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2018-03-07 15:43:58

电流互感器 免费编辑 添加义项名

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电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少,串在需要测量的电流的线路中,因此它经常有线路的全部电流流过,二次侧绕组匝数比较多,串接在测量仪表和保护回路中,电流互感器在工作时,它的二次侧回路始终是闭合的,因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小,电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来使用 ,二次侧不可开路。

基本信息

  • 中文名

    电流互感器

  • 外文名

    Current transformer

  • 适用领域范围

    电学

  • 应用学科

    物理学

  • 符 号

    TA

折叠 编辑本段 基本概念

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互新造临配感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数360百科很少,串在需要测量的电流的线路中,因此它经常都与剧钱心空乡肉液投有线路的全部电流流过,二次绕组匝数比较多,串接在测量仪表和保护回路中,题规子器电电流互感器在工作时,它的2次回路始终是闭合的,因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小,电流互感器的工作状态接近短路。

折叠 编辑本段 主要特点

折叠 作用

电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流,用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器,可湖施走守以把实际为400A的电流转变为5A的电流。

折叠 使用

1)电流互感器的接线应遵守串联原则:即香模定业用名延紧头物一次绕阻应与被测电路串联,而二次绕阻投甚则与所有仪表负载串

2)按被测电流大小些常如提控英军活础见征,选择合适的变化,否则误差将增大。同时,二次侧一端必沉多称错声笔须接地,以防绝缘一旦损坏时,一次侧高压窜入二次低压侧,造成人身和设备事故

3)二次侧绝对不允许开路。因一旦开路,一次侧电流I1全部成为磁化电流,引起φm和E2骤增,造成铁心过度饱和磁化,发热严重乃至烧毁线圈;同时,磁路过度饱和磁化后,使误差增大。电流互感器在正常工作时,二次侧近似于短路,若突然使其开路,则励磁动势由数值很小的值骤变为很大的值,铁芯中宣度陆光的磁通呈现严重饱和的平顶波,因此二次侧绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波,其值可达到数千甚至上万伏,危及工作人员的安全及仪表的绝缘性能。

怎兵待确预停民况外,一次侧开路使二次侧电压达几百伏,一旦触及将美排急移球危征造成触电事故。因此,电流互感器二次侧都备有短路开关,防止一担唱次侧开路。在使用过程中,二次侧一旦开路应马上撤流互叫掉电路负载,然后,再停车处理。一切处理好后方可再用

4)为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障滤波等装置的需要,在发电机变压器、出线、母线分段断路器、母线断路器、旁路断路器等回路中均设2~8个二次绕阻的电流互感器。对于大电流接地系统,一般按三相光坏虽展其市孙配置;对于小电流接底笔边重饭士王记矛均地系统,依具体要求按二相或三相配置

5)对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如:若有两组电流互感器,且位置允许时,应设在断路器两侧,使断路器处于交叉保护范围之中

6)为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障,电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧

7)为了减轻发电机内部故障时的损伤,用于自动官袁青重影根露审常调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组歌是结析远至的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障,用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧什迫余

折叠 编辑本段 分类

​1 按厚优李业红文让读用途分
1) 电流互感器(或电流互感器的测量绕组):在正常电压范围内,向测量、计量装置提供电网电流信息。

2)保护用电流互感器(或电流互感器的保护绕组):在电网故障状态下,向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

2按绝缘介质分
1)  干式电流互感器:由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘。

2)  浇注绝缘电流互感器:用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器

3)  油浸式电流互感器:由绝缘纸和绝缘油作为绝缘,一般为户外型,目前我国在各种电压等级均常用到。

4)  气体绝缘电流互感器:德露差走得巴真主绝缘有SF6气体构成。

3按电流变换原理分
1)  电磁式电流互感器:根据电磁感应原理实现器呼波协革斯开略行呢急电流变换的电流互感器。

2)  光电式电流互感器:菜少属卷众针站沙专该套通过光电变换原理实现电流变换的电流互感器。

4按安装方式分
1)  贯穿式电流互感器:用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。

2)  支柱式电流互感器:安装在平面齐请或支柱上,兼做一次波整受斤首语一电路导体支柱用的电流互感孙士器;

3)  套管式电流互感器:没有一次导体和一次绝缘,直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。

4)  母线式电流互感器:没有一次导体但有一次绝缘,直接套装在母线上使用的一种电流互感器。

5按一次绕组匝数分
1)单匝式电流互感器置间硫行河往守规团图:大电流互感器常用单匝所数苦章乡题学县经里式。

2)多匝式电流互感器:中、小电流互感器常用多匝式。

6按二次绕组所在位置分
1)  正立式:二次绕组在产品下部,是国内常用的结构形式。

2)  倒立式:二次绕组在产品头部,是近年来比较新型的结构形式。

7按电流比分
1)  单投使玉电流比电流互感器:即观往喜星血化一、二次绕组匝数固定领川指回松,电流比不能改变,只能实现一种电流比变换的互感器。

2)  多电流比电流互感器:即一次绕组或二次绕组匝数可改变,电流比可以改变,可实现不同电流比变换;

