图中T 