電壓與電流互感器該如何選擇？

1 電壓互感器選擇

電壓互感器選擇主要有選用V/V型，還是選用Y/Y/△（開口三角形）型，以及臺數(shù)與母線測量電壓自動切換等問題。V/V型只提供三相測量線電壓，無單相接地報警功能，主要用于小型變配電站。Y/Y/△（開口三角形）型可以利用開口三角形電壓進(jìn)行單相接地報警，用于大中型變配電站。采用變電站綜合自動化系統(tǒng)后，作為單相接地保護(hù)的第二判據(jù)。
對于小型變配電站，10kV進(jìn)出回路比較少，兩路進(jìn)線運(yùn)行方式為一供一備時，對于單母線分段也可以只設(shè)計一臺電壓互感器，安裝在母線隔離柜內(nèi)，為內(nèi)部計量提供測量線電壓。因為無論主電源送電或備用電源送電，母聯(lián)斷路器都處于合閘位置，兩段母線均帶電。只有在檢修一段母線時，電壓互感器才斷開。
兩段母線設(shè)計兩臺電壓互感器，如果再設(shè)計母線電壓自動切換時，二次側(cè)必須設(shè)計自動斷開斷電保護(hù)點，否則母線電壓自動切換后，100V電壓通過電壓互感器會使一次側(cè)出現(xiàn)10kV電壓。
兩路電源進(jìn)線需要備自投，而且要求來電自恢復(fù)時，應(yīng)設(shè)計線路電壓互感器，或?qū)㈦妷夯ジ衅靼惭b在電源進(jìn)線柜之前，這兩點都需要取得當(dāng)?shù)毓╇姴块T同意。
對于有高壓電動機(jī)的變配電站，為保證電壓互感器故障時高壓電動機(jī)低電壓保護(hù)不誤動作，應(yīng)設(shè)計兩段母線測量電壓自動切換。切換整定時間應(yīng)小于高壓電動機(jī)低電壓保護(hù)的動作時間，對于無高壓電動機(jī)的變配電站為了保證在電壓互感器故障時，電能計量不受到影響也需要設(shè)計兩段母線測量電壓自動切換。
兩段母線測量電壓自動切換應(yīng)與電源進(jìn)線及母聯(lián)連鎖，只有在兩路電源進(jìn)線同時合閘，或有一路電源進(jìn)線與母聯(lián)合閘時才允許自動切換。不應(yīng)加電壓互感器手車位置或隔離開關(guān)連鎖，否則自動切換無法實現(xiàn)。
V/V型無中性點只能取得線電壓，可選用兩個單相電壓互感器組成。如果二次側(cè)需要接地時只能將B相接地。
Y/Y型有三相三柱式，三相五柱式與三個單相電壓互感器三種形式。三相三柱式用于高壓側(cè)中性點接地的供配電系統(tǒng)。三相五柱式與三個單相電壓互感器二次側(cè)為雙繞組，一組供測量，一組接成開口三角形，形成零序電壓濾序器進(jìn)行高壓側(cè)單相接地報警。此時一次與二次側(cè)中性點均應(yīng)接地。
供電系統(tǒng)電源中性點不接地時，發(fā)生單相接地后，其他兩相對地電壓升高√3倍，測量繞組中性點接地時，一般不宜接入測量相電壓儀表。
高壓側(cè)發(fā)生單相接地后，如果電壓互感器一次與二次側(cè)中性點都接地，由于不接地兩相對地電壓升高，容易因鐵芯飽和引起鐵磁諧振，產(chǎn)生過電壓�，F(xiàn)在有些電壓互感器廠生產(chǎn)一種抗鐵磁諧振三相五柱式電壓互感器（JS2G－10型），改進(jìn)了原三相五柱式電壓互感器的結(jié)構(gòu)，提高了抗諧振防燒毀能力，同時也提高了測量精度，減少了銅鐵損耗。