3)  多个铁心电流互感器:这种互感器有多个各自具有铁心的二次绕组,以满足不同精度的测量和多铁超谈犯把土音省微力种不同的继电保护装置的需求。为了满足某些酒复段眼普烈装置的要求,其中某些二次绕组具有多个抽头。

8按保护用电流互感器技术性能分
1)稳态特性型:保证电流在稳态时的误差,如P、PR、PX级

2)牛星暂态特性型:保证电流识死溶商已在暂态时的误差,如TPX TPY TPZ TPS级等。

9按使用条件分
1)  户内型电流互感器:一般用于35KV及以下电压等级。

2)  户外型电流互感器:一般用于35KV及以上电压药重等级。[5]

折叠 编辑本段 基本术语

户外型电流互感器

1电流互感器选择与检验的原

1)电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压

2)根据一剧位将次负荷计算电流IC选择电流互感器变化

3)根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度

4)校验动稳定度和热稳定度。

2电流互感器变流比选择

电流互感器一次额定电流I1n和二次额定电流I2n之比,称为电流互感器的额定变流比,Ki=I1n/I2n≈N2/吃皇N1。

式中,N1和N2为电流互感器一次绕组和二次绕组的匝数。

电流互感器一次侧额定电流标准比(如2固已装牛0.30、40、50、75.100、150(A)、2Xa/C)等多种规格,二次侧额定电流通常为1A或5A。其中2Xa/C表示同一台产品有两种电流比,通过改变产品顶部储油柜外的连接片接线方式实现,当串联时,电流比为a/c,并联时电流比为2Xa/C。一般情况下,计量用电流互感器变流比的选择应使其一次额定电流I1n不小于线路中的负荷电流(即计算IC)。如线路中负荷计算电流为350A,则电流互感器的变流比应选择400/5。保护用的电流互感器为保证其准确度要求,可以将变比选得大一些。

表1电流互感器准确级和误差限值

3电流互感器准确度选择及校验

所谓准确度是指在规定的二次负荷范围内,一次电流为额定值时的最大误差。中国电流互感器的准确度和误差限值如表1所示,对于不同的测量仪表,应选用不同准确度的电流互感器。

准确度选择的原则:计费计量用的电流互感器其准度为0.2~0.5级;用于会杀笑监视各进出线回路中负荷电流大小的电流表应选用1.0—3.0级电流互感器。为了保证准确度误差不超过规定值,一般还校验电流互感器二次负荷(伏安),互感器二次负荷S2不大于额定负荷S2n,所选准确度才能得到保证。准确度校等民地取刻验公式:S2≤S2n

二次回路的负荷l:取决于二次回路的阻抗Z2的值,则:

S2=I2n2︱Z尽片考难金得督2︱≈I2n2(∑︱Zi︱+ RWl+RXC)

季掌洲么呼盐一最夫六其S2V1≈∑Si+I2n2(RWl+RXC)

式中,Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷和阻抗,RXC为二次回路中所有接头、触点的接触电阻,一般取0.1Ω,RWL为二次回路导线电阻,

计算公式化为:RWL=LC/(r×S)。

式中,r为导线的导电率,铜线r=53m/(Ωmm2),铝线r=32m(Ωmm2),S为导线截面积(mm2),LC为导线的计算长度(m)。设互感器到仪表单向长度为L1,

则:

L1互感器为星形接

LC=L1两相V形接线

2L1一相式接线

继电保护用的电流互感器的准确度常用的有5P和l0P。保护级的准确度是以额定准确限值一次电流下的最大复合误差ε%来标称的(如5P对应的ε%=5%)。所谓额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数(n=I1/I1n),也称为额定准确限值系数。即要求保护用的电流互感器在可能出现的范围内,其最大复合误差不超过ε%值。

电流互感器ε%误差曲线校验步骤:

⑴按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数

⑵根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数,在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷

⑶按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型,计算电流互感器的实际二次负荷

⑷比较实际二次负荷与允许二次负荷。如实际二次负荷小于允许二次负荷,表示电流互感器的误差不超过10%误差:

1)增大连接导线截面或缩短连接导线长度,以减小实际二次负荷

2)选择比较大的电流互感器,减小一次电流倍数,增大允许二次负荷

3)将电流互感器的二次绕组串联起来,使允许二次负荷增大一倍。

4电流互感器动稳定度和热稳定度校验

厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes和热稳定倍数Kt,因此按下列公式分别校验动稳定和热定度即可。

