中壓保護系統互感器負載計算指南

4 月 25, 2026
中壓, 配電, 保護, 可靠性, 疑難排解

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JDZ20 室內單相半封閉環氧樹脂鑄造 PT - 6kV 10kV 全絕緣 ZW8 真空斷路器相容 12 42 75kV 絕緣緊湊型設計 — 電流互感器(CT)

簡介

負載計算是中壓保謢系統設計中最常被誤解，也是影響最大的工程任務之一。連接至 CT 或 VT 二次電路的每個裝置都會增加阻抗，當總負荷超出變壓器的額定 VA 時，精確度會降低、磁芯會飽和、保護繼電器會接收到扭曲的訊號，進而導致危險的誤動作。.

直接答案：互感器負載是施加在二次迴路上的總伏安負載，它必須始終保持在互感器的額定負載範圍內，以保證符合精度等級和可靠的故障檢測。.

對於指定中壓開關設備的電氣工程師和 EPC 承包商來說，負載出錯並非校準上的小問題，而是等待發生的系統層級可靠性故障。本指南將介紹完整的負載計算方法、常見陷阱和選擇標準，以確保您的 CT 和 VT 安裝完全按照設計執行。.

什麼是互感器負載，如何定義？

技術資料圖解釋互感器負載為二次電路總阻抗或 VA 負載，包括繼電器負載、電錶負載、電纜阻抗、端子接觸電阻、額定負載、二次電流、精確度等級、ALF，以及忽略電纜負載對 CT 精確度的影響。. — 儀錶變壓器負載說明

負載是總外部阻抗 - 以 伏安 (VA) 或 歐姆 (Ω) - 連接至儀表變壓器的二次端子。它代表變壓器在維持其額定精度時必須驅動的所有負載總和。對 CT 而言，這包括二次迴路中的每個裝置和導體。對於 VT，它包括所有並聯的測量和保護設備。.

要瞭解負擔，首先要瞭解負擔的兩種表達方式：

VA 負擔： 二次電路在額定二次電流或電壓下所消耗的總視在功率
阻抗負載 (Ω)： 二次電路的總電阻和電抗，用於詳細計算

關係到每台 CT 負荷的主要技術參數 IEC 61869-2¹:

額定負擔： CT 在保持所述精度等級（例如 15VA、30VA）的同時可提供的最大 VA
評級二次電流: 1A 或 5A 的標準值 - 負載阻抗與此值的平方成比例
精度等級： 0.2, 0.5 用於計量；5P, 10P 用於保護 - 每種都有定義的負載範圍
負載的功率因素： 保護等級通常為 0.8；電阻性負載通常為 1.0
額定精度限制係數 (ALF): 與實際負擔成反比 - 隨著負擔減少而增加
隔熱等級： 適用於中壓應用的 12kV / 24kV / 36kV 等級
額定熱連續電流： ≥1.2× 額定一次電流
爬電距離： ≥25mm/kV 適用於標準室內環境 (IEC 60815)²

關鍵但經常被忽略的一點： 繼電器無法單獨固定負載. .二次纜線電阻、端子接觸電阻以及所有串接裝置的組合阻抗都會造成影響。忽略纜線負荷是現場安裝中違反精確度等級的最常見原因。.

如何逐步計算 CT 和 VT 負擔？

在北非的 33kV 變電站中，代表客戶的北非 EPC 採購經理 (左) 專心聆聽 Bepto 代表的東亞工程師 (右) 使用平板電腦解釋詳細的 CT 負載和有效的 ALF 計算結果，以解決由於長電纜運行所造成的計量精度誤差。大型 33kV CT、計量面板和遙遠的電纜盤界定了專業的環境。. — Bepto 工程師解釋北非變電站的 CT 負荷修正

負載計算遵循結構化流程。以下是用於中壓保護和計量 CT 電路的完整方法。.

步驟 1：列出所有輔助電路裝置

識別 CT 二次迴路中連接的每個裝置：

保護繼電器（距離、過電流、差動）
電能表或電力品質分析儀
傳感器或發射器
安培表（如適用）
中間 CT（如適用）

步驟 2：取得各裝置的 VA 或阻抗等級

每個裝置製造商都會提供額定二次電流下的負載額定值。將所有值轉換為 阻抗 (Ω) 使用：

$Z = \frac{VA}{I_s^2}$

地點 $I_s$ 是額定二次電流 (1A 或 5A)。.

