GB_Z 20840.100-2023 互感器 第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则.docx

ICS29.180CCSK41OB中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z20840.1002023互感器第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则InstrumenttransformersPart100zGuidanceforapplicationofcurrenttransformersinpowersystemprotection(IECTR61869-100:2017,MOD)2024-07-01实施2023-12-28发布国家市场监督管理总局妗本国家标准化管理委员会及伟目次前言V引言VO1范围12规范性引用文件13术语、定义和符号14电流互感器设计过程中的责任51.1 历史51.2 电流互感器设计过程细分55 暂态设计的基本理论方程65.1 电路65.2 暂态现象IO6 工作循环146.1 C-O工作循环146.2 C-O-C-O工作循环386.3 暂态设计汇总427暂态面积系数KU的数值计算法431.1 概述431.2 基本电路441.3 算法451.4 计算方法451.5 参考算例468 铁芯饱和与剩磁498.1 饱和的常规定义498.2 有气隙铁芯与无气隙铁芯528.3 产生剩磁可能的原因549 实用性建议579.1 同一绕组规定不同PR准确级的风险579.2 TPY级暂态面积系数KU对相位差）和二次回路时间常数T,的限制5710不同准确级之间的关系5710.1 概述5710.2 极限条件下的电动势计算5810.3 极限条件下励磁（或磁化）电流的计算5810.4 应用示例5910.5 准确级规范的最低要求5910.6 用有气隙铁芯代替无气隙铁芯6011保护功能及其对CT规范的修正6111.1 概述6111.2 一般应用建议61113过流保护：ANSI代码：505150N51N/67/67N;IEC符号：1>6411.4 距离保护：ANSI编码：2121N;IEC符号：Z<6611.5 差动保护73附录A（资料性）本文件对IECTR61869700:2017进行更正的内容82附录B（资料性）C-O工作循环软件代码84附录C（资料性）计算暂态面积系数K的软件代码87参考文献94图1故障初始角Y的定义2图2保护回路的主要部件6图3完整电气回路7图4一次短路电流8图51.cr的非线性磁通9图6电流互感器的线性化励磁电感9图7用非线性模型仿真的单相短路特性11图8三相短路特性12图9磁通的构成13图10两个不同故障初始角的短路电流15图11最高磁通值亚的曲线15图1250HZ和=70°时四种情况下的一次电流曲线16图13影响电流互感器磁饱和的短路电流四种典型情况17图14暂态系数计算的有关时间范围19图1550HZ下出现第一个磁通峰值时间与T,的关系20图16最不利故障初始角u.wmax与T,和t'的函数关系21图17最不利故障初始角uwmx与T,和t匕的函数关系21图18用最不利故障初始角0u.wmm计算的Kt.wmx22图19Ku.ymn和YUWmX的极坐标图22图20时间范围1中K的确定23图21一次电流曲线（50Hz、T=1ms、YWmX=I66。、t,a=2ms）28图22最不利故障初始角（50Hz,To=5（）ms.,T=61ms）29图23不同时间范围的暂态系数29图2450Hz、To=61ms时不同1.a下所有时间范围内的K30图25图24的局部放大图31图26较小一次时间常数下的一次电流31Il图27某一较小一次时间常数下的K值32图28不同故障初始角下的短路电流33图29不同故障初始角的暂态系数33图30每个时间步长下最不利故障初始角（50HZ）34图31两个不同故障初始角的一次电流（16.67HZ）34图32不同故障初始角的暂态系数（16.67HZ）35图33每个时间步长下最不利故障初始角（16.67Hz）35图