1)动稳定度校验Kes×I1N≥iSh

2)热稳定度校验(KtI1n)2t≥I⑶∞tima

式中,t为热稳定电流时间

折叠 测量用电流互感器

在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流(中国规定电流互感器的二次额定为5A或1A),另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器,电流互感器将高电流按比例转换成低电流,电流互感器一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表、继电保护等。

正常工作时互感器二次侧处于近似短路状态,输出电压很低。在运行中如果二次绕组开路或一次绕组流过异常电流(如雷电流、谐振过电流、电容充电电流、电感启动电流等),都会在二次侧产生数千伏甚至上万伏的过电压。这不仅给二次系统绝缘造成危害,还会使互感器过激而烧损,甚至危及运行人员的生命安全。

1次侧只有1到几匝,导线截面积大,串入被测电路。2次侧匝数多,导线细,与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。

电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器,忽略励磁电流,安匝数相等I1N1=I2N2

电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比,叫实际电流比I1/I2=N2/N1=k。

励磁电流是误差的主要根源。

测量用电流互感器的精度等级0.2/0.5/1/3,1表示变比误差不超过±1%,另外还有0.2S和0.5S级。

保护用电流互感器的精度等级5P/10P ,10P标示复合误差不超过10%。

折叠 保护用电流互感器

保护用电流互感器主要与继电装置配合,在线路发生短路过载等故障时,向继电装置提供信号切断故障电

路,以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同,保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求:1.绝缘可靠,2.足够大的准确限值系数,3.足够的热稳定性和动稳定性。

保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用,准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P、10P,表示在额定准确限值一次电流时的允许误差5%、10%

线路发生故障时的冲击电流产生热和电磁力,保护用电流互感器必须承受。二次绕组短路情况下,电流互感器在一秒内能承受而无损伤的一次电流有效值,称额定短时热电流。二次绕组短路情况下,电流互感器能承受而无损伤的一次电流峰值,称额定动稳定电流。

保护用电流互感器分为:1.过负荷保护电流互感器,2.差动保护电流互感器,3.接地保护电流互感器(零序电流互感器)

折叠 分类

按用途分

测量用电流互感器(或电流互感器的测量绕组。在正常工作电流范围内,向测量、计量等装置提供电网的电流信息。

保护用电流互感器(或电流互感器的保护绕组。在电网故障状态下,向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

按绝缘介质分

干式电流互感器。由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘。

浇注式电流互感器。用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器。

油浸式电流互感器。由绝缘纸和绝缘油作为绝缘,一般为户外型。目前中国在各种电压等级均为常用。

气体绝缘电流互感器。主绝缘由气体构成。

按电流变换原理分

电磁式电流互感器。根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。

光电式电流互感器。通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器,目前还在研制中。

按安装方式分

贯穿式电流互感器。用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。

支柱式电流互感器。安装在平面或支柱上,兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。

套管式电流互感器。没有一次导体和一次绝缘,直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。

母线式电流互感器。没有一次导体但有一次绝缘,直接套装在母线上使用的一种电流互感器。

折叠 编辑本段 校验方法

在进行电流互感器误差试验之前,通常需要检查极性和退磁等主面特性。

1、电流互感器极性检查 :

电流互感器一次绕组标志为P1、P2,二次绕组标志为S1、S2。若P1、S1是同名端,则这种标志叫减极性。一次电流从P1进,二次电流从S1出。极性检查很简单,除了可以在互感器校验仪上进行检查外,还可以使用直流检查法。 [1]

2、电流互感器退磁检查

电流互感器在电流突然下降的情况下,互感器铁芯可能产生剩磁。如电流互感器在大电流情况下突然切断电源、二次绕组突然开路等。互感器铁芯有剩磁,使铁芯磁导率下降,影响互感器性能。长期使用后的互感器都应该退磁。互感器检验前也要退磁。退磁就是通过一次或二次绕组以交变的励磁电流,给铁芯以交变的磁场。从0开始逐渐加大交变的磁场(励磁电流)使铁芯达到饱和状态,然后再慢慢减小励磁电流到零,以消除剩磁。

对于电流互感器退磁,一次绕组开路,二次绕组通以工频电流,从零开始逐渐增加到一定的电流值(该电流值与互感器的设计测量上限有关,一般为额定电流的20-50%左右。可以这样判断,如果电流突然急剧变大,此时表示铁芯以进入磁饱和阶段)。然后再将电流缓慢降为零,如此重复2-3次。在断开电源前,应将一次绕组短接,才断开电源。铁芯退磁完成。此方法称开路退磁法。对于有些电流互感器,由于二次绕组的匝数都比较多。若采用开路退磁法,开路的绕组可能产生高电压。因此可以在二次绕组接上较大的电阻(额定阻抗的10-20倍)。一次绕组通以电流,从零渐变到互感器一次绕组的允许的最大电流,再渐变到零,如此重复2-3次。由于接有负载铁芯可能不能完全退磁。由于一次绕组的最大电流有限制,过大的话可能烧坏一次绕组。如果接有负载的二次绕组产生电压不是过高的话,可以加大二次绕组的负载电阻。这样可以提高退磁效果。

