1、计量用低压电流互感器技术规范QGDW572计量用低压电流互感器技术规范Q/GDW 5722010 适用范围本标准规定了计量用低压电流互感器的技术要求、试验方法、检验规则以及技术监督要求。本标准适用于用于公司系统 0.4kV 低压电力线路使用的计量用电流互感器（以下简称互感器）的订货、验收与技术管理。 规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB 12082006 电流互感器GB/T 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差GB/T 2423.32006 电
2、工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 Cb：恒定湿热试验GB/T 2423.162008 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 J 及导则：长霉GB/T 2423.172008 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 Ka：盐雾GB/T 2423.241995 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 S：模拟地面上的太阳辐射GB/T 5169.11 电工电子产品着火危险试验 第 11 部分 灼热丝/热丝基本试验方法：成品的灼热丝可燃试验方法GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件GB/T 16927.1 高电压试验技术 第一部分：一般试验要求J
3、JG 10212007 电力互感器Q/GDW 205 电能计量器具条码GB/T 2423.552006 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验Eh：锤击试验 术语和定义除了在本章列出的术语和定义外，其它与本标准有关的术语和定义采用 GB 12082006 第 3 章“术语和定义”及 JJG 10212007 第 3 章“概述”和第 4 章“计量性能要求”的内容。计量用低压电流互感器 0.4kV metering current transformer安装在 0.4kV 低压电力线路上作计量用途的电流互感器。母线式电流互感器 bus-type current transformer没
4、有一次导体，但有一次绝缘，直接套装在导线或母线上使用的一次电流互感器。复匝式电流互感器 current transformer with multi-turn primary winding一次绕组匝数多于 1 匝的电流互感器。树脂浇注绝缘 cast-resin insulation使用热固性树脂材料注入装有电气器件的模具，固化后形成的绝缘结构。1 前言电力部门改制后，根据计量法，电力企业的电能计量业务需要由政府计量行政部门授权。由于国网公司下属企业包括大区电网、省级电网、地市级电网、县市级电网、农村电网等，各级电网都有电能计量机构，如果国网公司每个电能计量机构都由当地的计量行政部门授权，需要
5、花费巨额的行政开支。为了节省行政和人力资源，国家电网公司选择了省级计量授权方式，由各省、市、自治区的技术监督局向省电力计量中心授权。这种授权方式意味着电力企业电能计量器具的检定工作只能由省电力计量中心开展并集中管理，这就需要调整过去分级进行计量检定的模式，把过去分散的检定资源集中到省电力计量中心。电能计量业务集中的后果是电能计量器具的统一采购、统一检定、统一配送。业务的集中必然推动规模化经营的要求，因此对省级计量中心的建设提出了“整体式授权、自动化检定、智能化仓储、物流化配送”的建设目标。配合这一目标，也要编写一整套技术规范，使得电能计量器具的采购、验收、试验、检定、配送、安装、管理各个环节都