34参考文献5给出的故障发生情况36图35若干年中故障的统计分布37图36用不同故障初始角Y计算的暂态系数Kl38图37无气隙铁芯在C-O-C-O工作循环中的磁通39图38带气隙铁芯在C-O-C-O工作循环中典型磁通曲线（在第二次通电期间磁通较高）40图39带气隙铁芯在C-O-C-O工作循环中的典型磁通曲线（在第一次通电期间磁通较高）.40图40在C-O-C-O循环中允许饱和情况下的磁通曲线41图41铁芯饱和用以降低磁通峰值42图42暂态设计的曲线汇总43图43数值法计算K的基本电路图44图44C-O工作循环中的K计算46图45C-O-C-O工作循环中第一个循环没有磁饱和时的K计算47图46JO-C-O工作循环中第一个循环有磁饱和时的K计算47图47非对称性降低后C-O-C-O工作循环中K的计算48图48t'和t"。较小时C-O-C-O工作循环中K的计算48图49无气隙铁芯C-O-C-O工作循环的Ka计算49图50GB1208和GB/T20840.2的饱和磁通定义对比50图51GB1208定义的剩磁系数K50图52应用直流法确定带气隙铁芯的饱和磁通与剩磁通51图53应用直流法确定无气隙铁芯的饱和磁通与剩磁通51图54电弧炉变压器CT二次电流故障录波54图55四线连接55图56自动重合闸时第二次故障期间的CT二次电流故障录波56图57定时限特性的速断/延时过流保护（ANSl代码50/51）的应用64图58延时过流保护时间特性65图59CT配置示例（延时过流保护）65图60距离保护原理（时间-距离图）66图61距离保护原理（R/X图）67图62距离保护CT设计示例68图63C-O-C-O工作循环中的一次电流70图64暂态系数Kt及其包络线KP71图65TPY级CT的暂态系数KI（第一次故障期间出现饱和）71图66TPZ级CT的暂态系数K（第一次故障期间出现饱和）72图67TPX级CT的暂态系数K72图68差动保护原理73图69变压器差动保护（故障）74图70变压器差动保护75图71母差保护（区外故障）77图72母差保护用CT的电流仿真79图73简单双端线路的CT设计8（）表1短路电流初始角的四种典型情况16表2暂态设计的公式汇总43表3饱和点定义对比52表4测量的剩磁系数53表5同一绕组不同PR级规定57表6电动势定义58表7电动势值的转换58表8计算系数间的转换58表9限值电流的定义59表10准确级规范的最低要求59表11有气隙与无气隙铁芯的特征60表12应用建议61表13TPY级铁芯扩大面积系数计算结果76表14PX级铁芯扩大面积系数计算结果77表15线路差动保护计算方案81表A.1本文件对IECTR61869-100:2017进行更正的内容82本文件按照GB/T1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件是GB/T（Z）20840互感器的第100部分。GB/T（Z）20840已经发布了以下部分：第1部分：通用技术要求；一一第2部分：电流互感器的补充技术要求； 第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求； 第4部分：组合互感器的补充技术要求； 第5部分：电容式电压互感器的补充技术要求； 第6部分：低功率互感器的补充通用技术要求； 第7部分：电子式电压互感器； 第8部分：电子式电流互感器； 第9部分：互感器的数字接口； 第14部分：直流电流互感器的补充技术要求； 第15部分：直流电压互感器的补充技术要求；一一第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则；第102部分：带有电磁式电压互感器的变电站中的铁磁谐振；第103部分：互感器在电能质量测量中的应用。本文件修改采用IECTR61869-100:2017互感器第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则。文件类型由IEC的技术报告调整为我国的国家标准化指导性技术文件。