3、电流互感器误差试验

互感器误差试验一般采用被测互感器与标准互感器进行比较,两互感器的二次电流差即为被测互感器误差。此种检验方法称比较法。标准互感器要求比被测互感器高出二个等级,此时标准互感器误差可忽略不计。若标准互感器比被测互感器只高一个等级,此时试验结果误差应考虑加上标准互感器误差。

被测互感器与标准互感器的二次电流差一般采用互感器校验仪进行量。直接从互感器校验仪上读出比值差fx(%),相位差δx(’)。由于互感器校验仪测的是被测互感器与标准互感器电流差与二次电流的比值,所以对互感器校验仪的要求不高。要能校验什么等级的互感器,基本由标准互感器决定。

标准互感器是互感器校验系统的关键核心。对被测互感器进行校验,除了标准互感器、互感器校验仪还要有给互感器提供一次电流的升流器,可以调节升流器电流的调压器,及负载。

折叠 编辑本段 运行特性

在电工手册及各类教材中,对电流互感器二次开路运行的结论是:“电流互感器二次开路产生几百伏、lkV~10kV的危及人身安全的高压;铁芯严重发热,烧坏电流互感器。”这也是电力界公认的法规。

我们科技服务小组在检修学校配电盘的一只无示数电流表时发现,与其相串联电流互感器二次开路运行,实测电压为2.6V,恢复其原闭路接法,同时在主回路串入型号、变化相同的电流互感器,二次开路长期运行,并不发热。这说明:目前实际应用的电流互感器运行特性与一百多年来传统的结论相比,有着不容忽视的重大差别。  

为了分析电流互感器运行参数,在电业公司和校党总支部大力支持下,我们将收集到的0.5kV和10kV两个耐压等级,变电站用的LQJ,LFC,LFCD,母线穿心式lMK,LMKl,LMZ,LMZ1,LMZJ1和在平度已被淘汰的LQG等9个系列,北京、天津、上诲、沈阳、合肥等20个厂家生产的变化30/5~2000/5的56种电流互感器及其350个变种,在变流实验台上经过长达两年半的实验,记录了十几万个运行数据,归纳总结出了如下结论。    

一、电流互感器二次开路电压特性

对每一种电流互感器,二次开路电压随着一次电流的变化,都有严格的对应关系,仅以一次额定电流时的二次开路电压值说明。对母线穿心式150/5的电流互感器,当穿心电流为额定值时,不同品种的电流互感器二次开路电压为2.6~2;4V。80条二次开路电压特性曲线的规律是:一次穿心电流从0A增至150A时,二次开路电压开始上升幅度很大,30A以后增加甚小(即使从150A增至800A,二次开路电压平均只上升0.2V)。

母线穿心式200/5的电流互感器,二次开路电压是3.9~6.5V;母线穿心式 300/5—2000/5的电流互感器,二次开路电压为6.5~37.2V。

LQG系列从30/5—600/5的电流互感器,二次开路电压是12.8~21.4V。

变电站用的LQJ,LFC,LFCD系列50/5~300/5的电流互感器,二次开路电压是18~121.3V。

在第二次伏安特实验台上,利用调压器、电流表、导线将所有的电流互感器二次线圈分别接人调压器的输出端,当二次输入5A电流时,测得二次电压和一次加额定电流时测得的二次开路电压都有严格的对应关系。若用公式计算,二次开路电压等于二次闭路转为开路一次电压的增量乘以变化。从正反两方面实验和法拉第电磁感应定律推导结论证明了二次开路电压测试值的真实性。

综上所述,100多年来的传统结论与科技进步、材料更新、结构变化、工艺革新的现代新型电流互感器的实际二次开路电压相比存在着巨大差别,所以传统结论应当修正。

二、电流互盛器二次开路时发热情况分析

对母线穿心式电流互感器,根据焦耳—楞次定律Q=I2Rt,二次开路时由 I2=0,Q2=0,所以二次线圈不会发热。但是,当二次线圈由闭路转为开路时,母线上功耗增大。对母线穿心式150/5的电流互感器一次电流为额定值时,经过计算其功耗增量最小为9W,最大为17W。由于母线粗长,散热忍受力好,不会发热。  

