互感器又稱為儀用變壓器,是按比例變換電壓或電流的設(shè)備及電流互感器和電壓互感器的統(tǒng)稱。其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(或1A,均指額定值),以便實現(xiàn)測量儀表、保護(hù)設(shè)備及自動控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。同時互感器還可用來隔開高電壓系統(tǒng),以保證人身和設(shè)備的安全。
互感器工作原理:
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安都有。為便于二次儀表測量需要轉(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量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離的作用。顯示儀表大部分是指針式的電流電壓表,所以電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級的(如5等)。隨著時代發(fā)展,電量測量大多已經(jīng)達(dá)到數(shù)字化,而計算機(jī)的采樣的信號一般為毫安級(0-5V、4-20mA等)。微型電流互感器二次電流為毫安級,主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。微型電流互感器稱之為“儀用電流互感器”。(“儀用電流互感器”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器,一般用于擴(kuò)大儀表量程。)
電流互感器原理線路圖微型電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作,變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了。繞組N1接被測電流,稱為一次繞組(或原邊繞組、初級繞組);繞組N2接測量儀表,稱為二次繞組(或副邊繞組、次級繞組)。
微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比,叫實際電流比K。微型電流互感器在額定工作電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比,用Kn表示。Kn=I1n/I2n。
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在電壓選型的時候需要依據(jù)一次接線方式(包括Y型連接和V型連接)、一次電壓的用電等級、二次線路對容量的要求以及對變換精度的要求來作出選擇選擇。
主要裝配于不同的開關(guān)設(shè)備當(dāng)中,電流互感器的型號不同,電流互感器在結(jié)構(gòu)上往往也產(chǎn)生較大差異(包括銅排搭接形式、鐵心、外形等及動熱穩(wěn)定的耐受能力)。
例如中置式手車柜配備的電流互感器多為LZZBJ9或AS12等型號,然而配備固定柜的型號會有很多。
同一型號與規(guī)格的不相同之處也會有很多。
一般主要由于變比不同、二次線圈的容量、保護(hù)線圈以及計量線圈精度的不同會出現(xiàn)多種組合。
在選擇電流互感器的變比時,應(yīng)該首先得到實際負(fù)載額定電流,這種電流量好處于電流互感器測量范圍的65%-85%處。
例如:額定電流為70A,就應(yīng)該選擇100/5變比的電壓互感器。
電流互感器變比100/5(100/5的意思是一次電流100A時,產(chǎn)生的二次輸出電流為5A;
這個數(shù)值描述的是變比數(shù)值、額定測量數(shù)值和額定輸出值。電流互感器和電流表的變比是必須選用的。)
表示在100*120%的電流范圍內(nèi),測量的精度可以滿足電流互感器銘牌上所標(biāo)識的測量精度,例如:0.2級(測量精度誤差為0.2%),0.5級(測量精度誤差為0.5%)。
如果超過該電流的測量結(jié)果就可能與實際電流產(chǎn)生較大誤差。
如果過高的電流進(jìn)入鐵心的飽和區(qū),測量的數(shù)據(jù)就沒有意義了。
1)電流互感器的接線應(yīng)遵守串聯(lián)原則:
即一次繞阻應(yīng)與被測電路串聯(lián),而二次繞阻則與所有儀表負(fù)載串聯(lián);
2)按被測電流大小,選擇合適的變化,否則誤差將增大。
同時,二次側(cè)一端必須接地,以防絕緣一旦損壞時,一次側(cè)高壓竄入二次低壓側(cè),造成人身和設(shè)備事故;
3)二次側(cè)絕對不允許開路
4)為了滿足測量儀表、繼電保護(hù)、失靈判斷和故障錄波等裝置的需要;
在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段斷路器、母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)具有2~8個二次繞阻的電流互感器。
對于大電流接地系統(tǒng),一般按三相配置;對于小電流接地系統(tǒng),依具體要求按二相或三相配置。
為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,必須對電力設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和測量。
但一般的測量和保護(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,供給測量儀表和保護(hù)裝置使用。
執(zhí)行這些變換任務(wù)的設(shè)備,常見的就是我們通常所說的互感器.大電流試驗裝置應(yīng)用于發(fā)電廠、變配電站、電器制造廠及科研院所等部門;
屬于短時或斷續(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),簡稱為CT。
下面將討論電流互感器的相關(guān)基本知識。
1.電流互感器的簡單分類
根據(jù)用途電流互感器一般可分為保護(hù)用和計量用兩種。
兩者的區(qū)別在于計量用互感器的精度要相對較高,另外計量用互感器也更容易飽和,以防止發(fā)生系統(tǒng)故障時大的短路電流造成計量表計的損壞。
根據(jù)對暫態(tài)飽和問題的不同處理方法,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)飽和問題,僅按通過互感器的大穩(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)的錯誤動作行為(誤動或拒動)。
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)裝置的正確動作。
對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磁電流Ie引起的。正常運(yùn)行時由于勵磁阻抗較大,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,飽和程度越嚴(yán)重,勵磁阻抗越小,勵磁電流極大的增大,使互感器的誤差成倍的增大,影響保護(hù)的正確動作。
嚴(yán)重時會使一次電流全部變成勵磁電流,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;
這時本來要求保護(hù)正確動作快速切除故障,但如果互感器飽和就很容易造成誤差過大引起保護(hù)的不正確動作,進(jìn)一步影響系統(tǒng)安全。
因此對于電流互感器飽和的問題我們必須認(rèn)真對待。
互感器的飽和問題如果進(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,就是因為一次電流在鐵芯中產(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)生電動勢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隨勵磁電流或是磁場強(qiáng)度的變化趨于不明顯。
也就是說在N,S,f確定的情況下,二次感應(yīng)電勢將基本維持不變,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質(zhì)是鐵芯中的磁通密度B過大,超過了飽和點(diǎn)造成的。而鐵芯中磁通的多少決定于建立該磁通的電流的大小,也就是勵磁電流Ie的大小。
當(dāng)Ie過大引起磁通密度過大,將使鐵芯趨于飽和。而此時互感器的勵磁阻抗會顯著下降;
從而造成勵磁電流的再增大,于是又進(jìn)一步加劇了磁通的增加和鐵芯的飽和,這其實是一個惡性循環(huán)的過程。
暫態(tài)飽和,是指發(fā)生在故障暫態(tài)過程中,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,電氣量都不是突變的。
故障量的出現(xiàn)必然會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磁電流出現(xiàn)。因此當(dāng)事故發(fā)生時伴有較大的暫態(tài)分量時,也會造成勵磁電流的增大,從而造成互感器飽和。