本文件与IECTR61869700:2017相比做了下述结构调整：一一增加了附录A:本文件的附录B、附录C对应IECTR61869TOo:2017的附录A、附录Bo本文件与IECTR61869-100:2017的技术差异及其原因如下：一删除了IECTR61865100:2017的术语“3.1.7时间”，因术语与其概念一样，且与缩略语重复；将“注”的内容调整为正文（见6.1.3.6）,以完善标准技术内容；删除了IEC1口61869-10除2017的8.2最后一段、11.2.1中第2段第1句话、表12的倒数第1行和倒数第3行的有关高阻抗保护方面的内容，以符合我国的实际情况；一在“不再需要力矩，IA的额定电流是足够的，甚至0.IA的值现在正在讨论并已经用于特殊领域”后增加了“但是，对于一次电流很大（如发电机出口用100ooA以上）的暂态保护用电流互感器，二次电流可选用较大值，如5A（这是从CT制造角度考虑），相应的电阻性负荷也应按照电流的平方进行换算”（见11.2.2）,以符合我国的实际情况；将“A1.F或K大于等于20”更改为“A1.F或K大于或等于10"（Jal1.3.2）,以符合我国的实际情况；删除了IEC11?61869-100:2017中11.5.6有关“高阻抗差动保护”的内容，以符合我国的实际情况。本文件做了下列编辑性改动：一重新绘制了全文的图，将图中的曲线说明直接标注在图中。将图3、图43和图59中电感符号调整为国内常用符号；将IECTR61869-100:2017的三相端子标志均由“1.I、1.2、1.3”调整为“A、B、C,;对IECTR61869-100:2017中未编号的公式予以编号并调整了全文的其他公式编号：将3.1.3中“注1”改为“注”；一一图14中增加了纵坐标和tdo,mx处的竖线；将图24上面一段文字中的“=3°"调整为"Z=3°”；图31纵坐标中删除了“标幺值”；图38增加了t”.及对其的说明，图39增加了对t”。的说明；式(30)前面的一句话中增加了表示短路电流交流磁通分量的符号；图43符号说明中删除了重复的一个im;将10.4第一段中的“TPY20x5.5”改为“TPY级,K=20,K=5.5”;表10关于TPX、TPY和TPZ的要求中增加了引语“标准规范："，并将“注”调整为“注1”，增加了“注2:对暂态准确级而言，GB/T20840.2规定两种规范方法是不能混合使用的，否则对电流互感器的要求可能过分”，同时将脚注与注的内容互换了位置；对I1.4.3.1.2、I1.5.2和I1.5.3.2增加了引导语,对I1.4.3.1.2中“注”的内容进行改动;增加了11.4.3.1.3的注；更改了图68中电流流向：调整了表2和表3的格式，对表2部分内容的表述形式进行了调整，表4、表5、表7、表8,表11、表13、表14和表15补全表头及部分内容，表6和表9增加了表头，对表13的脚注形式进行了调整，表15中删除了第一列“K=0.54)”的上角标；更正了IECTR61869-100:2017中的错误，见附录A;用资料性引用的GB/T20840.2替换了IEC61869-2(见4.1、5.1.1、5.1.2、6.1.3.6、6.3、7.1、8.1.2、8.1.4、10.1);用资料性引用的GB16847替换了IEC600446(见4.1、4.2、5.1.1、5.2.3、6.1.3.2、6.3、8.1.2、11.1);用资料性引用的GB1208替换了IEC6(X)44-1(见8.1.2、8.2、11.1);删除了IECTR61869-100:2017中资料性引用的IEC60617-3:1996(Mil.l)o请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出。本文件由全国互感器标准化技术委员会(SAC/TC222)归口。本文件起草单位：国网江西省电力有限公司电力科学研究院、沈阳变压器研究院有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、中国电力科学研究院有限公司、大连第一互感器有限责任公司、浙江天际互感器股份有限公司、江苏科兴电器有限公司、云南电网有限责任公司电力科学研究院、大连北方互感器集团有限公司、西安高压电器研究院股份有限公司、国网陕西省电力公司电力科学研究院。