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          電流互感器

          時間:2021-10-12 09:00:22 點擊次數:

          電流互感器 

            是依據電磁感應原理將一次側大電流轉換成二次側小電流來測量的儀器。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側繞組匝數很少,串在需要測量的電流的線路中。

          因此它經常有線路的全部電流流過,二次側繞組匝數比較多,串接在測量儀表和保護回路中,電流互感器在工作時,它的二次側回路始終是閉合的,因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小,電流互感器的工作狀態接近短路。電流互感器是把一次側大電流轉換成二次側小電流來測量 ,二次側不可開路。詞條介紹了其工作原理、參數說明、分類、使用介紹等。


          基本概念

            電流互感器原理   是依據電磁感應原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數很少,串在需要測量的電流的線路中,因此它經常有線路的全部電流流過,二次繞組匝數比較多,串接在測量儀表和保護回路中,電流互感器在工作時,它的二次回路始終是閉合的,因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小,電流互感器的工作狀態接近短路。


          工作原理

          在發電、變電、輸電、配電和用電的線路中電流大小懸殊,從幾安到幾萬安都有。為便于測量、保護和控制需要轉換為比較統一的電流,另外線路上的電壓一般都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到電流變換和電氣隔離作用。

          對于指針式的電流表,電流互感器的二次電流大多數是安培級的(如5A等)。對于數字化儀表,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。

          微型電流互感器也有人稱之為“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,一般用于擴大儀表量程。)

          電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作,變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。電流互感器接被測電流的繞組(匝數為N1),稱為一次繞組(或原邊繞組、初級繞組);接測量儀表的繞組(匝數為N2)稱為二次繞組(或副邊繞組、次級繞組)。

          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。電流互感器在額定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

          電流互感器(Current transformer 簡稱CT)的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流,用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器,可以把實際為400A的電流轉變為5A的電流


          參數說明

          一、電流互感器型號 [3]  :

          第一字母:L—電流互感器

          第二字母:A—穿墻式;Z—支柱式;M—母線式;D—單匝貫穿式;V—結構倒置式;J—零序

          接地檢測用;W—抗污穢;R—繞組裸露式

          第三字母:Z—環氧樹脂澆注式;C—瓷絕緣;Q—氣體絕緣介質;W—與微機保護專用

          第四字母:B—帶保護級;C—差動保護;D—D級;Q—加強型;J—加強型ZG

          第五數字:電壓等級 產品序號

          二、 主要技術要求

          2.1 額定容量:額定二次電流通過二次額定負荷時所消耗的視在功率。額定容量可以用視在功率V.A表示,也可以用二次額定負荷阻抗Ω表示。

          2.2 一次額定電流:允許通過電流互感器一次繞組的用電負荷電流。用于電力系統的電流互感器一次額定電流為5~25000A,用于試驗設備的精密電流互感器為 0.1~50000A。電流互感器可在一次額定電流下長期運行,負荷電流超過額定電流值時叫做過負荷,電流互感器長期過負荷運行,會燒壞繞組或減少使用壽命。

          2.3 二次額定電流:允許通過電流互感器二次繞組的一次感應電流。

          2.4 額定電流比(變比):一次額定電流與二次額定電流之比。

          2.5 額定電壓:一次繞組長期對地能夠承受的最大電壓(有效值以kV為單位),應不低于所接線路的額定相電壓。電流互感器的額定電壓分為0.5,3,6,10,35,110,220,330,500kV等幾種電壓等級。

          2.6 10%倍數:在指定的二次負荷和任意功率因數下,電流互感器的電流誤差為-10%時,一次電流對其額定值的倍數。10%倍數是與繼電保護有關的技術指標。

          2.7 準確度等級:表示互感器本身誤差(比差和角差)的等級。電流互感器的準確度等級分為0.001~1多種級別,與原來相比準確度提高很大。用于發電廠、變電站、用電單位配電控制盤上的電氣儀表一般采用0.5級或0.2級;用于設備、線路的繼電保護一般不低于1級;用于電能計量時,視被測負荷容量或用電量多少依據規程要求來選擇(見第一講)。

          2.8 比差:互感器的誤差包括比差和角差兩部分。比值誤差簡稱比差,一般用符號f表示,它等于實際的二次電流與折算到二次側的一次電流的差值,與折算到二次側的一次電流的比值,以百分數表示。

          2.9 角差:相角誤差簡稱角差,一般用符號δ表示,它是旋轉180°后的二次電流向量與一次電流向量之間的相位差。規定二次電流向量超前于一次電流向量δ為正值,反之為負值,用分(’)為計算單位。

          2.10 熱穩定及動穩定倍數:電力系統故障時,電流互感器受到由于短路電流引起的巨大電流的熱效應和電動力作用,電流互感器應該有能夠承受而不致受到破壞的能力,這種承受的能力用熱穩定和動穩定倍數表示。熱穩定倍數是指熱穩定電流1s內不致使電流互感器的發熱超過允許限度的電流與電流互感器的額定電流之比。動穩定倍數是電流互感器所能承受的最大電流瞬時值與其額定電流之比。

          類型區分


          按用途分類

          按照用途不同,電流互感器大致可分為兩類 

          測量用電流互感器(或電流互感器的測量繞組):在正常工作電流范圍內,向測量、計量等裝置提供電網的電流信息。

          保護用電流互感器(或電流互感器的保護繞組):在電網故障狀態下,向繼電保護等裝置提供電網故障電流信息。

          1、測量用電流互感器

          在測量交變電流的大電流時,為便于二次儀表測量需要轉換為比較統一的電流(中國規定電流互感器的二次額定為5A或1A),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作用。它是電力系統中測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器,電流互感器將高電流按比例轉換成低電流,電流互感器一次側接在一次系統,二次側接測量儀表、繼電保護等。