6、有章可循，整个过程达到高效率和高质量。根据以上原则，计量用低压电流互感器技术规范的内容要使得按照这个标准设计与制造的电流互感器在电气性能上可以满足电网运行与计量的需要，在电气结构上可以满足安装、使用和防窃电的需要，在外形结构上可以满足自动化检验流水线上线定位的需要，在互感器计量技术上满足先进性的需要。在编制本规范时，参考了 GB/T 169341997电能计量柜、DL/T 4482000电能计量装置技术管理规程、DL/T 51372001电测量及电能计量装置设计技术规程、Q/GDW 3472009 电能计量装置通用设计等标准中有关计量用电流互感器的技术参数、使用条件、结构要求、试验与检定的内容
7、。同时对目前主要使用的计量用低压电流互感器进行了选型，使规格种类尽量精简，尽量减少产品检定流水线和安装管理的复杂性。2 关于适用范围在电力系统中使用电流互感器的目的，是通过它们具有的高压隔离与电流比率变换作用，向继电保护装置、自动装置、指示仪表，电量变送器和电能表供给电流信号。在 0.38kV低压电网，电流互感器不需要有高压隔离的功能，只需要进行电流比率变换，但同样也要向继电保护装置、自动装置、指示仪表，电量变送器和电能表供给电流信号。Q/GDW 572是一个有强烈针对性的标准，其内容只适用于安装在 0.38kV 低压电网用于扩大电能表电流量程的低压电流互感器，为了与其它保护用、测量用的低压电
8、流互感器有所区别，在名称上也冠以“计量用”的限定词。通常情况下，用户制订的产品企业标准主要用作订货的依据，因此产品的技术参数要在标准中具体化。考虑到国网公司系统电能计量中心今后要承担计量用低压电流互感器的全性能试验和验收试验，因此标准中也需要对试验及检定的内容与方法进行全面的具有可操作性的规定。在对电力企业的电能计量业务整体授权后，电力企业也需要按计量法的要求进行计量监督，Q/GDW572作为国网公司的企业标准，也写入了计量器具技术监督的内容。因此在标准的适用范围中也相应提到标准的使用范围是公司系统 0.38kV 低压电力线路使用的计量用电流互感器的订货、验收与技术管理。目前多数互感器厂都在产
9、品铭牌的“执行标准”一栏打上“GB 1208”。其实在 GB 1208 标准包括的电流互感器中，电压等级最低的是设备最高电压 0.66kV 的电流互感器，这种电流互感器在电力系统使用时，主要以套管电流互感器的方式出现。从这个意义上来说，0.38kV这一电压等级的电流互感器并没有被要求按GB1208 标准的要求设计和制造。而机械行业标准 JB/T 5472仪用电流互感器有 0.38kV 额定电压等级，而没有 0.66kV 等级。由于以上原因，在电力系统使用的 0.38kV 计量用低压电流互感器主要依据 JB/T 5472 而不是依据GB 1208制造和试验。另一方面这种电流互感器大量使用在电网上
10、，并不只是使用在实验室，因此也不能完全按 JB/T 5472 标准设计生产。从二次对地绝缘要求来说，一般情况下电子产品按 1.5kV 要求，电工产品按 2kV 要求，电力产品按 3kV 要求。因此 JB/T 5472 对低压电流互感器的绝缘要求是2kV，但考虑到它需要作为电力设备使用，因此绝缘要求应当按 GB1208 规定为 3kV。另外电力线路电流在运行过程中的非零关断会使电流互感器产生剩磁，由于线路需要持续运行，不可能进行退磁操作，在这种工况下运行的电流互感器需要满足国家计量检定规程 JJG 1021电力互感器规定的剩磁附加误差要求。因此计量用低压电流互感器是一种不同于 GB 1208 ，
