零序电流互感器设计选型参考手册

原文地址：零序电流互感器设计选型参考手册（1）作者：大智若愚

一、概 述

保定市伊诺尔电气设备有限公司开发生产的零序电流互感器是一种套在电缆上的CT，它的一次绕组为穿过CT内孔的三相一次导体电缆，它的一次电流是一次三相电流的向量和（在正常、三相平衡时为0），当发生一次系统单相接地时三相平衡关系被打破，这时零序电流互感器的二次就有电流输出，供给保护装置，实现保护和监控。

零序电流互感器的一次绝缘就是电缆自身绝缘，所以这种零序电流互感器可以套在任一电压等级的电缆上。

二、没有精度和变比的高灵敏度零序电流互感器

这种零序电流互感器主要用在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统。

1、小电流选线装置用零序电流互感器

小电流选线装置本身没有整定值，零序电流只是装置的判据之一，要求零序电流互感器在一次接地电流较小时，和非金属性接地时，零序电流互感器也要有一定的输出，来满足装置启动的门坎值。装置本身的负载阻抗并不大，但需要通过电缆将各个零序电流互感器与装置连接起来，所以电缆的阻抗就是零序电流互感器的主要负载阻抗，这种零序电流互感器的负载阻抗一般为2.5Ω左右，经过多年实践和试验得知与小电流选线装置配套的零序电流互感器选用：

变比：150/5 容量：5VA 或变比：40/1 容量：2.5VA

这两种零序电流互感器在负载阻抗2.5Ω时，一次1A，二次输出在20mA左右，一次40A时二次≥1A，没有严格的变比关系。

2、与DD11/60型继电器配套使用的零序电流互感器

DD11/60型继电器线圈并联阻抗为10Ω，COSΦ=0.8，我公司生产的ENR—LJ（K）××A型零序电流互感器是其配套产品，二次电流60mA时零序电流互感器一次电流≤4A。

3、与DL11/0.2型继电器配套使用的零序电流互感器

DL11/0.2型继电器线圈并联阻抗为10Ω，COSΦ=0.8，我公司生产的ENR—LJ（K）××B型零序电流互感器是其配套产品，二次电流0.2A时零序电流互感器一次电流≤10A。

三、有变比、容量、精度要求的零序电流互感器。

1、国家标准GB1208—1997

国标中规定，保护用电流互感器误差限值。

准确级 5P 10P

额定一次电流下额定一次电流下的在额定准确限值一次电的电流误差% 相位差±（ˊ） 流下的复合误差% ±1 ±60 5 ±3 —— 10 2、精度与容量（额定负荷）的关系

国标中规定：“在额定频率及额定负荷下，电流误差，相位差和复合误差不超过上表所列限值。”所以所选零序电流互感器的容量要与二次回路（装置及回路）阻抗匹配，才能达到上表精度，如所选容量大时零序电流互感器在使用时将出现正误差，反之则出现负误差。

3、容量与二次阻抗的关系 Z=S/I2 或 S=I2×Z

式中S：容量（额定负荷）用“VA”表示

I：二次额定电流，（5A或1A）用“A”表示

Z：二次所接仪器或继电器的阻抗和二次联结线路阻抗之和，用“Ω”表示。 例如：变比100/5 容量：5VA、 Z=S/I2=5/52=0.2（Ω） 变比150/5 容量：10A、 Z=S/I2=10/52=0.4（Ω） 变比 100/1 容量： 2.5VA Z=S/I2=2.5/12=2.5（Ω） 变比 50/1 容量： 1VA Z=S/I2=1/12=1（Ω）

