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選擇電流互感器的動穩(wěn)定和短時熱電流的方法論文
摘要：本文分析了電網(wǎng)短路電流的特點，結(jié)合10kV的具體情況，介紹了根據(jù)電網(wǎng)短路電流選擇電流互感器的額定動穩(wěn)定電流和短時熱電流的方法。
關鍵詞：電網(wǎng) 短路電流 電流互感器
隨著我國的電力系統(tǒng)的傳輸容量越來越大，系統(tǒng)的短路容量快速增加。以10kV系統(tǒng)為例，短路容量從以前的幾千安增大到了幾十千安。我國以前生產(chǎn)的電流互感器的額定動穩(wěn)定電流和額定短時熱電流（以下簡稱動穩(wěn)定電流和短時熱電流）是按照當時電力系統(tǒng)短路容量設計的，其值都比較小，目前，這種變化給電力系統(tǒng)的安全運行帶來的隱患沒有引起有關人員的高度注意，更沒有及時對運行中的電流互感器的動、短時熱穩(wěn)定電流進行校核，及時更好不滿足要求的電流互感器，各電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生電流互感器的爆炸事故，造成不必要的損失。這種爆炸事故不但會造成電流互感器本身的損壞，而且還會引起斷路器等其它設備的損壞，每次事故的損失都比較嚴重。因此，大家應十分重視電流互感器的動、短時熱穩(wěn)定電流的選擇和校核工作。
一、電流互感器額定動穩(wěn)定、短時熱電流和試驗方法
電流互感器的短時熱電流（Ith）是在二次繞組短路的情況下，電流互感器在一秒鐘內(nèi)承受住且無損傷的最大一次電流方均根值。而額定動穩(wěn)定電流（Idyn）是在二次繞組短路的情況下，電流互感器能承受其電磁力的作用而無電氣或機械損傷的最大一次電流峰值。并且，動穩(wěn)定電流通常為短時熱電流的2.5倍。
在電流互感器的型式試驗中，需試驗電流互感器的動穩(wěn)定電流和短時熱電流是否達到銘牌值，其短時熱電流的試驗方法：對于短時熱電流（Ith）試驗，互感器的初始溫 度應在5～40℃之間，本試驗應在二次繞組短路下進行，所加電流I 和持續(xù)時間t應滿足（I2t）不小于 ，且t在0.5～5s之間。
動穩(wěn)定試驗應在二次繞組短路下進行，所加一次電流的峰值，至少有一個峰不小于額定動穩(wěn)定電流（Idyn）。
動穩(wěn)定試驗可以與上述熱試驗合并進行，只需試驗中電流第一個主峰值不小于額定動穩(wěn)定電流（Idyn）。
二、電力系統(tǒng)短路電流計算
在電力系統(tǒng)中，一般三相短路電流數(shù)值較大，產(chǎn)生的電動力和發(fā)熱也最嚴重。在確定電流互感器動穩(wěn)定和短時熱電流時，可以只根據(jù)三相短路電流來選擇，而不必考慮系統(tǒng)中的中性點是否接地。
當三相短路時，并設短路發(fā)生在Um=0時：
式中ik——短路全電流瞬時值；
Um——系統(tǒng)母線電壓；
上式右邊第一部分為正弦電流，是短路電流的周期分量。第二部分是一個按指數(shù)衰減的直流分量，又叫非周期分量或自由分量。
ik=ip+inp
某一瞬時的短路全電流有效值Ik(t)是以t為中點的一個周期內(nèi)的ip有效值Ip(t)與inp在t瞬時值inp(t)的方均根值，即
短路電流經(jīng)過半個周期（t=0.01s），短路電流瞬時值達到最大值，這一瞬時電流為短路沖擊電流，用ish表示。
式中ksh——短路電流沖擊系數(shù)
短路全電流ik的最大有效值是短路后第一個周期的短路全電流有效值，用Ish表示，也叫沖擊電流有效值。
式中——短路次暫態(tài)電流有效值，是短路后第一周期的短路電流周期分量ip的有效值
對于一般的高壓電力網(wǎng)而言，電抗均較電阻值要大得多，值一般取=0.05s，相應的ksh=1.8，因此
ish=2.55
短路暫態(tài)過程在經(jīng)過0.2s后就衰減完畢，這時的短路電流達到穩(wěn)定狀態(tài)，稱為短路穩(wěn)態(tài)電流，用Ik表示。
