泄漏电流对电流互感器误差特性的影响及分析

泄漏电流对电流互感器误差特性的影响及分析

杨妍

（国网山西省长治供电公司山西省长治市046011）

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也突飞猛进。目前在低压状态下对输电系统中的电流互感器开展误差检测，检测条件与实际运行条件不一致，导致检测数据不能准确反映其运行时的实际误差特性，从而导致较大的电能错误计量或对电流互感器计量性能合格性做出错误评判。分别通过理论、仿真和试验等多种方式深入分析泄漏电流对电流互感器误差特性的影响。结果表明，泄漏电流会使电流互感器误差向负方向偏移；电流较小时（特别是20%额定电流以下），泄漏电流影响较大，随着电流增大，泄漏电流影响逐渐减小，当电流增大到一定程度时，泄漏电流对电流误差的影响可以忽略；建议采用在运行电压下直接测试的方式对电流互感器开展误差检测。

关键词：泄漏电流；电流互感器；误差特性；影响及分析

输电系统中的电流互感器运行于高压状态，其主要作用是将一次电流信号传变给电能计量装置和继电保护装置等设备。电流互感器传变信号的准确性即电流互感器良好的误差特性对保证电能计量的准确性具有重要意义。为了保证电流互感器传变信号准确，必须对其误差性能进行检测。目前对高压电流互感器开展误差检测主要依据标准IEC（国际电工委员会）61869-2—2012《Instrumenttransformers-part2:additionalrequirementsforcurrenttransformers》[1]和国家计量检定规程JJG1021-2007《电力互感器》[2]等开展。根据这些标准规定，对电流互感器误差检测时只升流（即在低压下进行检测），但其实际运行于高压状态，由于一、二次绕组间电容的存在，将有泄漏电流从处于高压的一次绕组流向处于低压的二次绕组。因此，低压下的误差检测结果不能准确反映电流互感器在实际运行中的计量性能。国家标准GB/T20840.4—2015《互感器第4部分：组合互感器的补充技术要求》考虑了电压对电流互感器误差的影响，但是依据该方法得到的是电流互感器的最大误差范围，而不是电流互感器实际运行状态下的真实误差。根据IEC关于仪表和测量装置的基本原则：“所有仪表和测量装置的误差都必须进行实际测量，未经测量，仅是以其他测量中计算出来的和引用电压、电流和功率因数组合的误差，不能作为评价装置基本误差的依据”，说明电流互感器的误差应在实际高压运行状态下测量，此时泄漏电流对电流互感器误差的影响才能被真实地考虑进去。

1电流互感器误差特性的计算及分析

1.1电流互感器在高压下的误差计算

由于三相三元件组合互感器中各相电流互感器参数基本一致，此处仅以其中一相电流互感器为例进行分析。高压状态下，对电流互感器的误差检测示意图如图1所示。其中，I1为不考虑泄漏电流影响时被测电流互感器的二次电流，I2为不考虑泄漏电流影响时标准电流互感器的二次电流，I3为被测电流互感器的泄漏电流，I4为高压标准电流互感器的泄漏电流，I5为被测电流互感器二次电流与标准电流互感器二次电流间的差流，ZL为被测电流互感器的二次负荷。

用升压器将一次绕组上的电压升至高压，则处于高压的一次绕组与处于低压的二次绕组间形成电势差，且由于一次绕组与二次绕组间存在电容，将导致电容电流从一次绕组流向二次绕组，从而影响电流互感器的误差，此电容电流即泄漏电流。当一次绕组处于高压时，泄漏电流I3、I4分别从被测电流互感器和高压标准电流互感器的一次绕组流入二次绕组，根据电流互感器误差的计算公式可得电流互感器在高压状态下的实际误差ε为

可见，电流互感器处于实际运行高压下的测量误差由两部分组成，即在低压下测得的误差0ε和由于被测电流互感器和高压标准电流互感器一次绕组处于高压而产生的泄漏电流引起的误差εΔ。