11、也不同于 JB/T 5472 两个标准的电流互感器。目前我国使用最为普遍的计量用低压电流互感器产品有 LMK 型和 LMZ 型，前者是胶木壳结构，后者是树脂浇注结构。树脂结构的低压电流互感器故障率低，虽然成本比胶木壳结构的产品稍高，也宜选为低量用低压电流互感器的推荐型号。低压电流互感器的绝缘构造只占产品的成本的 1/10 左右，绝缘结构简单，它的制造技术主要表现在误差设计方面，即用最少的铜铁材料制造出合格的互感器。一次电流 150 安匝以上多采用单匝穿心方式，如果一次电流小于 150A，往往要用一次导线在铁芯圆周上穿绕多匝。为了提高单匝电流互感器准确度，往往把一次母线预装在圆环铁芯的窗口内，这
12、样可以使用内径更小的铁芯，通过减小磁路长度使励磁电流降低。这是因为电流互感器的理论误差是励磁电流与一次电流之比，励磁电流减小的结果是互感器的理论误差也得到减小。一次电流 300A 以上的低压电流互感器多安装在低压配电柜内，由于额定一次电流大而且通常采用铜集流排作为一次导体，使用矩形铁芯制造这种用途的电流互感器有利于减小磁路长度，节约材料，符合经济实用的设计原则。3 关于规范性引用文件在本技术规范中列出引用标准是因为需要使用它们构成完整的标准内容。从使用角度来说，不需要查阅其它标准文本无疑是最方便的，为此本规范在编写时，对于可以用比较简单的叙述就能说清楚的内容如耐热等级，采用了直接写入技术规范的
13、方式。对于一些与互感器专业相关性不大的内容如环境试验，就采用引用文件的方式。虽然前言中提到的一些标准并没有列为规范性引用文件，但它们内容中的一些条文已写进了本规范。本标准的编写原则是总结国家电网公司对低压电能计量的管理经验，对涉及低压电流互感器的两个标准即 GB12082006电流互感器和 JB/T54721991仪用电流互感器以及二个规程即 JJG10212007电力互感器和 JJG3131994测量用电流互感器的条文内容进行分析比较，根据企业标准高于行业标准与国家标准的原则，以及适合我国国情和智能电网的发展方向的原则进行必要的整合，尽量使编写的规范能起到更好为电力建设，电力安全生产和经济运
14、行服务的目的。考虑到此规范可能成为生产企业的制造标准，因此内容尽量完整并自成体系。也就是说按本规范的条文要求生产的低压电流互感器，能最大限度地满足电网使用的需要。4 技术要求 型号命名方法 互感器的型号命名方法见下图所示4.2 环境类别和严酷等级互感器应根据使用的环境类别满足严酷等级的要求，并按海拔、温度、湿热、日照辐射、霉菌、盐雾等类别进行等级标注，P 级（普通级）项目不必标注， A 级（提高级）项目必须标注。4.2.1 海拔高度P 级（1000m，见GB12082006 第4.1.2 条“海拔”）；A 级（4000m，见GB12082006 第4.2.2 条“海拔”）。4.2.2 环境温度
15、P 级（2540，见GB12082006 第4.1.1 条“环境温度”）；A 级（4055，见GB12082006 第4.1.1 条“环境温度”和JJG 1021 表1“检定条件”）；4.2.3 湿热P 级（RH95，日平均，见GB12082006 第4.1.4 条“户内电流互感器的其他使用条件”）；A 级（户外使用，见GB12082006 第4.1.5 条“户外电流互感器的其他使用条件”）。4.2.4 日照辐射P 级（无，见GB 12082006 第4.1.4 条“户内电流互感器的其他使用条件”）；A 级（严重，见GB 12082006 第4.1.5 条“户外电流互感器的其他使用条件”）。4
16、.2.5 霉菌P 级（无）；A 级（严重，见GB 2423.162008 第9 章“严酷等级”）。4.2.6 盐雾P 级（无污秽或仅有干燥的非导电性污秽，见GB12082006 第4.1.4 条“户内电流互感器的其他使用条件”）；A 级（严重）。4.3 技术指标4.3.1 工频耐压一次绕组（或可能与一次导体接触的外壳表面）对二次绕组及接地底板、二次绕组对接地底板的工频耐受电压为3kV，试验时间1min，互感器应无击穿或闪络发生。4.3.2 匝间绝缘强度二次绕组开路，一次绕组通以额定扩大一次电流并维持1min，互感器二次绕组的匝间绝缘无损坏。4.3.3 绝缘电阻一次绕组（若有）与二次绕组的绝缘电