本文件主要起草人：晏年平、刘玉风、万华、张宇、须雷、刘勇、沙玉洲、赵希才、唐福新、杨峰、汪本进、刘红文、徐碧川、陈连友、曾磊磊、刘彬、吕航、冯建华、邓小聘、杨晓西。互感器标准的制定，是为了给互感器建立一套最佳的评价准则，为互感器从原材料选择、设计、生产、检验、选用、运行及维护等方面所需的注意事项提供指导。GBZT(Z)20840旨在规定适用于互感器的设计、制造、试验、运行及维护等方面的遵循原则和相关规则，拟由14个部分构成。 第1部分：通用技术要求。目的在于规定适用于各类互感器设计制造和生产试验等所需要遵循的通用技术要求。一第2部分：电流互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类电流互感器的补充技术要求。一第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类电磁式电压互感器的补充技术要求。第4部分：组合互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类组合互感器的补充技术要求。 第5部分：电容式电压互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类电容式电压互感器的补充技术要求。一第6部分：低功率互感器的补充通用技术要求。目的在于规定适用于各类低功率互感器的补充技术要求。 第7部分：电子式电压互感器。目的在于规定适用于各类电子式电压互感器的补充技术要求。 第8部分：电子式电流互感器。目的在于规定适用于各类电子式电流互感器的补充技术要求。 第9部分：互感器的数字接口。目的在于规定适用于各类电子式互感器数字接口的技术要求。 第10部分：低功率无源电流互感器的补充技术要求。目的在于确立适用于各类低功率无源电流互感器的补充技术要求。 第11部分：低功率无源电压互感器的补充技术要求。目的在于确立适用于各类低功率无源电压互感器的补充技术要求。 第14部分：直流电流互感甥的补充技术要求。目的在于规定适用于各类直流电流互感器的补充技术要求。 第15部分：直流电压互感器的补充技术要求。目的在于规定适用于各类直流电压流互感器的补充技术要求。 第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则。目的在于对各类电流互感器在电力系统保护的应用方面提供指导。一第102部分：带有电磁式电压互感器的变电站中的铁磁谐振。目的在于对各类带有电磁式电压互感器的变电站有关铁磁谐振的产生机理和抑制等方面提供指导。 第103部分：互感器在电能质量测量中的应用。目的在于对各类互感器在电能质量测量的应用方面提供指导。GBT(Z)20840通过14个部分明确了各类互感器产品的技术规范，给出了具体的技术要求、试验项目、试验程序、试验方法及运行指导等。通过确立各类产品明确的范围、术语、技术要求和试验要求等，让从事相关产品设计、生产、试验及使用等方面的人员能够更加清晰、准确地进行操作，从而为设计、制造高质量的产品奠定基础，更好地促进贸易、交流和技术合作，并为我国电网的正常运行提供保障。自(16847-1997(保护用电流互感器暂态特性技术要求颁布以来，暂态保护用电流互感器的应用范围不断扩大。因此，根据电力系统要求进行设计的理论背景变得越来越复杂。本文件是对GB/T20840.2的技术内容的补充，同时，对GB/T20840.2中有关暂态保护特性的背景资料及其历史版本中的技术内容进行了比对和解释，对用户进一步理解GB/T20840.2的技术内容是有帮助的。互感器第100部分：电力系统保护用电流互感器应用导则1范围本文件给出了理解电磁式电流互感器(CT)定义及其要求的先进信息，以便给一般用户或专家提供信息，帮助继电保护装置制造商、电流互感器制造商和项目工程师理解电流互感器如何响应简化的或标准化的短路电流信号。在必要之处，也涉及了一些抽象性的概念，并讨论了电流互感器设计过程中职责方面的问题。本文件适用于符合GB/T20840.2要求的保护用电磁式电流互感器。