2试验结果及分析

2.1泄漏电流对比差的影响

电流互感器一次侧处于不同电压时，将产生不同的泄漏电流。可以看出，在不升压（即0%额定电压）情况下，电流从1%额定电流到120%额定电流变化时，在额定负荷和下限负荷下电流互感器比差变化较小，其中额定负荷下变化约为0.1%，下限负荷下变化约为0.03%。当电流互感器处于高压时，泄漏电流使比差向负方向偏移，且电流越小，其偏移量越大；额定负荷和下限负荷下均呈现比差随电流升高而迅速增大，约在8%额定电流时出现转折点，此后比差增加变缓，到60%额定电流后，泄漏电流的影响可以忽略不计。因此，泄漏电流对电流互感器比差的影响主要体现在电流互感器处于低负荷即小电流运行时（特别是20%额定电流以下），该结果与仿真分析一致。一次电压升高，泄漏电流变大，对电流互感器的比差影响增大，使得比差向负方向偏移量更大，比差更小；120%额定电压、额定负荷下其1%额定电流下的比差已达−0.6%；120%额定电压、下限负荷下其1%额定电流下的比差已低于−0.5%，与不加压时的比差相差约0.55%。

2.2泄漏电流对角差的影响

在不升压（即0%额定电压）时，额定负荷和下限负荷下电流互感器角差随电流增大而减小，其中额定负荷下变化约为7′，下限负荷下变化约为3′。当电流互感器处于高电压时，泄漏电流将引起角差向负方向偏移；电流越小，角差向负方向的偏移量越大。泄漏电流的影响使得角差随电流增大而迅速增大，在约5%额定电流时角差达到最大值，此后随电流增加，角差不断缓慢减小；到60%额定电流后，泄漏电流对角差的影响可以忽略不计，因此，泄漏电流对电流互感器角差的影响主要体现在电流互感器处于低负荷即小电流运行时（特别是20%额定电流以下），该结果与仿真分析结果一致。当一次电压升高，泄漏电流变大，对电流互感器的角差影响增大，使得角差向负方向偏移更大，角差变得更小；120%额定电压、额定负荷下，其1%额定电流时的角差已低于−8′；120%额定电压、下限负荷下，其1%额定电流下的比差已低于−12′，与不加压时角差相差约16′。

3注惹事项

测量时要注意区别不同的测试条件。如果我们的测电器发现隔离变压器不能正常供电的时候，就需要采用绝缘性能好的绝缘垫来安全操作，这樣就不怕在工作温度下测量泄漏电流出现漏电情况了。在没有切断电源前，不得触摸被测电器，因为被测电阻的外壳都是带电的，所以在不清楚电流是否泄漏的时候，我们需要带上绝缘性能好的手套在安全的情况下进行。若电器上装有一个或者很多电容器的时候，开关只装有一个单极开关时，就需要先断开开关后，才能进行测量。电器同时装有电热元件和电动机的时候，就选择电动电器中极限数值较大的那个。测试环境的温度、湿度和绝缘表面被污染等情况都会影响电流泄漏电，所以应尽量减少测试环境对测试数据的影响。泄漏电流还与电器本身分布电容有关，所以就要求在布置方式和绝缘结构上按照规定进行操作，这样泄漏的电流值也有所不同，就需要单独接地线从而减少泄漏电流值。

结语

本文通过理论、仿真及试验相结合的方式，分析了泄漏电流对电流互感器误差的影响，得到以下结论。1）泄漏电流使电流互感器的比差和角差产生负方向偏移，且其影响随泄漏电流的增大而增大。2）泄漏电流对电流互感器误差的影响主要体现在电流互感器处于低负荷即一次电流较小（特别是20%额定电流以下）时；随着一次电流增加，泄漏电流对电流互感器误差的影响减小，当一次电流增加到一定程度时，泄漏电流的影响可忽略。3）建议采用在运行电压下直接测试的方式对电流互感器开展误差检测。电器设备的使用方便了人们的生活，促进了社会的发展，但设备的故障发生率也在不断增加。因此，我们必须重视电器设备故障检测，做好设备的维护保养，以便提高设备的使用寿命，提高生产效率。从数值大小上分析，国际安全标准对II类电器的泄漏电流的要求标准较高，而相对于II类的电器，对I类电器电流泄漏的规定就相对宽松；从固定式和移动式电器的规定标准来看，移动式电器的泄漏电流要求更加严苛，固定式则相对宽松；经过对比发现，限定不同种类电动电器的电流泄漏值时，不以其功率大小为参考标准；而电热电器则正好相反，电器的功率越大其泄漏电流的限值就越大，不过最大值不可超过5mA，否则就超出了安全范围；只有泄漏电流值完全在上述规定值以内的电器产品才属于安全无故障产品，其泄漏电流值才能算作安全电流。

参考文献：

[1]GB/T20840.4—2015,互感器第4部分：组合互感器的补充技术要求[S].2015.

[2]毛颖科,关志成,王黎明,等.基于泄漏电流脉冲主成分分析的外绝缘污秽状态评估方法[J].电工技术学报,2009,24(8):39-45.