17、阻不低于100M ；二次绕组对接地的金属外壳绝缘电阻不低于30M 。4.3.4 准确度等级准确度等级包括0.2S 和0.5S 级。4.3.5 运行变差a）等安匝误差不超过误差限值的1/10；b）剩磁误差不超过误差限值的1/3；c）温度附加误差不超过误差限值的1/4。4.3.6 磁饱和裕度互感器铁芯中的磁通密度在相当于额定电流和额定负荷状态下的1.5 倍时，互感器误差应不大于额定电流及额定负荷下误差限值的1.5 倍。4.3.7 温升限值在额定扩大一次电流及额定二次负荷阻抗下，在4.2 节规定的环境温度和海拔高度下长期工作，绕组的温升不得超过40K；其它部位的温升不得超过35K。4.3.8 短时热
18、电流复匝式互感器的额定短时热电流规定为额定一次电流的150 倍，持续时间1s。母线式互感器不规定短时热电流指标。4.4 额定值a） 额定频率范围50Hz0.5Hz。b） 额定一次电流的标准值为：10A、15A、20A、30A、40A、50A、60A、75A、80A 及其十进位倍数或小数。c） 额定扩大一次电流倍数的标准值为：1.2、1.5、2。d） 额定二次电流的标准值为：5A、1A。e） 二次额定电流为1A 的互感器，额定二次负荷的标准值为2.5VA 和5VA，额定下限负荷的标准值为1VA，功率因数0.81.0；f） 二次额定电流为5A 的互感器，额定二次负荷的标准值为5VA 和10VA，额
19、定下限负荷的标准值相应为2.5VA 和3.75VA，功率因数0.81.0。g） 额定仪表保安系数标准值为：5、10。h） 绝缘耐热等级不低于E 级（温升限值75K）。4.5 可靠性要求互感器产品的可靠性特征量规定为平均寿命（MTTF）。在正常使用条件下，互感器的平均寿命（MTTF）应不低于20 年。4 关于型号和命名方法计量用低压电流互感器的型号命名既要考虑到与现有的型号命名方式兼容，又要考虑到国网公司系统各级计量检定机构和计量管理机构工作上的方便。因此采用了以下方式：型号的前几个字母沿用现有标准的命名方法，即第一个字母 L 表示电流互感器，第二个字母表示绕组结构。计量用低压电流互感器的绕组结
20、构选用了三种，其中 M 表示母线型，F表示复匝型，W表示户外型。母线型电流互感器不带一次导体，习惯上也称为穿心电流互感器。但穿心型也可以是带一次导体的。在选择复匝型 F 还是线圈型 Q 时有两种意见，因为线圈型可以是一匝，也可以是多匝，比较灵活，而复匝型只能是多于一匝。从电流互感器在电网上的表现来说，单匝穿心结构与多匝相比，动热稳定性能以及温升特性都要优越一些，因此标准规定一次电流 75 安及以上都要使用单匝电流互感器，一次电流60A 及以下才允许使用多匝结构的电流互感器。为了明确这一点，没有采用 Q 作为第二个字母，而是使用了 F，比较准确地贯彻了标准制订的意图。至于保留户外型的 W 是为了
21、以后需要，这种计量用电流互感器实际上做成三相共体，套在配电变压器二次侧的三相出线上，它的一次绕组既不是单根母线，也不是多匝导体，因此 M 和 F 都不能包括它，只能单独用 W 表示。第三个字母 Z 和第五个字母 D 都是不变的，因为标准规定了树脂浇注型和电力计量低压型。第四个符号是数字，按照本标准规定的图形结构编号，编号所对应的图型结构在标准附录中给出。最后部分是生产厂的设计序号，长度不超过三个字符或数字。这部分一方面要包括生产厂的标识，另一方面要包括产品的标识。在生产厂中标后与国网公司用户签订供货合同时，需要与国网公司营销部及所属部门联系，对这部分标识进行注册登记，保证标识的唯一性。也就是说