根据例子可以看出二次电流为1A的所需容量较小，所以建议优先使用二次额定电流为1A的零序电流互感器。

四、变比的选择

1、变比：额定一次电流与额定二次电流之比

零序电流互感器的应用一般都选用较小变比，常用的如：50/5、75/5、100/5、150/5、200/5、20/1、50/1、100/1、150/1、200/1等，因为只有发生一次接地故障时，零序电流互感器才有输出。人们不会让接地电流很大时才使保护动作。（不用考虑躲过负荷电流）可是由于一次绕组是电力电缆，仅有一匝，这样，50/5的零序电流互感器的二次额定匝数，仅10匝，所以50/5的零序电流互感器负荷特性较差，实际负载阻抗和零序电流互感器的容量不一致时将会出现较大的误差，而且在低于额定电流时误差也会加大，所以在允许的情况下尽量选用大一些的变比。

2、已有保护整定值时变比选择 已有保护定值，变比就很容易选择了。

如定值是一次电流80A时保护动作，可靠国标选100/5 或100/1。

3、电阻接地系统变比的选择

电阻接地系统接地点电流由两个分量组成，一个是电容电流，另一个是中性点电阻电流，两者相差90º。故障回路的零序电流等于接地点电流与本线路接地电容电流向量差，即等于所有非故障线路接地电容电流与电阻性电流向量和的负值。如：电阻接地系统（IR=1—1.5IC）

6KV 10KV IC 10—50 30—60 阻值 20—200 20—150 IR 20—80 40—100 故障I合 25—200 50—160 建议零序电流互感器变比选用：50/1 100/1 150/1 200/1 100/5 200/5

4、中性点不接地和消弧线圈接地系统用零序电流互感器变比的选择。

这种系统接地电流较大时，或保护最小启动电流较小时，可选用大一些变比的零序电流互感器，如50/1；100/1；100/5；150/5及以上。可是有的中性点不接地系统一般不允许接地电流超过10A，所以一般10A以下保护就要动作。消弧线圈接地系统由于电感电流和电容电流的中和后，一般也不会有超过10A的接地电流（一般都是过补偿，实际接地电流已是电感电流）由于使用的综合保护（不用综合保护的有时用高灵敏度零序电流互感器，和与其配套的继电器，见2）。就要求有整定值，一般定值≤10A，如整定值一次电流为5A，可考虑100/5A或20/1A ，一次电流5A时，二次电流0.25A，一般已超过综合保护的启动电流。如综合保护最小启动电流>0.25A也只好选用75/5；50/5；15/1；10/1的变比，这些变比的零序电流互感器最好选用整体式的，否则精度要差一些。

5、大电流接地系统变比的选择

中性点接地系统单相接地就是单相短路。变比可以选大一些，如：150/5、150/1以上的变比，不要太小，否则躲不过不平衡电流。注意零线（N）不要穿过CT。

6、零序电流互感器二次额定电流的选择

国标规定有1A、2A、5A。考虑到零序电流互感器一般都是小变比，所以尽量选用1A的，来提高带负载能力。

但是有些综合保护设定1A或5A时是用菜单选择，这时零序电流互感器的二次额定电流就要服从主CT二次额定电流值。

五、容量的选择

容量要与保护装置阻抗（含电缆阻抗）匹配，才能保证其精度（见3）

1、综合保护等电子型保护的容量

这种保护如就地安装（开关柜上），回路阻抗可以不计，一般在0.2～0.4Ω。二次额定电流5A的零序电流互感器选5VA，二次额定电流1A的零序电流互感器0.2～0.4VA。如电缆连接回路较长，要考虑回路阻抗，加大容量。

2、与继电器配套的零序电流互感器容量 常用电磁继电器阻抗（Ω）

型号 DL—10 DL—20C DL—30 最大整定电流（A） 0.6 2 6 0.6 2 6 2 6 线圈串联 4 0.36 0.065 18.3 2 0.24 2 0.2 线圈并联 1 0.07 0.018 4.2 0.5 0.06 0.5 0.06 根据阻抗和零序电流互感器的额定二次电流可计算出零序电流互感器的容量。

