电流互感器.doc
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1、电流互感器1、原理 一次电流I流过一次绕组,建立一次磁动势 (N1I1),亦被称为一次安匝,其中N1为一次绕组的匝数;一次磁动势分为两部分,其中小一部分用于励磁,在铁心中产生磁通,另一部分用来平衡二次磁动势(N2I2),亦被称为二次安匝,其中N2为二次绕组的匝数。励磁电流设为I0,励磁磁动势(N1I0),亦被称为励磁安匝。平衡二次磁动势的这部分一次磁动势,其大小与二次磁动势相等,但方向相反。磁势平衡方程式如下:在理想情况下,励磁电流为零,即互感器不消耗能量,则有 若用额定值表示,则其中,为一次、二次绕组额定电流。额定一次、二次电流之比为电流互感器额定电流比, P1 P2 ZB 电流互感器工作原
2、理 F0 j E2 a d 电流互感器的等值电路如下图所示: Z1 Z2 ZM ZB 根据电工原理,励磁电流在铁心中建立主磁通,它穿过一次、二次绕组的全部线匝。由于互感器铁心有磁滞和涡流损耗,励磁电流的一部分供给这些损耗,称为有功部分,另一部分用于励磁,称为无功部分。所以励磁电流与主磁通相差j角,这个角称为铁损角。主磁通在二次绕组中感应出电动势,相位相差90(滞后);则:式中Z2-二次绕组的内阻抗,Z2= R2 +2ZB二次负荷,ZBR +二次电流的相位滞后于二次感应电动势a角。 一次电流是()和之和,一次电流与()相差d角。可见由于励磁电流的存在,一、二次电流在变换的大小和相位上都存在差别,
3、这就是互感器的误差。特别要注意,电流互感器在运行中不允许开路,如果二次开路,二次电流为零,一次安匝全部用于励磁,铁心高度饱和,励磁磁通由正弦波变为平顶波,二次感应电动势变为峰值很高的尖顶波,对人身和设备将造成危害。二、电流互感器的分类1、分类分类 说明按用途分保护用(用于机电保护和自动控制装置的电流互感器)测量用(测量电流和电能的电流互感器)按安装种类分户内式(一般额定电压不高于35kV)户外式(一般额定电压高于35kV)按绝缘介质分 油绝缘(即油浸式电流互感器,电压可高达500 kV)浇注绝缘(以环氧树脂浇注成型,多在35 kV以下使用)一般干式绝缘(由普通绝缘材料包扎,经浸渍漆处理的,有塑
4、料外壳和无塑料外壳的电流互感器,多数为低压电流互感器)瓷绝缘(多数已被浇注绝缘取代)气体绝缘(如SF6 气体作为绝缘的,多用于高压和超高压)按结构形式分贯穿式:单匝、多匝贯穿式支柱式母线式:用于大电流场合,一次绕组只有一匝。套管式:安装在变压器或断路器套管的中间法兰处,主绝缘是套管,一次绕组是导电杆,一次绕组只有一匝正立式:二次绕组在下部,国内高压油浸式电流互感器常用结构。详见“白”P57倒立式:二次绕组在上部,一次绕组较短,瓷套较细,多用于SF6 气体作为绝缘。 2、电流互感器型号组成特殊使用环境代号 电压等级 设计序号 产品型号字母 下表为部分电流互感器型号代表字母表 电流互感器型号代表字
5、母及涵义 分类涵义代表字母分类用途涵义代表字母用途电流互感器L绕组外绝缘介质变压器油空气(干式)气式瓷式浇注成型固体绝缘“壳”-GQCZK结构形式套管式(装入式)支柱式线圈式贯穿式(复匝)贯穿式(单匝)母线型开合式倒立式链型RZQFDMKVA结构特征及用途带保护级带保护级(暂“态”误差)BBT油保护方式带金属膨胀器不带金属膨胀器-N特殊使用环境代号主要有以下几种:GY-高原地区使用;W-污秽地区使用(W1 、W2 、W3对应污秽等级为、);TA-干热带地区使用;TH-湿热带地区使用。三、电流互感器的电气特性1、术语A、额定电流:电流互感器的误差性能、发热性能和过流性能都是以额定电流为基数作出的