22、，根据这部分标识可以查知产品的来源。初步设想用二个字母表示生产厂，一个数字表示该产品的设计序号，这样 26 个字母去掉 I 和 O 保留有 24 个，位置组合后可以容纳的生产厂数有 324241728 个。由于招标都是大厂，数量有限，这个数目应该可以满足相当长一段时期的标识需要。5 关于环境条件 在GB1208中，电流互感器的工作环境主要分为户内和户外两大类，在JB/T 5472中，器的工作环境分为P、S、A三级。如表1所示。计量用低压电流互感器的使用环境要比以上两个标准的分类都复杂， GB 1208 没有环境试验的内容，因为安装的大环境是变电站和开关站，其环境在选址已经有设计上的限制，不可能
23、很复杂。但低压电流互感器就不同，在工业建筑、农业建筑、民用建筑、临时建筑中都会使用，情况多种多样。例如有的产品虽然是户内安装，但可能工作环境很潮湿甚至长霉，或受到腐蚀性气体作用。目前的产品对使用环境并没有特别区分，大多数按普通使用的环境条件设计生产，容易造成运行事故或影响计量准确度。因此本规范针对可能的使用环境按海拔、温度、湿热、辐照、霉菌、盐雾等影响量，分别按严酷程度分二个等级，供使用时选用，这对于提高运行的安全性和计量准确性有重要意义。6 关于绝缘水平互感器的绝缘使用工频耐压试验和匝间耐压试验考核。工频耐压试验考核的是绝缘材料如树脂、空气间隙、绝缘纸板、塑料组成的绝缘结构，即绕组外部的绝缘
24、强度。匝间耐压试验考核的是绕组内部的绝缘强度。低压电流互感器绕组外部的绝缘大都是树脂和塑料一类固体绝缘物质。在GB12081997以前的电流互感器标准文本中，还没有把局部放电作为出厂试验项目。考虑到绝缘热稳定，标准规定如果产品不进行局部放电试验，固体绝缘电流互感器的耐压试验时间是5min。如果产品进行局部放电试验，工频试验时间是 1min。对于低压电流互感器，可以认为局部放电试验自动合格，因此也采用 1min 的工频耐压试验方法。GB12082006 规定电流互感器匝间绝缘试验电压是 4.5kV 峰值。而 JB/T 5472 则没有规定具体的感应试验电压，只要求能承受二次开路，一次用额定电流励
25、磁的试验。这就有一个问题，当电流互感器二次开路，一次通以额定电流时，二次会有多高的感应电压？电流互感器的二次电流与一次电流励磁方向相反，起着减小有效励磁电流的作用。如果二次开路，会导致二次电流为零，一次电流全部用于铁芯励磁，铁芯会进入深度磁饱和状态。在正弦励磁电流作用下，磁通过零后迅速增加，以很大的倾斜率达到磁化曲线的拐点，然后改为以很小的斜率增加，经过正弦电流的最大值后再以很小的斜率减小。到正弦电流下降到接近零时铁芯退出饱和，铁芯中的磁通又以很大的斜率降到零，使得磁通的波形接近梯形波，在磁通过零点位置斜率最大，因此感应电压也最大。由以上分析可以断定，本标准推荐使用的低压电流互感器（额定一次电
26、流 1500A 以下）二次极限感应电势最高也就是1kV左右，属于正常的耐压试验范围，不会对产品造成损坏。二次开路，一次通以额定电流的绝缘试验方法简单易行，因此 Q/GDW572采用了 JB/T 5472 的匝间绝缘试验方法。在绝缘电阻方面，JB/T 5472 规定一次绕组对二次绕组及接地端子之间的绝缘电阻不得小于 40M，二次绕组对接地端子之间的绝缘电阻不得小于 20 M。而 JJG 1021 规定一次对二次绝缘电阻大于 1500M，二次绕组对地绝缘电阻大于 500M。考虑到 JJG 1021 主要用于高压电流互感器，因此这一绝缘要求不能引用。而 JB/T 5472 主要用于实验室用的电流互感
27、器，二次工频绝缘水平是2kV，低于现在要求的 3kV，因此原有的绝缘电阻要求应当提高，提高的程度与需要的绝缘电压相对应。为此本规范把一次绕组（若有）与二次绕组的绝缘电阻要求提高一倍左右达到 100M；二次绕组对接地的金属外壳绝缘电阻提高 50%达到30M。经过对电力系统目前使用的低压计量用电流互感器绝缘电阻试验数据的调查了解，绝缘电阻的这一要求基本上都是可以满足的，不需要重新设计使制造成本增加。6 关于准确度等级通常使用的测量用电流互感器准确度有 0.2S、0.2、0.5S、0.5 级和 1 级。不带 S 的准确级是普通级，带 S 的是增强级。意为特殊用途的电流互感器。S 级电流互感器专门设计