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T15544.1-2023三相交流系统短路电流计算第1部分：电流计算(IEC60909-0:2016,MOD)注：GB/T15544.12023被引用的内容与IEC609090:2001被引用的内容没有技术上的差异。GB/T20840.12010互感器第1部分：通用技术要求(IEC61869-1:2007,MOD)注：GB/T20840.1-2010被引用的内容与IEC618697:2007被引用的内容没有技术上的差异。GB/T20840.22014互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求(IEC61869-2:2012,MOD)注：GB/T20840.2-2014被引用的内容与IEC61869-2:2012被引用的内容没有技术上的差异。3术语、定义和符号3.1 术语和定义GB/T20840.12010和GB/T20840.22014中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1额定一次短路电流ratedprimaryshort-circuitcurrentIys暂态一次短路电流的交流分量方均根值，为电流互感器准确度性能的基准。来源：GB/T20840.22014,3.3.2063.1.2额定短时热电流ratedshort-timethermalcurrentItn在二次绕组短路的情况下，电流互感器能在规定的短时间承受且无损伤的最大一次电流方均根值。来源：GB/T20840.22014,3.3.2033.1.3对称短路电流初始值initialsymmetricalshortcircuitcurrent,在系统阻抗值保持故障初始值情况下，预期（可达到的）短路电流的对称交流分量方均根值。注：I是一个设备及其部件的基本参数，I是一个准确度要求的参数，它对电流互感器的饱和特性有着决定性的影响。保护系统将确保在电流I”，跳闸，而电流I”、通常低于电流I。根据保护要求，电流互感器在达到电流I”、之前可能就己饱和。因此，在某些情况下，I可能比I”要小得多。来源：GB/T15544.12023,3.53.1.4一次电流primarycurrent1,流过电流互感器一次绕组的电流。3.1.5二次电流secondarycurrentI,流过电流互感器二次绕组的电流。3.1.6角频率angularfrequency一次电流的角频率。3.1.7系统短路阻抗的阻抗角phaseangleofthesystemshortcircuitimpedance系统短路阻抗的相角。故障初始角faultinceptionangle一次短路起始角，电压达到最大值短路时该角为180。（见图1）标引符号说明：U一次电压；Y故障初始角。图1故障初始角Y的定义3.1.9小故障初始角minim三faultinceptionangleYm电流互感器设计中所考虑的故障初始角丫的最小值。3.1.10故瘴初始角的另一定义alternativedefinitionoffaultinceptionangle一次短路起始角，定义为-:3.2符号和缩略语下列符号和缩略语适用于本文件。A、B、C三相电力系统中相的标志E额定等效极限二次电势EA1.FP级和PR级保护用电流互感器的二次极限电势Eps测量用电流互感器的二次极限电势Ek额定拐点电势F机械载荷Fo结构系数F相对泄漏率FS仪表保安系数(instrumentsecurityfactor)f频率f.额定频率I在Ea下的二次励磁电流峰值Ieh额定连续热电流Iam额定动稳定电流1 .励磁电流k对称短路电流初始值2 ,一次电流Ip额定仪表限值一次电流Ipr额定一次电流Is额定一次短路电流Is二次电流I额定二次电流I额定短时热电流3 .瞬时误差电流Kg剩磁系数1)Ks额定对称短路电流倍数K暂态面积系数K暂态系数Kx计算系数k实际变比k.额定变比1.e电流互感器的非线性励磁电感1.m电流互感器的线性化励磁电感Ns二次绕组匝数R,额定电阻性负荷R二次绕组电阻R.