选择电流互感器的动稳定和短时热电流的方法

摘要：本文分析了电网短路电流的特点，结合10kV的具体情况，介绍了根据电网短路电流选择电流互感器的额定动稳定电流和短时热电流的方法。


关键词：电网 短路电流 电流互感器



　　随着我国的电力系统的传输容量越来越大，系统的短路容量快速增加。以10kV系统为例，短路容量从以前的几千安增大到了几十千安。我国以前生产的电流互感器的额定动稳定电流和额定短时热电流（以下简称动稳定电流和短时热电流）是按照当时电力系统短路容量设计的，其值都比较小，目前，这种变化给电力系统的安全运行带来的隐患没有引起有关人员的高度注意，更没有及时对运行中的电流互感器的动、短时热稳定电流进行校核，及时更好不满足要求的电流互感器，各电网经常发生电流互感器的爆炸事故，造成不必要的损失。这种爆炸事故不但会造成电流互感器本身的损坏，而且还会引起断路器等其它设备的损坏，每次事故的损失都比较严重。因此，大家应十分重视电流互感器的动、短时热稳定电流的选择和校核工作。

电流互感器额定动稳定、短时热电流和试验方法
　　电流互感器的短时热电流（Ith）是在二次绕组短路的情况下，电流互感器在一秒钟内承受住且无损伤的最大一次电流方均根值。而额定动稳定电流（Idyn）是在二次绕组短路的情况下，电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大一次电流峰值。并且，动稳定电流通常为短时热电流的2.5倍。

　　在电流互感器的型式试验中，需试验电流互感器的动稳定电流和短时热电流是否达到铭牌值，其短时热电流的试验方法：对于短时热电流（Ith）试验，互感器


的初始温　　度应在5～40℃之间，本试验应在二次绕组短路下进行，所加电流I 和持续时间t应满足（I2t）不小于 ，且t在0.5～5s之间。

　　动稳定试验应在二次绕组短路下进行，所加一次电流的峰值，至少有一个峰不小于额定动稳定电流（Idyn）。

　　动稳定试验可以与上述热试验合并进行，只需试验中电流第一个主峰值不小于额定动稳定电流（Idyn）。

二、电力系统短路电流计算

　　在电力系统中，一般三相短路电流数值较大，产生的电动力和发热也最严重。在确定电流互感器动稳定和短时热电流时，可以只根据三相短路电流来选择，而不必考虑系统中的中性点是否接地。

当三相短路时，并设短路发生在Um=0时：



式中ik——短路全电流瞬时值；

Um——系统母线电压；

　　上式右边第一部分为正弦电流，是短路电流的周期分量。第二部分是一个按指数衰减的直流分量，又叫非周期分量或自由分量。

ik=ip+inp

　　某一瞬时的短路全电流有效值Ik(t)是以t为中点的一个周期内的ip有效值Ip(t)与inp在t瞬时值inp(t)的方均根值，即



　　短路电流经过半个周期（t=0.01s），短路电流瞬时值达到最大值，这一瞬时电流为短路冲击电流，用ish 表示。



式中ksh——短路电流冲击系数

　　短路全电流ik的最大有效值是短路后第一个周期的短路全电流有效值，用Ish表示，也叫冲击电流有效值。



式中——短路次暂态电流有效值，是短路后第一周期的短路电流周期分量ip的有效值

对于一般的高压电力网而言，电抗均较电阻值要大得多，τ值一般取τ=0.05s，相应的ksh=1.8，因此

ish=2.55

短路暂态过程在经过0.2s后就衰减完毕，这时的短路电流达到稳定状态，称为短路稳态电流，用Ik表示。

在无限大容量系统中，由于系统电压在短路过程中是恒定的，所以可以认为暂态过程以后，所有时间短路电流完全相同，即

Ip==Ik

ish=2.55Ik

短路冲击电流ish用来校验电流互感器的动稳定度。

短路稳定电流Ik=用来校验电流互感器的短时热稳定。

在电力系统中，一般都知道母线的短路容量，根据下式，可以方便地计算出系统的三相短路电流(三相短路电流的周期分量有效值)为：



式中Um——短路点的计算电压（母线电压的平均值），对于不同的母线电压，可取对应取0.4、10.5、37、115、230、525kV；

三、电流互感器的动、短时热稳定电流的选择

电流互感器的额定动稳定电流应满足下面的条件：

Idyn≥ish＝2.55Ik

电流互感器的额定短时热电流应满足以下条件：



式中Ith——设备的短时热稳定的电流铭牌值；

T——电流互感器铭牌的短时热稳定电流值持续的时间。

Ik——短路电流稳态值

tk——短路电流持续时间，短路发生到开关切断电流的时间，一般用保护动作时间代替；

　　在电流系统中，电流互感器安装地点不同，流过的短路电流不同，10kV线路都为单电源，短路电流情况最为简单，便于分析说明选择原则，以下就以10kV出线电流互感器为例，分析说明电流互感器的动、短时热稳定电流的选择方法，其分析方法也同样适用于其它安装地点的电流互感器的选择。

　　对于10kV出线的电流互感器，线路的任一点发生短路，短路电流都会流过该电流互感器，短路电流随短路点离母线距离越远短路电流而变小，当短路点发生在出线端时，短路电流最大，其值与母线短路电流基本一样。对于负荷侧变电站母线，流过进线电流互感器的短路电流也是与负荷侧母线的短路电流基本相同，应此，在选择电流互感器动、短时热稳定电流时，可以取临近的母线短路电流Ik。

　　短路电流持续时间越长，电流互感器发热越严重。在计算短路电流持续时间时，应考虑到断路器可能发生拒动的情况，由后备保护动作切断短路电流。另外，当断路器重合闸时，由于断路器两次动作时间间隔很短，电流互感器的热量来不及散发，温度不会发生明显变化，应该将两次短路电流持续时间相加作为短路电流持续时间tk。一般情况下，后备保护动作时间比重合闸叠加时间更长，应此，应以该断路器的后备保护动作时间作为tk。

　　根据上面的分析结果，很容易地计算出Ik和tk，在根据上面电流互感器动、短时热稳定电流的应满足的条件，可以方便地确定电流互感器动、短时热稳定电流值。

四、电流互感器动、短时热稳定电流的一般规定

　　电流互感器额定动稳定电流通常为额定短时热电流的2.5倍。如与此值不同，应在铭牌上标明。从上面对电力系统的短路电流分析可知，短路时的冲击电流也基本上是稳态短路电流的2.5倍，因此，当电力互感器的短时热电流满足安装地点的短路电流的要求时，动稳定电流一般都能满足要求。但在实际选择中，还是要注意电流互感器铭牌短路电流持续时间对结果的影响。

电流互感器额定短时热电流的交流分量应从下列数值中选取：

3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。

短路持续时间应在下列数值中选取：

1，2，3，4，5s。