電力測(cè)試設(shè)備中,互感器是其中比較常見(jiàn)的,大概可以分為電流互感器和電壓互感器。又稱為儀用變壓器,能將高電壓變成低電壓、大電流變成小電流,用于量測(cè)或保護(hù)系統(tǒng)。
互感器的功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓(100V)或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或1A,均指額定值),以便實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表、保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。
同時(shí)互感器還可用來(lái)隔開(kāi)高電壓系統(tǒng),以保證人身和設(shè)備的安全。
電流互感器的作用
在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬(wàn)安都有。
為便于二次儀表測(cè)量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流,另外線路上的電壓都比較高如直接測(cè)量是非常危險(xiǎn)的。
電流互感器就起到變流和電氣隔離的作用。
電流互感器的結(jié)構(gòu)
電流互感器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、殼體、接線端子等組成。
其工作原理與變壓器基本相同,一次繞組的匝數(shù)(N1)較少,直接串聯(lián)于電源線路中,一次負(fù)荷電流()通過(guò)一次繞組時(shí),產(chǎn)生的交變磁通感應(yīng)產(chǎn)生按比例減小的二次電流;
二次繞組的匝數(shù)(N2)較多,與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負(fù)荷(Z)串聯(lián)形成閉合回路,由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù);
I1N1=I2N2,電流互感器額定電流比電流互感器實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷阻抗很小,二次繞組接近于短路狀態(tài),相當(dāng)于一個(gè)短路運(yùn)行的變壓器。
為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,必須對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量。
但一般的測(cè)量和保護(hù)裝置不能直接接入一次高壓設(shè)備,而需要將一次系統(tǒng)的高電壓和大電流按比例變換成低電壓和小電流,供給測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置使用。
執(zhí)行這些變換任務(wù)的設(shè)備,常見(jiàn)的就是我們通常所說(shuō)的互感器.大電流試驗(yàn)裝置應(yīng)用于發(fā)電廠、變配電站、電器制造廠及科研院所等部門(mén);
屬于短時(shí)或斷續(xù)工作制,具有體積小、重量輕、使用維修方便等特點(diǎn)。
進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的是電壓互感器(voltagetransformer),而進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換的互感器為電流互感器(currenttransformer),簡(jiǎn)稱為CT。
下面將討論電流互感器的相關(guān)基本知識(shí)。
1.電流互感器的簡(jiǎn)單分類
根據(jù)用途電流互感器一般可分為保護(hù)用和計(jì)量用兩種。
兩者的區(qū)別在于計(jì)量用互感器的精度要相對(duì)較高,另外計(jì)量用互感器也更容易飽和,以防止發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)大的短路電流造成計(jì)量表計(jì)的損壞。
根據(jù)對(duì)暫態(tài)飽和問(wèn)題的不同處理方法,保護(hù)用電流互感器又可分為P類和TP類。
P(protection,保護(hù))類電流互感器不特殊考慮暫態(tài)飽和問(wèn)題,僅按通過(guò)互感器的大穩(wěn)態(tài)短路電流選用互感器,可以允許出現(xiàn)一定的穩(wěn)態(tài)飽和;
而對(duì)暫態(tài)飽和引起的誤差主要由保護(hù)裝置本身采取措施防止可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作行為(誤動(dòng)或拒動(dòng))。
TP(transientprotection,暫態(tài)保護(hù))類電流互感器要求在嚴(yán)重的暫態(tài)條件下不飽和,互感器誤差在規(guī)定范圍內(nèi),以保證保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。
對(duì)于其它類型的互感器,比如光互感器,電子式電流互感器等實(shí)際應(yīng)用還很少,因此這里不作介紹。
2.電流互感器的飽和
前面我們講到電流互感器的誤差主要是由勵(lì)磁電流Ie引起的。正常運(yùn)行時(shí)由于勵(lì)磁阻抗較大,因此Ie很小,以至于這種誤差是可以忽略的。
但當(dāng)CT飽和時(shí),飽和程度越嚴(yán)重,勵(lì)磁阻抗越小,勵(lì)磁電流極大的增大,使互感器的誤差成倍的增大,影響保護(hù)的正確動(dòng)作。
嚴(yán)重時(shí)會(huì)使一次電流全部變成勵(lì)磁電流,造成二次電流為零的情況。
引起互感器飽和的原因一般為電流過(guò)大或電流中含有大量的非周期分量,這兩種情況都是發(fā)生在事故情況下的;