二次回路电阻S,额定输出T,规定的一次时间常数T,二次回路时间常数t时间V第一次故障持续时间t”第二次故障持续时间t,第一次故障的准确限值规定时间tWo第二次故障的准确限值规定时间Ii故障重现时间Um设备最高电压Usy系统最高电压相位差E比值差ec复合误差6峰值瞬时误差6峰值交流分量误差系统短路阻抗的阻抗角故障初始角m最小故障初始角。故障初始角的另一定义T电流互感器铁芯二次匝链磁通亚，剩磁通亚a饱和磁通w角频率AlS空气绝缘开关站(Air-InSUIatedswitchgear)A1.F准确限值系数(ACCUraCylimitfactor)CT电流互感器(CUrrentTransformer)CVT电容式电压互感器(CaDaCitiVeVoltageTransformer)1)GB12082006和GB168471997中剩磁系数表示为K0GIS气体绝缘金属封闭开关设备（GaS-InSUIatedSwitchgear）IT互感器（InStrIImentTransformer）VT电压互感器（VOhageTransformer）4电流互感器设计过程中的责任4.1 历史GB16847保护用电流互感器暂态特性技术要求是第一个考虑保护用电流互感器暂态性能的标准，于1997年发布。对于大家熟知的P级电流互感器，由于存在一次直流分量，因此通常必不可少的扩大面积要求只能“隐藏”在准确限值系数或负荷中。新型准确级TPX、TPYsTPZ的定义强调的是“循环导向”，规定了C-O和C-O-C-O工作循环的所有必要参数。这些准确级的出现，将一次直流分量引起面积增大（即暂态系数K,现在称为暂态面积系数）的计算责任转移至CT制造方。暂态特性准确级未被广泛接受的原因有以下两点：一按照工作循环（必要时规定准确限值时间）确定的性能规范远比传统的5P和IOP级的复杂后者最初是为机电式继电器设计的；一一工作循环的定义并不能反映定义扩大面积系数的实际判据。现在，保护装置开发方根据一次短路电流波形及自身保护要求，规定保护用电流互感器的扩大面积要求已成常态。将GB16847整合到GB/T20840.2时，弱化了工作循环的定义。因此，暂态特性的定义被引申到允许直接定义暂态面积系数KU而不是工作循环参数。这种新的定义方法简单，并且与常规的P级电流互感器相似。本文件的目的就是给出这种替代规范在一些关键场合上的应用。4.2 电流互感器设计过程细分在现代数字保护装置中，得益于采样率的提高和保护算法的改进，决策时间不断缩短。因此，要求电流互感器无饱和的时间也相应地缩短，使得电流互感器铁芯缩小，这符合现代紧凑型气体绝缘开关设备的发展。另外，有些算法可对动态CT电流信号进行傅里叶和方均根值滤波，从而使保护装置能比较平稳地应对有可能导致饱和的大电流。基于这些原因，所要求的电流互感器性能和最终铁芯尺寸不能仅用初始饱和时间及简单的解析式来描述。因此，建议由保护装置开发商首先采用解析式进行初步核算。其次，采用铁芯仿真模型测试其算法，然后在继电保护说明书（或其他文件）中，针对最不利故障情形，以简单参数（如扩大面积系数、暂态面积系数等）的形式提出要求。在项目的工程阶段，将这些参数结合工程实际进行验证，之后将验证的参数反馈给CT制造商。为了兼容GB16847,根据诸如准确限值规定时间ra、工作循环等参数解析计算得到的暂态系数K4,可直接作为暂态面积系数KU使用，而无需进行继电保护测试。不建议采用这种方式，但在设计责任没有完全委托给保护装置制造商的情况下可采用。根据保护规则确定暂态面积系数KU的程序，可认为是继电保护专业方面的知识，不属于本文件的内容。作为补充，本文件强调的是从工作循环规定转到暂态面积系数规定的途径。在本文件中，解析式被扩展并多样化了，这比GB16847中的公式要复杂得多。但是，这样做的意图是，让这些公式仅为少数的保护装置开发商使用，然后由他们向项目工程师和CT制造商提供设计参数，从而简化CT的设计程序。5暂态设计的基本理论方程5.1 ½5.1.1简化的保护回路主要部件间的相互关系见图2（电流互感器测量电网电流，然后传送至保护装置）,标引符号说明：I次短路电流；K暂态面积系数；K暂态系数；T.