28、用于扩大额定电流 5A 的机电式电能表的测量范围，通常机电式电能表电流磁场线圈有效的下限工作电流是 0.05A，而普通级电流互感器下限工作电流百分数是 5%，当互感器的额定电流 5A 时，正常工作电流的下限为 0.25A，这就与电能表的0.05A 不一致。如果电能表有效量程范围定义在0.25A6A,即覆盖电流互感器额定电流的5%到 120%区间，则电能表的计量能力没有得到充分使用。如果能把电能表的有效量程扩大到 0.05A，则电能表额定电流定为 1A 时，除了可以有 5%120%额定电流工作区间外，还可以在额定电流的 4 倍区间内保持原有准确度，即具有 4 倍过载能力。实际上多数电力用户都存在
29、用电的峰值和谷值，而且变动范围很大，一般峰谷差达到数十倍之多，宽负荷的电能计量装置更适用于实际的用电方式，具有更为准确的计量性能。所以 Q/GDW 572 选用了 S 级作为电能计量用低压电流互感器。过去只有二次额定电流 5A 的电流互感器才有 S 级，随着技术的发展，电子式电能表已经大量使用，这种电能表不需要大的功率驱动，因此二次电流 1A 的电流互感器也在电网得到应用。目前二次额定电流 1A 的电流互感器主要用在电能计量关口，与电能计量关口的电子式多功能表配合使用，额定电流 1A 的关口表不存在 4 倍过载的问题，但 S 级互感器的使用也使得高压电能计量装置在线路低负荷运行时的计量误差大大
30、减小，因此得到推广应用。修订后的 IEC 600441电流互感器也允许二次电流 1A 的电流互感器有 S 级。与此相应，修订后的国家计量检定规程 JJG3132010测量用电流互感器中，S 级电流互感器的额定二次电流也不受限制，而且准确度覆盖范围包括了所有 0.50.001 的准确级别。如上所述，选用S级的电流互感器可以有效地提高电能计量准确度，应当推荐使用 0.2S和 0.5S两个准确级的低压电流互感器作为计量用低压电流互感器。不过推广S级电流互感器也要从综合的性能价格比方面考虑，过去S级电流互感器使用硅钢片铁芯制造，要达到S级需要进行特别的设计和调校，消费的材料和人力资源比较多，成本也比较
31、高，而且过去对于电能计量的准确度要求也没有现有高，因此没有全面推广。随着磁性材料技术的发展和普及，现在各地已经大量使用铁镍合金材料，非晶、微晶、超微晶高磁导率材料制造计量用电流互感器铁芯，这些材料具有很高的初始磁导率，不需要特别设计和调校也容易达到S级。而且材料成本与硅钢片铁芯相比已经相当接近，综合考虑人力成本和材料成本，可以认为S级低压电流互感器有更高的性能价格比，应当推荐作为国网公司的计量用低压电流互感器使用。7 关于运行变差和磁饱和裕度JJG 1021 是关于电力互感器的检定规程，电力互感器需要在电网上长期运行，会受到周围电气设备造成的电磁干扰，也会受到电网运行时过电压过电流的影响，另外
32、环境温度、湿度、日照、污秽等气候条件也对互感器运行中的误差有影响。有的误差是可以控制的，如温度、湿度引起的误差。但有的是难以控制的，如开关的操作引起剩磁，安装在互感器附近的大电流母线引起局部磁饱和等。电力互感器在运行工况下产生的附加误差称为运行变差。运行变差是不可避免的。由于计量用低压电流互感器也是电力互感器，因此也需要符合 JJG1021 关于运行变差的要求。符合 JJG 1021 要求的对计量用低压电流互感器适用的运行变差规定如表 2 所示。现场检定已经发现，一些使用非晶和微晶材料制造的电流互感器铁芯的饱和点与额定电流 120%点很接近，磁路稍微不对称就会超差。因此设计时必须保证铁芯的磁饱和裕度不小于 1.5 倍。磁饱和裕度试验可以用比较法直接测量 150%点的误差，测量时电流负荷箱