所有母线穿心式电流互感器在变流实验台上断续运行长达2年半之久,从未发现烧坏一例,充分体现了目前实用新型电流互感器发热特性与传统结论截然不同。

已被平度淘汰的LQG系列电流互感器在交流实验台上进行证明,当一次线圈电流为额定值时,二次线圈开路,保持一次电流仍为额定电流,虽然二次线圈不会发热,但一次线圈功耗量增大。例如44号30/5的电流互感器,其一次压降增量为2.5V,功耗增大75W,一次线圈略微发热。对该系列电流互感器的大量实际观察情况表明,如果过流,一次线圈功耗更大,确实发热,当电流超过额定值50%后,一次线圈烫手,由于热传递,铁芯和二次线圈也相继发热,长时间运行,闻到有焦糊味。若绝缘烧焦,就会产生一次电压加入二次线圈的恶性结果,体现了此系列互感器的发热情况仍符合100多年前的传统结论,但此电压系供电电压,根本不是感应的二次开路电压。

三、电流互感器二次开路电压波形分析

当一次电流为0A时,二次输出电压波形为一条水平线。随着一次电流的增大,56种电流互感器波形变化十分复杂,又各具有其自身特色。如6号互感器,一次电流为3A,二次电压波形为正弦波,一次电流从4A增至150A波形畸变,随着一次电流增大,波形畸变加剧,其变化特别是有效宽度变窄,峰—峰值上升,占空因数下降,但每半周包围的面积增加甚微。

每半周包围面积增加很小说明铁芯已趋于磁饱和,反映了二次开路电压随着一次电流增大,只能微弱上升,而峰—峰值增大反映了整流滤波电压有较大的上升幅度,为自动化控制提供了较宽的控制区间。

四、比差特性分析

目前,我国计量电流时,要求用1.5mm2的铜线将电流互感器二次线圈和电度表电流线圈短接,这是降低精度产生正比差的应用方法。以母线穿心式150/5的电流互感器为例,我们分别以1.5mm2长4m的铜线,将其二次线圈分别与150/5A的电流表和电度表的电流线圈串联时,当一次穿心电流为150A时,所有电流互感器都能使电流表碰针,若一次电流降至135A,电流表示数为140~150A。

在变流实验台上测得8000个数据表明,当一次电流超过额定值10%,随着一次电流增大,正比差越来越明显,而一次电流为15A以下时,电流互感器二次测中的电流表示数有负比差。

按照国家标准规定,总负荷电流应该等于电流互感器额定电流的75%~ 100%,电流互感器精度为1~3级时,二次回路所取负载应为其铭牌负荷值的 50%~100%,对精度为0.1—1级的电流互感器,应取铭牌负荷的25%一100%,对当地用量占绝对优势的负荷为0.2fl的电流互感器,当一次电流达到额定值时,依据规定二次闭路电压必定为1V、0.5V和0.25V。我国国家标准还规定:若低于上述限量的下限值,测量精度降低,造成正误差。但是我们测量过许多用户的配电盘,当用于电流表示数的电流互感器,使电流表显示接近额定值时,而计费用的电流互感器,二次测用规定导线直接接人三相电度表的电流线圈,以指针式万用表交流电压10V档测二次闭路电压为0V。运行数据表明,实例都违背了国家规定的二次负载标准,这是变配电中普遍存在的一个技术问题。

五、消除误差的方法

两年内我们探索了导线、分数匝、电容、电感、电阻丝等对正比差补偿方法。

1995年底,我们终于找到了可使电流互感器正、负比差都明显减小的技术方案。例如23号200/5的电流互感器,当母线穿心一匝,一次电流为180A时,二次显示194A,正比差为14A,一次电流为5A,二次示数为0A,负比差为5A。利用这种技术方案,可以使该电流互感器一次电流从0A到额定电流的整个区间,正比差为0A,负比差最大值为lA,从而发现了降低电流互感器比差的技术方案。

六、电流互感器的负载特性

当二次测所接负载阻抗远大于铭牌上标定的阻抗时,电流互感器是一恒压源。例如9号150/5互感器,铭牌上标定的阻抗为0.2Ω。当一次电流为150A,二次开路时,用MFl73型万用表交流10V档,精度为9kΩ/V,相当于在二次回路上串联 90kΩ的电阻,测得其电压为2.6V;当二次测并接15Ω300磁场变阻器,分别取阻值15Ω、7.5Ω、3.75Ω时,二次电压仍为2.6V;当取1.875Ω时二次电压才降为 2.55V,有力地证明了上述结论。

当外阻远小于标定阻抗时,电流互感器接近一恒流源。例如9号150/5互感器,将一次电流调至135A,分别和1.5mm/X 30cm的铝线、1.5mm2X4m的铜线串接150/5A电流表,利用1.5mm2X 30cm的铝线、1.5mm2X 4m的铜线串接 150/5A电流表和5A电度表电流线圈,电流表示数都是150A。上述实验表明,外阻远小于标定阻抗时,电流互感器是一恒流源,并且都有相同的正比差。

