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电磁式电流互感器
  发布时间:2016-7-12   来源:上海励徽电器有限公司   人气值:1160
电磁式电流互感器即通过电磁感应原理实现电流变换的互感器,它的工作原理和变压器相似。在电力系统中已被广泛应用,是一次系统和二次系统间的联络元件,其测量和保护的...

电磁式电流互感器的原理

  • 电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器(以下简称电流互感器或TA),它的工作原理和变压器相似。

    由于一次线圈串联在电路中,并且匝数很少;因此,一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关。而且电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小,所以正常情况下,电流互感器在近于短路状态下运行。

    电流互感器一、二次额定电流之比,称为电流互感器的额定互感比,即:

    kn=I1n/I2n

    因为一次线圈额定电流I1n已标准化,二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安,所以电流互感器额定互感比亦已标准化。k还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比,即k = N1 /N2。式中N1、N2为一、二次线圈的匝数。电流互感器的二次侧不能开路,当运行中电流互感器二次侧开路后,一次侧电流仍然不变,二次侧电流等于零,则二次电流产生的去磁磁通也消失了。这时,一次电流全部变成励磁电流,使互感器铁芯饱和,磁通也很高,将产生以下后果:

    1. 由于磁通饱和,其二次侧将产生数千伏高压且波形改变,对人身和设备造成危害。

    2. 由于铁芯磁通饱和,使铁芯损耗增加,产生高热,会损坏绝缘。

    3. 将在铁芯中产生剩磁,使互感器比差和角差增大,失去准确性。

    所以,电流互感器二次侧是不允许开路的。

电磁式电流互感器的分类

  • (1)按功能:测量用电流互感器、保护用电流互感器

    (2)按安装地点:户内式、户外式

    (3)按安装方式:穿墙式、支持式、套管式穿

    (4)按绝缘方式:干式、浇注式、油浸式

    (5)按一次绕组匝数:单匝式、多匝式

    (6)按变流比:单变流比、多变流比

电磁式电流互感器的接线

  • 1.单相式:用于测量对称三相负荷的一相电流。

    2. 星形接线:用于测量三相负荷电流,以监视 每相负荷的不对称情况。

    3.两相式接线:其中一相电流表连接在回线中,回线电流等于A相与C相电流之和,即等于B相电流。

电磁式电流互感器的特点

  • 1.一次绕组串联在电路中,并且匝数很少,故一次绕组中的电流完全取决于被测电路中的负荷电流,而与二次电流大小无关。

    2.电磁式电流互感器的二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小,正常情况下接近短路状态运行,所以,一次侧电流I1等于二次侧的测量电流乘以额定互感比K1。额定互感比近似等于二次侧和一次侧之间的匝数比Kk。

电磁式电流互感器的误差

  • 1)电流误差(比误差) fi

    fi为二次电流的测量值I2乘以额定电流比KI所得的值KI I2与实际一次电流Il之差,以后者的百分数表示,即

    (2)相角误差δi

    相位差为旋转180。的二次电流相量- I2,与一次电流相量 Il之间的夹角δi,并规定- I2,超前Il 时,相位差δi 为正值。

电磁式电流互感器的缺陷

  • 随着电压等级的提高和传输容量的增大,电磁式电流互感器呈现出以下缺点:

    1. 绝缘结构复杂、尺寸大、造价高。随着电压等级的提高,采用了油纸绝缘和气体绝缘的方式,在超高压(UHV)下,电磁式电流互感器又采用了串级绝缘的方法。显然,电压等级越高,电磁式电流互感器的绝缘结构越来越复杂,制造上越来越不方便,造价也越来越高,价格几乎随电压等级作三次方上升。

    2. 测量准确度无法满足。由于一次线圈与高压母线等电位,二次线圈在低压侧与二次低压设备相连,两者之间的线圈靠铁心联系。随着电压等级的提高,高、低压之间的绝缘距离也相应地提高。这时只能依靠增大磁路的办法来加强一、二次线圈的联系。因为测量误差与互感器的平均磁路长度成正比,在增长磁路的同时,测量误差也随之增大。传统的电磁式电流互感器二次侧输出的功率较大,一般达到几瓦,而且由于一、二次侧还有直接的电磁联系,二次侧对一次侧也有影响,这些因素都会影响电流互感器的测量准确度。在电力系统中使用的测量用电流互感器的准确度大多限于0.3级。在暂态故障电流情况下,非周期分量电流使铁心饱和也会影响到测量准确度。

    3. 设备安装、检修不方便,维护工作量大。由于电磁式电流互感器的体积庞大,重量较重,运输安装极为不便,在正常运行时需要绝缘支架支撑,相应地给维修带来了不方便。对于油浸式电流互感器还要定期对绝缘油进行化验、测介质损耗和解决渗漏油等问题。