這時(shí)本來(lái)要求保護(hù)正確動(dòng)作快速切除故障,但如果互感器飽和就很容易造成誤差過(guò)大引起保護(hù)的不正確動(dòng)作,進(jìn)一步影響系統(tǒng)安全。
因此對(duì)于電流互感器飽和的問(wèn)題我們必須認(rèn)真對(duì)待。
互感器的飽和問(wèn)題如果進(jìn)行詳細(xì)分析是非常復(fù)雜的,因此這里僅進(jìn)行定性分析。
所謂互感器的飽和,實(shí)際上講的是互感器鐵心的飽和。
我們知道互感器之所以能傳變電流,就是因?yàn)橐淮坞娏髟阼F芯中產(chǎn)生了磁通,進(jìn)而在纏繞在同一鐵芯中上的二次繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)U=4.44f*N*B*S×10-8。式中f為系統(tǒng)頻率,HZ;
N為二次繞組匝數(shù);S為鐵芯截面積,m2;B為鐵芯中的磁通密度。如果此時(shí)二次回路為通路,則將產(chǎn)生二次電流,完成電流在一二次繞組中的傳變。
而當(dāng)鐵芯中的磁通密度達(dá)到飽和點(diǎn)后,B隨勵(lì)磁電流或是磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化趨于不明顯。
也就是說(shuō)在N,S,f確定的情況下,二次感應(yīng)電勢(shì)將基本維持不變,因此二次電流也將基本不變,一二次電流按比例傳變的特性改變了。
我們知道互感器的飽和的實(shí)質(zhì)是鐵芯中的磁通密度B過(guò)大,超過(guò)了飽和點(diǎn)造成的。而鐵芯中磁通的多少?zèng)Q定于建立該磁通的電流的大小,也就是勵(lì)磁電流Ie的大小。
當(dāng)Ie過(guò)大引起磁通密度過(guò)大,將使鐵芯趨于飽和。而此時(shí)互感器的勵(lì)磁阻抗會(huì)顯著下降;
從而造成勵(lì)磁電流的再增大,于是又進(jìn)一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和,這其實(shí)是一個(gè)惡性循環(huán)的過(guò)程。
暫態(tài)飽和,是指發(fā)生在故障暫態(tài)過(guò)程中,由暫態(tài)分量引起的互感器飽和。
我們知道,任何故障發(fā)生時(shí),電氣量都不是突變的。
故障量的出現(xiàn)必然會(huì)伴隨著或多或少的非周期分量。而非周期分量,特別是故障電流中的直流分量是不能在互感器一二次間傳變的。
這些電流量將全部作為勵(lì)磁電流出現(xiàn)。因此當(dāng)事故發(fā)生時(shí)伴有較大的暫態(tài)分量時(shí),也會(huì)造成勵(lì)磁電流的增大,從而造成互感器飽和。
普通的電流互感器由:鐵芯,一次繞組,二次繞組,接線端子和絕緣支持物等組成、根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同又可分為干式,澆注式和油浸式三種。電流互感器(產(chǎn)品如下圖)是一種特殊的變壓器,是一種小容量降流變壓器,可以用來(lái)隔離高壓,保證操作人員的人生安全。
所以電流互感器在使用應(yīng)該注意哪些問(wèn)題呢?總結(jié)了6點(diǎn)及注意事項(xiàng):
(1)正確接線,注意極性。讓一次繞組電流從L1流入、L2流出,二次繞組電流從K1流出,經(jīng)電能表的電流回路流冋到K2。遵守“串聯(lián)原則”和“減極性原則”:一次繞組與被測(cè)電路串聯(lián),二次繞組和所有儀表的電流回路串聯(lián)。通常在互感器上都有接線標(biāo)志牌,它標(biāo)明了各端子的有關(guān)接線方法,要注意識(shí)別和遵守。
在電能表和互感器連接時(shí)還要注意同名端,同名端常以符號(hào)“·”或“*”或字母表示。電流互感器的P1與S1均為同名端,連接時(shí)同名端要對(duì)應(yīng),否則可能導(dǎo)致電能表倒計(jì)。
(2)運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)不允許開(kāi)路;如果需要校驗(yàn)或更換電流互感器二次回路中測(cè)量?jī)x表時(shí),應(yīng)使用短接導(dǎo)線或短接銅片將電流互感器二次接線端子短接。
注意:運(yùn)行中國(guó)電流互感器二次繞組開(kāi)路的后果:二次出現(xiàn)峰值高壓(可達(dá)數(shù)千伏),危機(jī)工作人員和測(cè)量設(shè)備的安全;互感器磁通密度增大,增加鐵芯損耗,損耗鐵芯和繞組,互感器出現(xiàn)過(guò)熱,損壞互感器絕緣并很可能燒壞互感器;鐵芯中產(chǎn)生剩磁嚴(yán)重,影響互感器的準(zhǔn)確度,使用計(jì)量誤差增加。
(3)運(yùn)行中的電流互感器二次側(cè)應(yīng)與鐵芯和外殼一同可靠接地,以防止一、二次繞阻之間絕緣擊穿危及人身和設(shè)備的安全。但是在電流互感器的二次冋路的一端與其一次回路的火線相連的接法(簡(jiǎn)稱二次帶電壓接法)時(shí)二次側(cè)不能接地;低壓電流互感器二次側(cè)可以不接地。
(4)二次實(shí)際負(fù)荷不要超過(guò)其額定二次負(fù)荷(伏安數(shù)或歐姆值);否則電流互感器的準(zhǔn)確度將降低,甚至?xí)?dǎo)致電流互感器過(guò)負(fù)荷燒壞。
注意:電流似乎感器的保護(hù)接地點(diǎn)只能有一點(diǎn)。
(5)電流互感器的額定電壓應(yīng)與所運(yùn)行的系統(tǒng)電壓相適應(yīng)。
(6)使用前應(yīng)進(jìn)行檢定。只有通過(guò)了檢定并合格的電流互感器,才能保證運(yùn)行時(shí)的安全性、準(zhǔn)確性、正確性。其試驗(yàn)的項(xiàng)目有:極性、接線組別、絕緣、誤差等。
另外,同一組的電流互感器一般采用制造廠家、型號(hào)、額定變比、準(zhǔn)確度等級(jí)、二次容量均相同的互感器。
溫馨提示:
(1)在電流互感器的二次回路中不允許安裝熔斷器。
(2)當(dāng)有幾種表計(jì)接用同一組電流互感器時(shí),其一般接線順序是:指示儀表,電能表,記錄儀表和發(fā)送儀表。