3、二次回路电缆电阻表： 铜导线电阻表

标称截面积 直流电阻20ºC mm2 1.5 2.5 4 Ω/KM ≤12.1 ≤7.41 ≤4.61 六、孔径的选择

交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆

三芯 8.7/15KV 导线截面mm2 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300

单芯 12/20KV 8.7/15KV 12/20KV 建议CT孔径电电导电建议CT孔径 导电mm 建议缆建议导线缆线缆线缆CT孔共共共共外CT孔截面外截外共九截外共九径mm三六三六2径径（ф） mm 径面径根面径根（ф） 2根根根根2mm mm mm mm ф mm mm ф ф ф ф ф 53 80 25 23 100 120 140 55 80 35 63 80 35 24 100 120 140 35 27 100 120 140 58 80 50 66 100 50 25 100 120 140 50 29 100 140 160 61 80 70 69 100 70 27 100 120 140 70 30 100 140 160 66 100 95 74 100 95 29 100 140 160 95 32 120 140 180 70 100 120 77 120 120 30 100 140 180 120 34 120 140 180 73 100 150 82 120 150 32 120 140 180 150 35 120 140 200 77 100 185 86 120 185 34 120 140 200 185 38 120 160 200 84 120 240 92 120 240 36 120 160 200 240 40 120 160 200 89 120 300 97 120 300 39 120 160 200 300 43 120 180 220 400 42 120 180 220 400 45 140 200 240 500 45 140 200 240 500 48 140 200 240 七、零序电流互感器的一次、二次电流曲线

1、起始阶段0-1,零序电流互感器一次电流较小，由于其中一部分用于激磁，所以二次电流也较小，高灵敏度的零序电流互感器一般都工作在这个阶段。

2、1-2，直线部分，一次电流与二次电流成比例，零序电流互感器工作在线性区，有变比和精度要求的零序电流互感器一般都工作在这个阶段。

3、2-3，过了2这点互感器进入饱和区。

4、准确限值系数越大2这一点越高，进入饱和区越晚。

I二次 3

2

1 I一次

0

八、准确限值系数

额定准确限值一次电流与额定一次电流之比。

例如：变比100/5 10P5

10 P 5

↓ ↓ ↓

复合误差 保护级 准确限值系数

也就是说一次电流500A时，二次电流为25A左右，他的复合误差≤10%，准确限值系数在零序电流互感器应用较少，因为我们要尽可能的使零序电流互感器工作在额定一次电流和额定二次电流时，以获得较高的精度。

九、动、热稳定电流

动稳定电流是一次电流很大时产生的电动力不会使电流互感器机械损坏，电缆型零序电流互感器一次绕组为电力电缆故没有动稳定电流的要求。

热稳定电流是指在二次绕组短路的情况下，电流互感器在一秒内能成承受住，且无损伤的最大一次电流方均根值，（用“KA/S”）表示。

我公司零序电流互感器一般都在大于5KA/1秒上，所以均能满足客户要求，如有特殊要求可提出。

十、整体式与分体式

为了方便安装和便于改造工程，我公司型号中带“K”为分体式（开合式）用M8—M12内六角螺丝将两部分组在一起。这种零序电流互感器由于螺丝的松紧影响其精度所以只能做到“10P”级。整体式零序电流互感器，可以检测精度后再浇注，故也能做到“5P”级或更高至测量级。

十一、安装

利用互感器下面两个内螺栓孔（M8—M12）安装，也可以利用互感器正面4个ф8的孔安装，但这四条螺丝不能上的太紧，否则会把开口式互感器连接处拉开影响精度，建议使用M6的螺丝安装。由于互感器为浇注后切开，所以四孔尺寸有±3mm误差。

十二、有特殊要求的零序电流互感器

1、线性好的零序电流互感器

有的用户要求零序电流互感器线性好，我公司可制作5%-100%额定电流区间误差为±3%的零序电流互感器。变比为50/1、100/1、150/1、200/1及以上。

2、多变比的零序电流互感器

我公司生产两个绕组三个变比的零序电流互感器

3、户外零序电流互感器

户外安装时我公司给接线端子加防水盒，但只能做整体式。

4、长圆孔零序电流互感器

为了方便使用和安装，而且高度不增加时我公司可制造长圆孔互感器如100×200；100×300；200×200；200×300等单位（mm）。