规定的一次时间常数：To二次回路时间常数；t,一一第一次故障的准确限值规定时间;U额定等效极限二次电压。图2保护回路的主要部件继电保护开发步骤：用1.、T0找出典型电网中短路电流的最不利情形；确定所需的K.,并解析计算K（f、t”。ttr>T。、T3）:用数字CT仿真（软件）和继电保护装置（硬件）测试验证第一次的结果。如有必要，则修正Ks和K并包括安全系数；在继电保护说明书中公布最不利故障情况下的参数要求。因此，暂态系数K（从继保的角度）就转变为暂态面积系数KU（从CT尺寸和结构的角度），这里K包含了安全裕度M:KU=KtxMo测试之后，如果测试结果与计算结果有偏差，则K可不由最初的KU决定。注：保护装置制造商通常使用整套的系统IED（软件和硬件）进行测试，得出总暂态面积系数K作为电流互感器的参数要求而发布。根据保护功能和应用情况，该系数考虑了达到饱和所得的最小时间、剩磁系数以及其他因素。在这些测试中，故障初始角涵盖整个的定义区间，不仅限于理论上的最不利情况。更详细的信息参见8.2。项目设计；考虑继电保护说明书中对电流互感器的要求：用IT,找出本项目电网中短路电流的最不利情形，核实说明书中是否考虑了这些情形；一计第出额定一次电流Im、K、负荷R,等参数，应用继电保护说明书中的KU确定所窗的电流互感器参数；-CT制造商可直接应用这些规定的参数设计CT,而不考虑ra、t”。、ttr.T,等参数。为了兼容GB16847,或者，计算出K«a、t”a、八tr、T,、T,)直接用作KU而不经测试，其责任由项目相关方承担：-计算额定一次电流Im、K、负荷R,等系统参数，并规定所需的电流互感器参数(准确级、Ctf、tr、Tp);一电流互感器制造商可计算出以t'a、t"a、r、ir、T,为函数的Ku,¾K=Ku0电流互感器设计中宜考虑的更详细的电路图如图3所示，该电路包括：用等效短路电路表示的一次系统；-电流互感器(CT):一作为负荷的保护装置。一次短路电流直流分量的时间常数：To=1.oR,=Xo/(oRp)标引符号说明：io1次电流；im磁化电流；i,二次电流；1.额定变比：1.u电流互感器非线性电感：1.p一次电路电感：R,额定电阻性负荷：Ra二次绕组电阻：R,次电路阻抗的电阻分量；u一次电压；U1相间运行电压；X,一一次电路阻抗的掇性分量；W角频率。图3完整电气回路按照GB/T15544.1-2023,一次等效短路电路图代表整个一次电路，引入一次短路电流i。(I),该电流由交流分量和直流分量组成，如图4所示，其中直流分量随一次时间常数T,呈指数衰减。为简化起见，这里只讨论远离电源点的短路。标引符号说明：io1次电流；I额定一次短路电流：e自然对数的底；t-时间；To规定的一次时间常数：卜根据GB/T15544.12023计算峰值短路电流的系数。如果T,趋于时，则k达到它的最大值k=20图4一次短路电流在GB/T20840.2中，Ia的标准值规定为Im的2.5倍。该值并没有严格对应于最不利情况下的值2kIp,即2.83Ip例如：在50HZ下，系数k=2.52=1.77仅对应于X2/R,为11且T,为35ms时的值。5.1.23E互感器电流互感器用额定变比k、非线性电感1.a及其磁化曲线和绕组电阻R4表示。图5给出了一个典型的CT铁芯随时间变化的磁化曲线，即非线性电感1.a中的磁通巾与磁化（励磁）电流im（t）之间的关系（由图3电路获得），采用间接法测得（一次端开路，从二次端励磁和测量）。如果施加额定频率（如50HZ）的电压，则灰色曲线是不同幅值的稳态励磁测量结果。如果用直流电压对退磁的CT铁芯进行励磁（见GB/T20840.2的直流法），则结果为红色曲线。如果直流电压对具有正向剩磁的铁芯进行励磁，则结果是蓝色的初始曲线（参见图51）。直流与交流励磁曲线的主要区别在于交流情况下涡流较大。这些测量显示磁化曲线具有以下特征有陡峭的线性部分，被磁饱和所限制：由于磁滞现象，有不重合的上升和下降段的曲线。结果显示是一条模糊不清的曲线（见图5）,它取决于频率和初始状态。直流（最大剩磁）标引符号说明：亚一一电流互感器铁芯的磁通：im磁化电流t时间。