          正常工作時互感器二次側處于近似短路狀態,輸出電壓很低。在運行中如果二次繞組開路或一次繞組流過異常電流(如雷電流、諧振過電流、電容充電電流、電感啟動電流等),都會在二次側產生數千伏甚至上萬伏的過電壓。這不僅給二次系統絕緣造成危害,還會使互感器過激而燒損,甚至危及運行人員的生命安全。

          電流互感器

          電流互感器

          1次側只有1到幾匝,導線截面積大,串入被測電路。2次側匝數多,導線細,與阻抗較小的儀表(電流表/功率表的電流線圈)構成閉路。

          電流互感器的運行情況相當于2次側短路的變壓器,忽略勵磁電流,安匝數相等I1N1=I2N2

          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I1/I2=N2/N1=k。

          勵磁電流是誤差的主要根源。

          測量用電流互感器的精度等級0.2/0.5/1/3,1表示變比誤差不超過±1%,另外還有0.2S和0.5S級。

          2、保護用電流互感器

          保護用電流互感器分為:1.過負荷保護電流互感器,2.差動保護電流互感器,3.接地保護電流互感器(零序電流互感器)

          保護用電流互感器主要與繼電裝置配合,在線路發生短路過載等故障時,向繼電裝置提供信號切斷故障電

          保護用電流互感器

          保護用電流互感器

          路,以保護供電系統的安全。保護用電流互感器的工作條件與測量用電流互感器完全不同,保護用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時才開始有效的工作。保護用互感器主要要求:1.絕緣可靠,2.足夠大的準確限值系數,3.足夠的熱穩定性和動穩定性。

          保護用互感器在額定負荷下能夠滿足準確級的要求最大一次電流叫額定準確限值一次電流。準確限值系數就是額定準確限值一次電流與額定一次電流比。當一次電流足夠大時鐵芯就會飽和起不到反映一次電流的作用,準確限值系數就是表示這種特性。保護用互感器準確等級5P、10P,表示在額定準確限值一次電流時的允許電流誤差為1%、3%,其復合誤差分別為5%、10%

          線路發生故障時的沖擊電流產生熱和電磁力,保護用電流互感器必須承受。二次繞組短路情況下,電流互感器在一秒內能承受而無損傷的一次電流有效值,稱額定短時熱電流。二次繞組短路情況下,電流互感器能承受而無損傷的一次電流峰值,稱額定動穩定電流。

          保護用電流互感器的精度等級5P/10P ,10P標示復合誤差不超過10%。

          按絕緣介質分類

          1、干式電流互感器 [4]  :由普通絕緣材料經浸漆處理作為絕緣。

          2、澆注式電流互感器:用環氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注成型的電流互感器。

          3、油浸式電流互感器:由絕緣紙和絕緣油作為絕緣,一般為戶外型。

          4、氣體絕緣電流互感器:主絕緣由氣體構成。

          按安裝方式分類

          1、貫穿式電流互感器 [5]  :用來穿過屏板或墻壁的電流互感器。

          2、支柱式電流互感器:安裝在平面或支柱上,兼做一次電路導體支柱用的電流互感器。

          3、套管式電流互感器:沒有一次導體和一次絕緣,直接套裝在絕緣的套管上的一種電流互感器。

          4:母線式電流互感器:沒有一次導體但有一次絕緣,直接套裝在母線上使用的一種電流互感器。

          按原理分類

          1、電磁式電流互感器:根據電磁感應原理實現電流變換的電流互感器。

          2、電子式電流互感器 

          (1)光學電流互感器是指采用光學器件作被測電流傳感器,光學器件由光學玻璃、全光纖等構成。

          (2)空心線圈電流互感器。又稱為Rogowski線圈式電流互感器??招木€圈往往由漆包線均勻繞制在環形骨架上制成,骨架采用塑料、陶瓷等非鐵磁材料,其相對磁導率與空氣的相對磁導率相同,這是空心線圈有別于帶鐵心的電流互感器的一個顯著特征。

          (3)鐵心線圈式低功率電流互感器(LPCT)。它是傳統電磁式電流互感器的一種發展。其按照高阻抗電阻設計,在非常高的一次電流下,飽和特性得到改善,擴大了測量范圍,降低了功率消耗,可以無飽和的高準確度測量高達短路電流的過電流、全偏移短路電流,測量和保護可共用一個鐵心線圈式低功率電流互感器,其輸出為電壓信號。

          兩者的使用發展方向

          由于電磁式電流互感器存在的易飽和、非線性及頻帶窄等問題,電子式電流互感器逐漸興起。電子式電流互感器一般具有抗磁飽和、低功耗、寬頻帶等優點。

          SP系列電子式電流互感器

          SP系列電子式電流互感器

          國內具有代表性的電子式互感器有AnyWay變頻電壓傳感器、AnyWay變頻電流傳感器和AnyWay變頻功率傳感器,其中,AnyWay變頻功率傳感器屬于電壓、電流組合式互感器。

          該互感器的主要特點如下:

          1、采用前端數字化技術,光纖傳輸,電磁兼容性好。

          2、幅頻特性和相頻特性好,在寬幅值、頻率、相位范圍內均可獲得較高的測量精度。

          3、屬于數字式傳感器,二次儀表不會引入誤差,傳感器誤差就是系統誤差。


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