在無限大容量系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電壓在短路過程中是恒定的，所以可以認為暫態(tài)過程以后，所有時間短路電流完全相同，即
Ip==Ik
ish=2.55Ik
短路沖擊電流ish用來校驗電流互感器的動穩(wěn)定度。
短路穩(wěn)定電流Ik=用來校驗電流互感器的短時熱穩(wěn)定。
在電力系統(tǒng)中，一般都知道母線的短路容量，根據(jù)下式，可以方便地計算出系統(tǒng)的三相短路電流(三相短路電流的周期分量有效值)為：
式中Um——短路點的計算電壓（母線電壓的平均值），對于不同的母線電壓，可取對應取0.4、10.5、37、115、230、525kV；
三、電流互感器的動、短時熱穩(wěn)定電流的選擇
電流互感器的額定動穩(wěn)定電流應滿足下面的條件：
Idyn≥ish＝2.55Ik
電流互感器的額定短時熱電流應滿足以下條件：
式中Ith——設備的短時熱穩(wěn)定的電流銘牌值；
T——電流互感器銘牌的短時熱穩(wěn)定電流值持續(xù)的時間。
Ik——短路電流穩(wěn)態(tài)值
tk——短路電流持續(xù)時間，短路發(fā)生到開關切斷電流的時間，一般用保護動作時間代替；
在電流系統(tǒng)中，電流互感器安裝地點不同，流過的短路電流不同，10kV線路都為單電源，短路電流情況最為簡單，便于分析說明選擇原則，以下就以10kV出線電流互感器為例，分析說明電流互感器的動、短時熱穩(wěn)定電流的選擇方法，其分析方法也同樣適用于其它安裝地點的電流互感器的選擇。
對于10kV出線的電流互感器，線路的任一點發(fā)生短路，短路電流都會流過該電流互感器，短路電流隨短路點離母線距離越遠短路電流而變小，當短路點發(fā)生在出線端時，短路電流最大，其值與母線短路電流基本一樣。對于負荷側(cè)變電站母線，流過進線電流互感器的短路電流也是與負荷側(cè)母線的短路電流基本相同，應此，在選擇電流互感器動、短時熱穩(wěn)定電流時，可以取臨近的母線短路電流Ik。
短路電流持續(xù)時間越長，電流互感器發(fā)熱越嚴重。在計算短路電流持續(xù)時間時，應考慮到斷路器可能發(fā)生拒動的情況，由后備保護動作切斷短路電流。另外，當斷路器重合閘時，由于斷路器兩次動作時間間隔很短，電流互感器的熱量來不及散發(fā)，溫度不會發(fā)生明顯變化，應該將兩次短路電流持續(xù)時間相加作為短路電流持續(xù)時間tk。一般情況下，后備保護動作時間比重合閘疊加時間更長，應此，應以該斷路器的后備保護動作時間作為tk。
根據(jù)上面的分析結(jié)果，很容易地計算出Ik和tk，在根據(jù)上面電流互感器動、短時熱穩(wěn)定電流的應滿足的條件，可以方便地確定電流互感器動、短時熱穩(wěn)定電流值。
四、電流互感器動、短時熱穩(wěn)定電流的一般規(guī)定
電流互感器額定動穩(wěn)定電流通常為額定短時熱電流的2.5倍。如與此值不同，應在銘牌上標明。從上面對電力系統(tǒng)的短路電流分析可知，短路時的沖擊電流也基本上是穩(wěn)態(tài)短路電流的2.5倍，因此，當電力互感器的短時熱電流滿足安裝地點的短路電流的要求時，動穩(wěn)定電流一般都能滿足要求。但在實際選擇中，還是要注意電流互感器銘牌短路電流持續(xù)時間對結(jié)果的影響。
電流互感器額定短時熱電流的交流分量應從下列數(shù)值中選取：
3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。
短路持續(xù)時間應在下列數(shù)值中選�。�
1，2，3，4，5s。
參考資料：
1、《電流互感器》GB1208-1997
2、《電力用電流互感器定貨技術條件》GB/725-2000
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