图51.Cr的非线性磁通非线性特性非常难描述，有必要作简化处理。因此，第一步忽略磁滞效应，将磁化特性简化为通过原点存在饱和段的曲线，如图6中的虚线所示。第二步，忽略铁芯磁化特性曲线的饱和段，这条曲线通常可用一个恒定电感1.n的简化模型表示，1.m为磁化曲线线性部分的斜率，如图6的红色实线所示。标引符号说明：业一一电流互感器铁芯的磁通;im磁化电流：1.m线性化励磁电感：t时间。图6电波互感器的线性化励磁电感上述简化的线性分析理论可归纳为以下两步：忽略磁滞现象；忽略饱和。该简化的线性分析理论只能正确描述以下磁化行为：没有剩磁的退磁铁芯，或者剩磁显著降低的带气隙铁芯；一在到达第一次饱和的时间之前，或到达准确限值规定时间t'之前。5.2 衡初照5.21 廨在图7中，采用非线性模型对其短路特性进行了仿真，具体配置如下：电流互感器参数：500/1A,2.5VA,5P20,R=2Q,实际负荷等于额定负荷;系统参数：I=IOkA=20×Im,T,=50ms。GB/Z20840.1002023t/sPdem(I)4mag(1)标引符号说明：Io-电流；isdm一预先退磁铁芯中的二次电流；i.mg预先磁化铁芯中的二次电流；k,一一额定变比：t时间；t,ldm预先退磁铁芯中最大可能的1'值：fm.msg=预先磁化铁芯中最大可能的t'值；亚一一电流互感器铁芯的磁通：Tm=预先退磁铁芯中的磁通：业mg预先磁化铁芯中的磁通。图7用非线性模型仿真的单相短路特性图7仿真的是A相具有最大直流分量且交流分量T,为20倍额定一次电流I。该Cr为保护级5P20,是按照直流分量衰减后对称稳态电流设计。然而，无论铁芯是否退磁，由于直流分量的存在，在故障发生后短时内即出现饱和。因此，需要具有额外暂态面积系数KU的暂态特性CT准确级TPX、TPY.TPZo仿真起始于一个退磁的CT铁芯（蓝线）和一个饱和铁芯（90%剩磁，红线）。图7最上面的图形给出了磁通亚与磁化电流im的关系。它具有磁滞和饱和特性。由于铁芯饱和，磁通只能在正和负的限值之间交替变化。起始于无剩磁（去磁）的CT铁芯在tlam=6.5ms时达到第一次饱和。而有剩磁铁芯在更早的时间tlmg=3ms时达到第一次饱和。在某些情况下，这可能会导致一些保护装置误动，如差动保护。而在其他情况下，如过流保护，就不会产生误动，但这可能导致保护系统的反应变慢。应用带气隙的铁芯可很容易地避免剩磁对某些保护功能的负面影响。在这种情况下，为了简化，可忽略磁滞现象（第一步简化）,从保护功能的角度考虑，对CT二次电流信号质量的要求由准确限值时间t'给出。该值定义为第一次故障发生后的最小不饱和时段。在此区间内，磁通应在磁化曲线的线性段，由保护功能决定是否跳闸。第一次饱和之后的时间不在此考虑范围之内。根据要求的时间t'a,暂态系数K和暂态面积系数KU可分别通过计算和/或继电保护测试来确定（见第6章）。所以，针对此目的，仅关注励磁曲线的线性段。可通过忽略饱和（第二步简化）将物理问题进一步降低并简化为线性问题。利用线性问题中的恒定电感1.m,微分方程式（D可用合适的数学方法求解。5.22故瘴初始角在图7的单相退磁铁芯仿真计算中，选择个故障接通角来获得最高的直流分量，据此得到准确限值规定时间t'约为6.5mso宜注意的是，这个t'值只对一相短路有效。在多相短路的情况下，还宜考虑其他相。在相同条件下，对上述仿真进行相应的补充。在图8中，A相的直流分量最高，而B相、C相的直流分量则较低。尽管如此，仍然可看到B相（f5ms）比A相更早出现饱和。因此，有必要进一步详细考虑故障初始角或接通角的变动对铁芯饱和的影响。标引符说明：i电流；i一次电流；is二次电流：k1额定变比;t时间。图8三相短路特性5.2.3微分方程基于上述两步简化，用线性物理问题中的恒定电感1.m代替图3中的1.Cr,磁化电流im和一次电流iO(t)的一阶线性微分方程可写成式(1):T¥+皿空1.(0)-0磁化特性可用二次匝链磁通的解析式表达为式(2):3E(t)=1.mim(t)(1)(2)磁通包含暂态部分(由一次短路电流的直流分量引起)和稳态交流部分。图9以简化的形式给出了这些部分。标引符号说明：