2 電流互感器選擇

對于電源中性點不直接接地的供配電系統(tǒng)，A、C兩相安裝電流互感器，可以滿足相間短路保護(hù)的要求。發(fā)生單相接地故障后，對地故障電流為該供配電系統(tǒng)其它兩相對地電容電流的向量和，也等于一相對地電容電流的3倍。規(guī)范規(guī)定允許繼續(xù)運(yùn)行兩小時，可只報警不跳閘。
當(dāng)電纜線路較長時，電容電流增大，發(fā)生單相接地故障后，其他兩相對地電容電流要通過接地點流向電源。當(dāng)單相接地故障電流太大時，會加速擴(kuò)大事故，對地故障電壓也提高，此時就需要跳閘。應(yīng)將電源中性點改為直接接地，或串聯(lián)大電阻接地（又稱為大電阻接地或小電流接地，大電阻接地是相對于直接接地而言）。此時發(fā)生單相接地，稱為單相對地短路，應(yīng)設(shè)計三個電流互感器進(jìn)行單相對地短路保護(hù)。電流互感器變比應(yīng)按照最大計算負(fù)荷電流的1.5～2.0倍來選擇，并利用短路電流進(jìn)行電流速斷保護(hù)測量精度校驗。
電源中性點串聯(lián)大電阻接地（又稱為大電阻接地或小電流接地）的供電系統(tǒng)，也可設(shè)計兩電流互感器，但需要設(shè)計零序電流互感器進(jìn)行單相接地保護(hù)。此時單相接地保護(hù)可以按照不平衡電流來整定，整定值計算比較簡單。
現(xiàn)在許多設(shè)計都設(shè)計三電流互感器，其目的是為了適應(yīng)將來供配電系統(tǒng)電源中性點接地方式的改變，也可以作為低壓側(cè)母干線末端單相接地保護(hù)的后備保護(hù)。供配電系統(tǒng)電源中性點接地方式改變，繼電保護(hù)方案也要發(fā)生變化，會牽涉到許多用戶，問題比較多。采用變配電站綜合自動化后，繼電保護(hù)方案由軟件設(shè)置，改變起來比較容易。所以設(shè)計為三個電流互感器還是有一定的道理。建設(shè)部變電所二次接線標(biāo)準(zhǔn)圖（D203-1～2）都按照三電流互感器設(shè)計,可能是考慮到將來供配電系統(tǒng)電源中性點接地方式改變的需要。但在供配電系統(tǒng)不大時，設(shè)計為二電流互感器也是可以的。
電流互感器二次側(cè)一般有測量與保護(hù)兩個繞組，測量繞組用于計量柜為0.5級，一般為1.0級，保護(hù)繞組精度為10P10,有差動保護(hù)時應(yīng)選二次側(cè)有一組測量兩組保護(hù)的三個繞組的電流互感器，用于差動保護(hù)的繞組精度可選5P10。電流互感器一次側(cè)額定電流用于變壓器、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備時，一般為設(shè)備額定電流的1.2倍。用于進(jìn)線或母聯(lián)時，應(yīng)為計算電流的1.2倍。電流互感器變比過大，二次側(cè)測量與保護(hù)電流減小，會對測量及保護(hù)整定帶來影響。電流互感器變比過小，準(zhǔn)確限值系數(shù)P小，短路電流比較大時，發(fā)生短路事故后，誤差容易超過10％，應(yīng)進(jìn)行10％誤差校驗。
二次側(cè)有三個繞組的電流互感器，一組用于電能計量、一組用于測量、一組用于保護(hù)。但現(xiàn)在供電部門都要求單獨(dú)設(shè)計電能計量柜，在沒有差動保護(hù)時選用二次側(cè)有三個繞組的電流互感器就沒有太大必要。
高壓電動機(jī)現(xiàn)場需要測量一相電流，外部電纜截面等于或大于2.5平方毫米，距離太遠(yuǎn)時這一相的電流互感器會因為負(fù)載阻抗大，而使測量誤差加大，造成三相電流測量上的不平衡。此時可以選用二次側(cè)額定電流為1A的電流互感器，或在電流互感器二次側(cè)5A回路中加一個5/1A的小型電流互感器，提高電流互感器的負(fù)載阻抗。
電流互感器二次側(cè)額定電流為5A時，其負(fù)載容量為：S＝10VA伏安＝U×I ＝Z×I×I＝Z×5×5＝Z×25伏安，負(fù)載阻抗為:Z＝10÷25＝0.4歐姆。
二次側(cè)額定電流為1A的電流互感器，在負(fù)載容量同樣為10VA伏安時：S＝10VA伏安＝U×I＝ Z×I×I＝Z×1×1＝Z×1伏安，負(fù)載阻抗為：Z＝10÷1＝10歐姆。載阻抗增加了25倍。