範例 - 5A 二次電路：

裝置	額定負擔 (VA)	阻抗 (Ω)
距離保護繼電器	1.0 VA	0.040 Ω
過電流繼電器	0.5 VA	0.020 Ω
能量計	1.5 VA	0.060 Ω
輔助電纜 (2× 30 公尺、2.5mm²)	—	0.432 Ω
端子接觸電阻	—	0.010 Ω
總負擔	—	0.562 Ω

將總阻抗轉換回 VA： $VA_{total} = Z_{total}\times I_s^2 = 0.562 \times 25 = 14.05\ VA$

步驟 3：計算電纜負荷

電纜電阻的計算方式為

$R_{cable} = \frac{2 \times L \times \rho}{A}$

在哪裡？

$L$ = 單向電纜長度（公尺）
$\rho$ = 銅的電阻率 = $0.0172\\Omega\cdot mm^2/m$
$A$ = 電纜截面積 (mm²)

使用 2.5mm² 銅線，單向運行 30 公尺： $R_{cable} = \frac{2 \times 30 \times 0.0172}{2.5}= 0.413\Omega$

步驟 4：針對額定負擔進行驗證

計算的總負擔必須滿足： $VA_{actual}\VA_{rated}$

如果實際負擔超過額定負擔，選項包括

增加電纜截面（減少電阻負擔）
指定更高的額定負載 CT
減少串接裝置的數量
從 5A 轉換為 1A 的次級 (減少 25 倍的纜線負擔)

步驟 5：驗證有效的 ALF

實際 ALF 會隨負荷改變。根據 IEC 61869-2 的關係為：

$ALF_{actual} = ALF_{rated} （ALF_{actual} = ALF_{rated}）。\times \frac{VA_{rated} + VA_{internal}}{VA_{actual}+ VA_{internal}}$

地點 $VA_{internal}$ 是 CT 自身的內部繞組負載（來自數據表）。這一步對於距離保護和差動保護應用。.

CT 與 VT 負擔計算比較

參數	CT 負荷計算	VT 負擔計算
電路拓樸	系列迴路	平行連接
負擔表達	VA 或 Ω（串聯阻抗）	VA 或 Ω（並聯阻抗）
電纜衝擊	高 - 系列電阻直接增加	低 - 以平行負載為主
中級標準	1A 或 5A	100V 或 110V
關鍵風險	負荷過重造成核心飽和	電壓下降和精確度損失
管理標準	IEC 61869-2	IEC 61869-3³

客戶案例 - 33kV 饋電器保護面板的負載誤判：
北非一家 EPC 公司的採購經理在其新投產的 33kV 饋電保護系統上顯示出持續的能量計量精確度錯誤 - 讀數持續偏低 3-4%，於是與該公司聯絡。調查發現二次電纜長達 45 公尺 (長於原始設計假設的 20 公尺)，增加了 0.62Ω 未計算的電阻負荷。安裝的 CT 額定值為 15VA，但實際負載達到 22VA，使 CT 超出了 0.5 精度等級範圍。Bepto 提供了符合規格的 30VA 額定 CT 替換品，計量精確度回復到 0.2% 以內 - 完全符合計費等級要求。.

負載如何影響 CT 精確度等級和保護效能？

技術資訊圖解說明 CT 負荷如何影響精確度等級和距離保護效能，顯示負荷臨界值行為、複合誤差增長、ALF 降低、早期核心飽和、1 區繼電器延遲風險，以及二次負荷過大導致保護誤動作的現場案例。. — CT 負荷對保護效能的影響

負載與 CT 性能之間的關係不是線性的 - 它是一種臨界值效應。在額定負載範圍內，CT 可保持其指定的精度等級。超出額定負載時，誤差會快速複合，並且會在故障條件下發生、, 磁芯飽和度發生的時間早於 ALF 規格假設的時間。.

具體而言，對於遠端防護而言，這會造成直接的作業後果：

負擔不足： 有效 ALF 增加 - 一般而言是有益的，但繼電器輸入阻抗仍必須符合要求
在額定負荷下： CT 完全按照精度等級規格執行
負載過重 (110-150% 額定值)： 複合誤差超出等級限制；計量讀數不正確
嚴重負荷過重 (>150% 評級)： 故障條件下磁芯飽和⁴; 保護繼電器接收到斷開的波形；阻抗計算失敗；距離繼電器可能無法跳脫 1 區

負擔等級對保護可靠性的影響

負擔水平	計量精度	保護 CT 行為	距離中繼回應
<80% 額定值	班級內	ALF 有效較高	可靠的 1 區行程
80-100% 額定值	班級內	依規格	可靠的 1 區行程
100-130% 額定值	邊際誤差	降低有效 ALF	可能的區域 1 延遲
>150% 額定值	重大錯誤	早期飽和	誤操作風險

保護關鍵應用的實用建議： 設計為 75-80% 的最大額定負載, 因此，可為未來增加繼電器或電纜重新佈線以增加電阻保留餘量。.