七、典型母线穿心式电流互感器二次开路的具体应用

由于母线穿心式400/5以下各种电流互感器二次开路电压很低,内阻抗小,过度时又不发热,具有恒压源和恒流源特性,可以稳定、可靠地用作自动控制功率型信号源。利用二次开路电压值对高输入阻抗的复合管、单晶管、VMOS功率场效应管、单向晶阐管、运算放大器、比较放大器、时基电路、灵敏继电器等直接实施控制,以突破传统结论的禁区二次开路运用方式,形成机电一体化和继电保护的产品。此法被人们确认后,形成机电一体化和继电保护的产品。此法被人们确认后,必然广泛应用于自动化控制设计,将产生不可估量的、走出传统结构误区的社会效益。    

八、电流互感器运行的特定条件和内阻抗分析

实际应用的电流互感器的一次最大电流等于满负荷电流,同时受到电力变压器允许的最大电流、保险丝熔断电流、闸刀跳闸电流、自动空气开关限制的电流、过流保护器设定的保护电流和导线允许的安全电流的严格控制。众所周知,电流互感器二次电流额定值为5A,如果脱离上述条件,试图以二次感应电压公式E=L× di/dt设想无穷大电流结合变化关系或以设想二次无穷大电流来求二次开路电压,以维护传统的二次开路电压结论是不现实的。

在变流实验台上对每种电流互感器,一次测注入额定电流的0.1,0.2,…,1倍的电流。二次以开路和闭路两种方式运行,测得一次电压和一次电流,可以求出一次测在二次开、闭路情况下的阻抗,其数值很小。例如一次阻抗最大的44号 3015LQG系列电流互感器,当一次测加30A电流,二次开路,一次电压为3V,则一次阻抗为0.1Ω。在二次闭路条件下,一次电压为0.5V,一次阻抗为O.017Ω,。其余电流互感器随变化的增大。一次阻抗变得很小,其中以母线穿心式的电流互感器最小。同理利用二次伏安特性,可以直接求出除母线穿心式电流互感器以外的其他各类电流互感器在一次开路或闭路情况下的二次阻抗。

对母线穿心式电流互感器一次开路情况下,二次阻抗可以直接利用二次伏安法求出。一次闭路情况下的二次阻抗必须加穿心短路环,所用短路环是多股细铜线组成的150mm2以上的单匝或多匝短路环,在满足二次输入安匝近似等于—?次安匝情况下,可求出母线穿心式电流互感器一次闭路情况下的二次阻抗。例如5号电流互感器,二次注入1~5A电流,一次加150mm2短路环后,其二次阻抗都是0.19Ω,近似等于铭牌标定的负荷0.2Ω或5VA。

点评

作者在对电流互感器进行检修时发现,即使互感器的二次线圈开路运行,也不会造成设备损害。这一现象与传统的电工手册及各类教材所提出的电流互感器二次开路产生几百伏以上、危及人身安全的高压,铁芯严重发热,烧坏电流互感器并不一致。为了解决这一问题,弄清电流互感器的运行参数,作者进行了一系列的实验,在进行了大量调查实验基础上,得出了令人信服的结论。

作者发现,目前生产和应用的电流互感器的发热特性与传统结论截然不同:其二次开路状态工作时,一般不会过热;只有极少数型号功耗增大,发热严重,但在正常工作电流下,也不会烧坏设备。至于二次开路电压,则始终在低压范围内波动。作者在对数十种型号的电流互感器进行实验测定的基础上,得出结论,二次开路时具有恒压源和恒流源两种电路的特性,可以稳定、可靠地用作自动控制功率型信号源。这种突破传统的电路运用方式,可广泛应用于自动化控制设计,产生良好的经济效益和社会效益。

从实际出发,不迷信传统观念,利用科学手段突破旧有框框,大胆创新,才能在科技事业中取得成绩。[2]

折叠 编辑本段 其他资料

折叠 互感器原理

在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流,另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。

较早前,显示仪表大部分是指针式的电流电压表,所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的(如5A等)。现在的电量测量大多数字化,而计算机的采样的信号一般为毫安级(0-5V、4-20mA等)。微型电流互感器二次电流为毫安级,主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。

微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。(“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器,一般用于扩大仪表量程。)

微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1接被测电流,称为一次绕组(或原边绕组、初级绕组);绕组N2接测量仪表,称为二次绕组(或副边绕组、次级绕组)。

微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比,叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比,用Kn表示。

Kn=I1n/I2n

微型电流互感器大致可分为两类,测量用电流互感器和保护用电流互感器。

折叠 接线方式

电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相,三相星形和不完全星形(图4a、b、c)。

电流互感器接线方式

额定变比和误差 互感器的额定变比KN指电压互感器的额定电压比和电流互感器的额定电流比。前者定义为原边绕组额定电压U1N与副边绕组额定电压 U2N之比;后者则为额定电流I1N与I2N之比。即