    4. 存在潜在的危险。电磁式电流互感器的一、二次之间靠电磁变换原理实现能量传递,因此一、二次之间总是存在着电磁联系。如果二次侧线圈由于某种原因出现了开路,一次侧的大电流完全成为励磁电流,就会在二次线圈侧感应出高电压,危及人身、设备的安全。还存在突然性爆炸及绝缘击穿引起单相对地短路等系统的不稳定因素。

    5. 除此以外,传统的电磁式电流互感器还具有铁磁共振、磁滞效应等不利于测量的因素。

防止电磁式电流互感器饱和的措施

  • (一)限制短路电流

    在已建成中压系统中可在较高一级的电压等级中采取分列运行的方式以限制短路电流。分列运行后造成的供电可靠性的降低可通过备用电源自动投入等方式补救。在新建系统中短路电流过大可采取串联电抗器的做法来限制短路电流。

    (二)增大保护级TA的变比

    不能采用按负荷电流大小来确定保护级电流变比,必须用继电保护装置安装处可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力与饱和倍数来确定TA的变比。

    增大了保护级TA的变比后会给继电保护装置的运行带来一些负面影响,主要是不利于TA二次回路和继电保护装置的运行监视。例如:在10kV系统中,一台400 kVA的站用变压器(这个容量已相当大了),带60%负荷运行时的电流为13.8 A,按最大短路电流核算选取的保护级电流互感器变比为600/5,则折算到二次侧的负荷电流仅有0.115A。对于额定输入电流为5A的继电器来讲,这个电流实在太小了,若发生二次回路断线是难以监视和判断的。

    (三)减小电流互感器的二次负载

    1. 选用交流功耗小的继电保护装置

    一般的电磁型的电流差动继电器的交流电流功耗每回路可达8VA,而微机型继电器(如MDM-B1系列)的交流电流功耗每回路仅0.5VA,相差一个数量级,应选用交流功耗小的继电保护装置。

    2. 尽可能将继电保护装置就地安装

    TA的负载主要是二次电缆的阻抗,将继电保护装置就地安装,大大缩短了二次电缆长度,减小了互感器的负担,避免了饱和。另外,就地安装后,还简化了二次回路,提高了供电可靠性。就地安装方式对继电保护装置本身有更高的要求,特别是在恶劣气候环境下运行的能力和抗强电磁干扰的性能要好。

    的长度很短,现场的电磁干扰水平又比较高,仍以选用二次额定电流为5A的互感器为好。

    (四)采用杭饱和能力强的继电保护装置

    1. 采用对电流饱和不敏感的保护原理或保护判据

    例如,采用相位判别原理的继电器比采用幅值判别原理的继电器的抗TA饱和的性能要好,因为即使在严重饱和状态,正确地恢复电流的相位还是比较容易的;又如,采用负序过电流判据比采用正相过电流判据的抗饱和性能要好,因为饱和状态下剩余电流的负序分量相对于灵敏的负序电流整定值是足够大的。当然,负序电流保护存在着TA二次回路断线时容易误动作、三相对称故障时会拒动、不易整定配合的缺点,要增加附加判据来克服。

    2. 用对TA饱和不敏感的数字式保护装置

    如前所述,瞬时值判别比平均值判别或有效值判别的抗TA饱和的性能要好。对于带时限的保护,电流的非周期分量对继电器的动作正确性和准确性的影响不大,采用全电流判别比采用工频分量判别的抗TA饱和性能要好。

    3. 有效地利用电流不饱和段的信息

    TA在电流换向后的一段时间内不饱和,在短路开始的1/4周期内也不饱和,可以有效地加以利用。采用快速保护判据,在电流饱和前就正确地作出判断(例如高阻抗电流差动继电器)是一种典型的抗TA饱和做法。采用贮能电容或无源低通滤波器对饱和电流波形进行削峰填谷以缩小电流波形的间断角也是一种简单有效的办法。

电磁式电流互感器的研究进展

  • 鉴于电子式电流互感器的优点,从20世纪70年代起,大部分国家就已集中精力进行无源式电子电流互感器的研制工作,着名的公司有ABB、Trench等;近年来,各国也非常重视有源式电子电流互感器研究,特别是RITZ、ABB等公司。其中,Trench公司开发出了适用于中压开关设备的低功率电子互感器。其产品符合IEC60044-8电子电流互感器标准,能满足所有测量和保护的要求,无二次回路问题,采用金属外壳,运行时接地。此外,还具有体积小、重量轻、环保、高可靠性等特点。

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