客戶案例 - 由於負擔過重而導致保護操作失誤：
東南亞的一家電力公用事業承包商報告，22kV 架空電纜距離繼電器一直無法在 1 區時間內清除近端故障，而是預設為 2 區 (400ms 延遲)。詳細的調試分析顯示 CT 二次電路包括三個繼電器、一個傳感器和一條 38 公尺長的電纜線 - 總負載為 28VA，而 CT 的額定電壓為 15VA。CT 在約 8 倍的額定電流下達到飽和，遠低於 5P20 規格在額定負載下 20 倍的能力。更換為 Bepto 5P20 30VA CT 後，Zone 1 的時序問題完全解決。.

中壓系統中最常見的負載計算錯誤是什麼？

實驗台上混亂、過載的 CT 二次測試電路的高解析度照片，說明了多種計算錯誤，例如忽略了長電纜線路、混用 1A 和 5A 裝置額定值造成過熱，以及錯誤的 VT 方法應用。反覆的波形和錯誤記錄強化了負載錯誤導致可靠性降低的主題。沒有人在場。. — 關鍵 CT 負荷計算錯誤和過載影響的可視化

安裝與試運轉清單

測量實際電纜長度 - 絕不使用設計圖面估算進行負擔計算
測量導體電阻 通電前用低阻值歐姆錶測量
驗證每個繼電器的實際輸入負載 來自製造商數據表 - 而非目錄摘要
計算在額定二次電流下的總負載 在指定 CT VA 額定值之前
執行二次注入測試 在調試時驗證 CT 比率、極性和準確性
記錄竣工負擔 供日後維修參考

影響可靠性的常見錯誤

忽略電纜負擔： 在 5A 的二次電路中，30 公尺的電纜長度可產生 8-15VA 的電流 - 通常超過繼電器的負載。
混合使用 1A 和 5A 裝置： 將 5A 額定繼電器連接到 1A CT 二次端會造成嚴重的負載過大，並可能導致繼電器損壞。
假設中繼負擔等於總負擔： 忘記量表、傳感器和終端電阻的情況非常普遍
負擔改變後不重新計算 ALF： 在未重新檢查有效 ALF 的情況下，在系統升級過程中增加繼電器是隱藏的保護風險
使用 CT 的 VT 負擔計算方法： 串聯與並聯拓樸 - 計算方法根本不同
忽略溫度效應： 銅阻每 °C 大約增加 0.4%⁵ - 在高環境安裝中，60°C 時的電纜負荷明顯高於 20°C 時的負荷。

總結

精確的負載計算並不是可有可无的工程改進，而是中壓配電中互感器精度等級合規性和保護系統可靠性的基本要求。. 核心要點：務必計算包括電纜電阻在內的總二次負載、驗證保護應用的有效 ALF，並設計為最大 75-80% 的額定 CT 負載，以維持可靠的故障檢測。. 在 Bepto Electric，我們提供的每台 CT 都包含完整的數據表負載規格和內部繞線電阻值 - 為您的工程團隊提供所需的一切，讓他們從第一天開始就能進行準確的負載計算。.

有關互感器負載計算的常見問題

“「IEC 61869-2:2012 互感器 - 第 2 部分」、, https://webstore.iec.ch/publication/5964. .定義電流互感器的技術標準和參數。證據作用：general_support；來源類型：標準。支援：IEC 61869-2. ↩
“「IEC TS 60815-1:2008 高壓絕緣體的選擇與尺寸」、, https://webstore.iec.ch/publication/3807. .定義了不同污染環境的爬電距離要求。證據作用：general_support；來源類型：標準。支援：≥25mm/kV，適用於標準室內環境 (IEC 60815)。. ↩
“「IEC 61869-3:2011 互感器 - 第 3 部分」、, https://webstore.iec.ch/publication/5965. .規範電感式電壓互感器性能和負載的國際標準。證據作用：general_support；資料來源類型：標準。支援：IEC 61869-3. ↩
“「CT 飽和度對距離保護的影響」、, https://ieeexplore.ieee.org/document/4275376. .IEEE 研究分析過度負擔如何促使早期核心飽和。證據作用：機制；資料來源類型：研究。支持：磁芯在故障條件下飽和。. ↩
“「電阻率和導電性」、, https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_resistivity_and_conductivity. .記錄銅的電阻率溫度係數的維基百科頁面。證據作用：機制；資料來源類型：研究。支持：每攝氏度增加約 0.4%。. ↩