KN=U1N/U2N

(对电压互感器)

KN=I1N/I2N

(对电流互感器)

电压(或电流)互感器原边电压(或电流)在一定范围内变动时,一般规定为0.85~1.15U1N(或10~120%I1N),副边电压(或电流)应按比例变化,而且原、副边电压(或电流)应该同相位。但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差,分别称为比差和角差。

比差为经折算后的二次电压(或二次电流)与一次电压(或一次电流)量值大小之差对后者之比,即fU 为电压互感器的比差,fI 为电流互感器的比差。当KNU2>U1(或KNI2>I1)时,比差为正,反之为负。

对没有采取补偿措施的电压互感器,比差为负,角差一般为正值,比差的绝对值和角差均随电压的增大而减小;铁心饱和时,比差与角差均随电压的增大而增大。

对于没有采取补偿措施的电流互感器,比差为负值,角差为正值,比差的绝对值和角差均随电流增大而减小。

采用补偿的办法可以减小互感器的误差。一般通过在互感器上加绕附加绕组或增添附加铁心,以及接入相应的电阻、电感、电容元件来补偿。常用的补偿法有匝数补偿、分数匝补偿、小铁心补偿、并联电容补偿等。

折叠 电流互感器型号及参数

一、电流互感器型号:

第一字母:L—电流互感器

第二字母:A—穿墙式;Z—支柱式;M—母线式;D—单匝贯穿式;V—结构倒置式;J—零序

接地检测用;W—抗污秽;R—绕组裸露式

第三字母:Z—环氧树脂浇注式;C—瓷绝缘;Q—气体绝缘介质;W—与微机保护专用

第四数字:B—带保护级;C—差动保护;D—D级;Q—加强型;J—加强型ZG

第五数字:电压等级 产品序号

二、 主要技术要求

⒉1 额定容量:额定二次电流通过二次额定负荷时所消耗的视在功率。额定容量可以用视在功率V.A表示,也可以用二次额定负荷阻抗Ω表示。

⒉2 一次额定电流:允许通过电流互感器一次绕组的用电负荷电流。用于电力系统的电流互感器一次额定电流为5~25000A,用于试验设备的精密电流互感器为 0.1~50000A。电流互感器可在一次额定电流下长期运行,负荷电流超过额定电流值时叫做过负荷,电流互感器长期过负荷运行,会烧坏绕组或减少使用寿命。

⒉3 二次额定电流:允许通过电流互感器二次绕组的一次感应电流。

⒉4 额定电流比(变比):一次额定电流与二次额定电流之比。

⒉5 额定电压:一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效值以kV为单位),应不低于所接线路的额定相电压。电流互感器的额定电压分为0.5,3,6,10,35,110,220,330,500kV等几种电压等级。

⒉6 10%倍数:在指定的二次负荷和任意功率因数下,电流互感器的电流误差为-10%时,一次电流对其额定值的倍数。10%倍数是与继电保护有关的技术指标。2.7 准确度等级:表示互感器本身误差(比差和角差)的等级。目前电流互感器的准确度等级分为0.001~1多种级别,与原来相比准确度提高很大。用于发电厂、变电站、用电单位配电控制盘上的电气仪表一般采用0.5级或0.2级;用于设备、线路的继电保护一般不低于1级;用于电能计量时,视被测负荷容量或用电量多少依据规程要求来选择(见第一讲)。

⒉8 比差:互感器的误差包括比差和角差两部分。比值误差简称比差,一般用符号f表示,它等于实际的二次电流与折算到二次侧的一次电流的差值,与折算到二次侧的一次电流的比值,以百分数表示。

⒉9 角差:相角误差简称角差,一般用符号δ表示,它是旋转180°后的二次电流向量与一次电流向量之间的相位差。规定二次电流向量超前于一次电流向量δ为正值,反之为负值,用分(’)为计算单位。

⒉10 热稳定及动稳定倍数:电力系统故障时,电流互感器受到由于短路电流引起的巨大电流的热效应和电动力作用,电流互感器应该有能够承受而不致受到破坏的能力,这种承受的能力用热稳定和动稳定倍数表示。热稳定倍数是指热稳定电流1s内不致使电流互感器的发热超过允许限度的电流与电流互感器的额定电流之比。动稳定倍数是电流互感器所能承受的最大电流瞬时值与其额定电流之比[3]

折叠 工作原理

电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流,避免直接测量线路的危险。电流互感器是升压(降流)变压器,它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器,电流互感器将高电流按比例转换成低电流,电流互感器一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表、继电保护等。