6、相应规定的。对一、二次绕组而言,就是额定一、二次电流。电力系统额定二次电流一般为1A、5A。B、额定电流比:额定一、二次电流之比 KN=C、额定二次负荷;确定互感器的准确级所依据的二次负荷。通常以视在功率VA表示。 SN= 2、电流互感器的误差特性21误差的定义A、电流误差GB1208-87对电流误差的定义是从电流互感器的原理知道,由于励磁电流的存在,二次电流乘以额定电流比总是小于实际一次电流,所以电流互感器的误差总是负值,只有采取了补偿以后,才可能出现正值电流误差。B、相位误差GB1208-87对相位误差的定义是:电流互感器的一次、二次电流相量的相位之差。从电流互感器相量图中可以看出,相位差
7、是二次电流反转180后与一次电流的相角之差。二次电流相量反转180后超前于一次电流相量时,相位差为正值,通常以“分”或“厘弧度”表示。1弧度(rad)=100厘弧度(crad)=3438分特别注意相位差的定义只是在电流为正弦波形时是正确的。C、复合误差当电流互感器通过很大电流时,铁心的磁通密度很高,励磁电流的波形畸变,二次电流也不再是正弦波,这时需要引入复合误差的概念。GB1208-87对复合误差的定义是:在稳态时下列两个值之差的有效值为复合误差1) 一次电流瞬时值2) 二次电流瞬时值与额定电流比的乘积。复合误差以下式计算:D、仪表保安系数仪表保安系数是针对测量用电流互感器的。仪表保安系数是额
8、定仪表保安电流与额定一次电流之比。额定仪表保安电流是二次负荷为额定负荷时复合电流小于10%的最小一次电流值。保护用和测量用电流互感器对复合误差的要求不同,保护用电流互感器在过流时要求复合误差误差要小,便于保护检测,而测量用电流互感器在过流时要求复合误差误差要大,便于保护二次仪表、电能表。2、2保护用电流互感器误差(详见“白”P5558)GB1208-87对保护用电流互感器的误差要求如下:机电保护用电流互感器的误差极限准确级比值误差(%,额定一次电流时)角误差(额定一次电流时)复合误差(%,额定准确极限一次电流时)()crad5P1601.8510P3-10随着高压、超高压和特高压电网的发展和电
9、网传输容量加大,普通保护用电流互感器已经不能满足要求;提出保证暂态误差的电流互感器的概念。“暂态保护”类电流互感器的铁心要求、误差极限要求如下表:类别铁心要求额定一次电流准确极限时误差比值误差(%)角误差()角误差crad暂态误差(%)TPS低漏磁型互感器,闭合铁心,铁心剩磁未作规定。0.25-TPX闭合铁心,铁心剩磁未作规定。0.25300.910TPY剩磁不超过饱和磁通10%的互感器,小气隙环型铁心。1601.810TPZ无剩磁互感器,大气隙环型铁心。11804.7-5.8102、3电流互感器的误差影响因素根据误差定义和相量图,误差计算公式如下:比值差:相位差:转换成互感器的参数和负荷的关
10、系上,则变为下面的公式:式中I2-二次电流Z2 -二次绕组内阻抗(W)ZB-二次负荷阻抗 N2 -二次绕组匝数L-平均磁路长度(cm)S-铁心截面积(cm2)m-铁心材料的磁导率(H/cm)I1 N1-一次绕组安匝(A)电流互感器的误差影响因素主要有以下六项:A、电流对误差的影响B、绕组的匝数对误差的影响C、平均磁路长度对误差的影响D、铁心截面积对误差的影响E、铁心材料对误差的影响F、二次负荷对误差的影响231电流对误差的影响 当电流增大时,铁心的磁密按比例增大,这是铁心的磁导率和损耗角也随着增大,根据误差计算公式看出分母增加,电流互感器误差随着减小。但Sin(j+a)增大,cos(j+a)减
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