3 電流互感器的額定準(zhǔn)確限值

國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保護(hù)用電流互感器按工作性質(zhì)分為：P級、TPS級、TPX級、TPY級與TPZ級。P級為精度限額由穩(wěn)態(tài)對稱一次電流下的綜合誤差定義，對剩磁無限制。TPS級為低漏磁電流互感器，工作性能由二次側(cè)勵磁特性及圈數(shù)誤差極限定義，對剩磁無限制。TPX級為精度限額由暫態(tài)工作環(huán)境中的最大瞬時誤差定義，對剩磁無限制。TPY級為精度限額由所擬訂的暫態(tài)工作環(huán)境中的最大瞬時誤差定義，剩磁不超過飽和磁通的10％。TPZ級為精度限額由三次諧波環(huán)路時間常數(shù)下直流偏移的單次激勵中最大瞬時交流誤差定義，對直流分量誤差限額無要求，剩磁可忽略。
速斷、過電流與過負(fù)荷保護(hù)電流互感器二次側(cè)繞組選10P級，差動保護(hù)時電流互感器二次側(cè)繞組宜選5P級。有些變配電站綜合自動化裝置軟件可以將過電流與過負(fù)荷保護(hù)設(shè)置到電流互感器二次側(cè)測量繞組上，此時過電流與過負(fù)荷保護(hù)動作電流（二次側(cè)）不能大于5A。
電流互感器的準(zhǔn)確級是以該級的額定準(zhǔn)確限值一次電流下的最大允許綜合誤差的百分?jǐn)?shù)來標(biāo)稱。P的含義為標(biāo)準(zhǔn)的額定準(zhǔn)確限值系數(shù)，分別為5P、10P等。準(zhǔn)確級為5P時，在額定一次電流時，電流誤差為±1％，相位誤差為60分；在額定準(zhǔn)確限值一次電流電流時，復(fù)合誤差為±5％。準(zhǔn)確級為10P時：在額定一次電流時，電流誤差為±3％，相位誤差無要求，在額定準(zhǔn)確限值一次電流電流時，復(fù)合誤差為±10％。
同一準(zhǔn)確級的電流誤差與電流互感器的負(fù)載有關(guān)。保護(hù)用電流互感器除滿足一次回路的額定電壓與電流以及短路時的動穩(wěn)定與熱穩(wěn)定要求外，還應(yīng)按照電流互感器限值系數(shù)曲線，進(jìn)行誤差校驗，保證在發(fā)生短路事故時保護(hù)電流測量誤差不超過允許值。
額定準(zhǔn)確限額一次電流是指電流互感器能滿足綜合誤差要求的最大一次電流。額定準(zhǔn)確限額系數(shù)P是指額定準(zhǔn)確限額的一次電流與電流互感器額定一次電流之比。誤差校驗時先從電流互感器限值系數(shù)曲線中根據(jù)電流互感器的變比和負(fù)載查到額定準(zhǔn)確限額系數(shù)P，然后用額定準(zhǔn)確限額系數(shù)P乘以電流互感器額定一次電流，求出額定準(zhǔn)確限額一次電流。此電流應(yīng)大于保護(hù)最大動作電流，滿足不了時，應(yīng)減小電流互感器的負(fù)載，或加大電流互感器的變比。
目前廠家給出的電流互感器限值系數(shù)曲線，實質(zhì)上是比誤差為10％的誤差曲線，此曲線為一次電流為其額定電流某個倍數(shù)與二次側(cè)負(fù)載最大允許值之間的關(guān)系曲線。在實際使用時應(yīng)進(jìn)行誤差校驗，保證在發(fā)生短路事故時，比誤差不超過10％。
電流互感器銘牌上有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，除額定變比外，還有額定容量，用來檢驗負(fù)載阻抗。負(fù)載阻抗大于規(guī)定值時，電流互感器的測量誤差就會超過規(guī)定值，此時應(yīng)減小負(fù)載阻抗，或加大電流互感器的容量。
設(shè)計規(guī)范規(guī)定：用于計費(fèi)時，0.5級電能表配0.2級電流互感器，用于測量時，1.0級儀表及電量變送器配0.5級電流互感器，2級電能表與測量儀表配1.0級電流互感器。

4 零序電流互感器

供配電回路三根相線穿過零序電流互感器時，三相三線制供配電系統(tǒng)，零序電流互感器感應(yīng)不出三相負(fù)荷平衡電流，只能感應(yīng)出三相對地不平衡電容電流。三相四線制供配電系統(tǒng)，零序電流互感器可以感應(yīng)出三相負(fù)荷平衡電流，與三相對地不平衡電容電流。
電源中性點接地的供配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后，電源中性點通過大地與接地點形成回路，零序電流互感器可以感應(yīng)出單相接地后的不平衡電流和對地不平衡電容電流�？梢园凑樟阈蜻^電流保護(hù)來整定。
電源中性點不接地的供配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地后，電源中性點不接大地，與接地點形不成回路，零序電流互感器只能感應(yīng)出單相接地后的對地不平衡電容電流。發(fā)生單相接地回路感應(yīng)出的是本電壓等級配電系統(tǒng)未接地兩相對地電容電流向量和。此電流為本電壓等級配電系統(tǒng)單相對地總電容電流的3倍，一般只有十幾到幾十安。
零序電流互感器產(chǎn)品資料都提供出內(nèi)徑尺寸，一次與二次側(cè)額定電流。內(nèi)徑尺寸用來選擇電纜外徑。一次側(cè)側(cè)額定電流有40A與20A兩種，根據(jù)單相接地后對地總電容電流來選擇。二次側(cè)輸出電流有0.1A、0.2A與0.5A三種，實際上40/0.1A變比為400，40/0.2A變比為200等，目前還不太習(xí)慣用變比來表示零序電流互感的規(guī)格。常規(guī)保護(hù)按照與接地繼電器相匹配來選二次側(cè)輸出電流。采用變配電站綜合自動化裝置后，變配電站綜合自動化裝置的零序電流輸入為0～1A，應(yīng)選二次側(cè)輸出為0.5A或再大一級。變壓器低壓側(cè)零序電流互感器安裝在中性線上，可選用與相線同型號的電流互感器，變比可減小一半。也可以利三相用電流互感器二次側(cè)組成濾序器方案，來進(jìn)行單相接地保護(hù)。三個電流互感器中性線接到變配電站綜合自動化裝置的零序電流輸入端子上就可以了，這樣可省掉零序互感器。
如果能生產(chǎn)二次側(cè)額定電流為1.0A的零序電流互感器，或者將變配電站綜合自動化裝置的零序電流輸入減小為0～0.5A�？商岣邌蜗嘟拥乇Ｗo(hù)動作的可靠性。