折叠 名词解释

额定工作电压,互感器允许长期运行的最高相同电压有效值。

额定一次电流,作为互感器性能基准的一次电流值。

额定二次电流,作为互感器性能基准的二次电流值,通常为5A或1A。

额定电流比,额定一次电流与额定二次电流之比。

折叠 选用要点

⑴额定电流(一次侧)应为线路正常运行时负载电流的1.0~1.3倍。

⑵额定电压。应为0.5kV或0.66kV。

⑶注意精度等级。若用于测量,应选用精度等级0.5或0.2级;若负载电流变化较大,或正常运行时负载电流低于电流互感器一次侧额定电流30%,应选用0.5级。

⑷根据需要确定变比与匝数。

⑸型号规格选择。根据供电线路一次负荷电流确定变比后,再根据实际安装情况确定型号。

⑹额定容量的选择。电流互感器二次额定容量要大于实际二次负载,实际二次负载应为25~100%二次额定容量。容量决定二次侧负载阻抗,负载阻抗又影响测量或控制精度。负载阻抗主要受测量仪表和继电器线圈电阻、电抗及接线接触电阻、二次连接导线电阻的影响。

折叠 施工、安装要点

⒈二次绕组必须可靠接地,以防止由于绝缘损坏后,一次侧高电压传入危及人身安全。

⒉二次测绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态,磁通高出额定时许多(1.4-1.8T),除了产生大量铁耗损坏互感器外,还在副边绕组感应出危险的高压,危及人身安全。

电流互感器铭牌标志

电流互感器型号由以下几部分组成,各部分字母、符号表示内容:

第一个字母:L——电流互感器。

第二个字母:F——风压式; M——母线式(穿芯式)。

第三个字母:C——瓷绝缘式; Z——浇注式。

第四个字母:B——保护; D——差动。

第五个字母:数字——电压等级(kV)。

例如 LMZ—0.66表示用环氧树脂浇注的穿芯式电流互感器 0.66kV。

额定工作电压,互感器允许长期运行的最高相同电压有效值。

额定一次电流,作为互感器性能基准的一次电流值。

额定二次电流,作为互感器性能基准的二次电流值,通常为5A或1A。

额定电流比,额定一次电流与额定二次电流之比。

额定负荷,确定互感器准确级所依据的负荷值。电流互感器二次K1.K2端子以外的回路阻抗都是电流互感器的负荷。通常以视在功率伏安或以阻抗欧姆表示。

额定功率因数,二次额定负荷阻抗的有功部分与额定阻抗之比。

准确度等级,在规定使用条件下,互感器的误差在该等级规定的限值之内电力工程中计量常用的等级有0.2.0.5.0.2S、0.5S等。

注意事项:

副边绕组必须可靠接地,以防止由于绝缘损坏后,原边高电压传入危及人身安全。

副边绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态,磁通高出额定时许多(1.4-1.8T),除了产生大量铁耗损坏互感器外,还在副边绕组感应出危险的高压,危及人身安全。

折叠 使用注意事项

电流互感器 - 使用注意事项电流互感器运行时,副边不允许开路。因为一旦开路,原边电流均成为励磁电流,使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。因此,电流互感器副边回路中不许接熔断器,也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。

电流互感器运行时,副边不允许开路。原因如下:

⒈电流互感器一次被测电流磁势I1N1在铁芯产生磁通Φ1

⒉电流互感器二次测量仪表电流磁势I2N2在铁芯产生磁通Φ2

⒊电流互感器铁芯合磁通:Φ = Φ1 + Φ2

⒋因为Φ1.Φ2方向相反,大小相等,互相抵消,所以 Φ = 0

⒌若二次开路,即 I2 = 0 ,则:Φ = Φ1,电流互感器铁芯磁通很强,饱和,铁心发热,烧坏绝缘,产生漏电

⒍若二次开路,即 I2 = 0 ,则:Φ = Φ1,Φ在电流互感器二次线圈N2中产生很高的感生电势e,在电流互感器二次线圈两端形成高压,危及操作人员生命安全

⒎电流互感器二次线圈一端接地,就是为了防止高压危险而采取的保护措施

因此,电流互感器副边回路中不许接熔断器,也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。

[4]

折叠 编辑本段 发展方向

由于电磁式电流互感器存在的易饱和、非线性及频带窄等问题,电子式电流互感器逐渐兴起。电子式电流互感器一般具有抗磁饱和、低功耗、宽频带等优点。

国内具有代表性的电子式互感器有AnyWay变频电压传感器、AnyWay变频电流传感器和AnyWay变频功率传感器,其中,AnyWay变频功率传感器属于电压、电流组合式互感器。

该互感器的主要特点如下:

1、采用前端数字化技术,光纤传输,电磁兼容性好。

2、幅频特性和相频特性好,在宽幅值、频率、相位范围内均可获得较高的测量精度。

3、属于数字式传感器,二次仪表不会引入误差,传感器误差就是系统误差

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