互感器又称为仪用变压器,是按比例变换电压或电流的设备及电流互感器和电压互感器的统称。
其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或1A,均指额定值),以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。
同时互感器还可用来隔开高电压系统,以保证人身和设备的安全。
电流互感器的主要所用是用来将交流电路中的大电流转换为一定比例的小电流(我国标准为5安倍),以供测量和继电保护只之用。大家应该知道在发电、变电、输电、配电过程中由于用电设备的不同,电流往往从几十安到几万安都有,而且这些电路还可能伴随高压。
互感器的工作原理:
在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流,另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。
电流互感器就起到变流和电气隔离的作用。显示仪表大部分是指针式的电流电压表,所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的(如5等)。
随着时代发展,电量测量大多已经达到数字化,而计算机的采样的信号一般为毫安级(0-5V、4-20mA等)。
微型电流互感器二次电流为毫安级,主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器称之为“仪用电流互感器”。(“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器,一般用于扩大仪表量程。)
电流互感器原理线路图微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。
绕组N1接被测电流,称为一次绕组(或原边绕组、初级绕组);绕组N2接测量仪表,称为二次绕组(或副边绕组、次级绕组)。
微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比,叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比,用Kn表示。Kn=I1n/I2n。
通过对电力自动化企业的了解,我们对互感器在使用过程出故障概率较高问题进行分析,并介绍针对性的预防和解决方案。
一、有源类电流互感器、电压互感器易开路损坏问题分析与解决方案
1.原因分析:
有源电流互感器、电压互感器在体积缩小的同时,也带来了如下生产过程中的问题:
a.漆包线采用较细的规格(一般为0.08mm),较细的漆包线经焊接后,抗拉强度低,易断。
b.对环绕机要求提高,因磁芯较小,通常环绕机不能加工,需要特殊设备,有的厂家采用手工绕线方式,由于手汗,中间接头等原因,极易造成事故隐患。
c.虚焊点较难检验。
2.预防与解决方案
a.选择美国或德国的环绕机,不采用手工绕线方式生产。
b.采用可靠的焊接方式,即保证不出虚焊点,又能保证焊接后漆包线抗拉强度不降低。
c.通过特殊的热老化方式剔除不可靠产品。
通过我公司的上述预防与解决方案的实施。我公司实现了有源电流互感器、电压互感器三年未发生质量事故。
二、有源电流互感器、电压互感器直接接电阻采样时精确等级下降原因与解决方案。
1.原因分析
有源电流互感器、电压互感器因体积较小,磁芯截面积很小,输出能力较低,直接接电阻采样时精确等级会明显下降,而且最大输出电压也较低。
2.解决方案
有源电流互感器、电压互感器直接接电阻采样时,采样电阻尽量选小阻值电阻,一般不大于400Ω。接不同阻值电阻时精度差异
三、无源电压互感器工作时发热损坏问题分析与预防和解决方案。
1.原因分析
无源电压互感器在绕线加工过程中,会造成漆包线针孔数量增加,使线卷匝间短路或存在匝间短路隐患,在无源电压互感器工作时,线卷会产生磁振动,造成匝间短路。无源电压互感器出现匝间短路现象时,原边工作电流会急剧增加,电压互感器会迅速发热,烧坏电压互感器。
2.预防与解决方案
a.在无源电压互感器生产过程中,电压互感器线卷浸漆充分能很好减弱线卷磁振动,使匝间短路机率大大降低。
b.以无源电压互感器进行电热老化二分关键,它能有效地剔除无源电压互感器前。
四、提高保护电流互感器抗直流分量能力解决方案
由于故障电流直流分量的存在,会使保护电流互感器迅速饱和,采样值随之迅速降低,使保护装置出现误动作。
多数磁性材料由于饱和磁感应强度和剩磁因素的影响,较小的直流成份便会使互感器饱和。
选择高饱和磁感应强度和低剩磁的磁性材料是提高保护电流互感器抗直流能力的关键。
硅钢磁芯虽然有较高的饱和磁感应强度,但其剩磁较高,所以用其制作的保护电流互感器并不理想。
通过增加硅钢的截面积能提高抗直流能力,但提高不多,且会受到体积因素限制。
硅钢开气隙能大大提高抗直流能力,但由其制作的保护电流互感器相位差很大(一般在10°以上),且相位差随温度变化而变化。
电流检定项目一般包括外观检查、绝缘电阻测量、工频耐压试验、退磁、绕组极性检查、基本误差测量、稳定性试验等项目。对于额定频率50Hz(或60Hz)的测量用一般需要进行上述项目的检验,下面本文将根据电流互感器的检定规程对这几个项目的操作及要求进行介绍。
一、电流互感器外观检查
必须对被检电流进行全面检查,当被检电流传感器存在以下缺陷,必须修复后再检定:
1) 无铭牌或缺少必要的标志;
2) 接线端子缺少、损坏或无标志;
3) 有多个电流比的互感器没有标示出相应接线方式;
4) 绝缘表面破损或受潮;
5) 内部结构件松动;
6) 其他严重影响检定工作进行的缺陷。
二、电流互感器绝缘电阻测量
用500V测量各绕组之间和各绕组对地的绝缘电阻,互感器一次绕组对二次绕组及接地端子之间的绝缘电阻不得小于40MΩ,二次绕组对地端子之间的绝缘电阻均不得小于20MΩ;额定电压3000V及以上的电流互感器使用2500V兆欧表测量一次绕组与二次绕组之间以及一次绕组对地的绝缘电阻,应不小于500MΩ。
三、被测基本参数
互感器一次绕组对二次绕组及接地端子之间的工频试验电压参见下表1所示施加电压进行测试,试验过程中如果没有发生绝缘损坏或放电闪络,则认为通过试验。
对于一次绕组为分段式,以便通过串、并联得到多种电流比的互感器,其各个独立线圈之间的绝缘应能承受2000V的工频电压。
互感器二次绕组对地端子之间的工频试验电压(有效值)为2000V。
工频耐压试验时间一般为1min,当互感器的绝缘主要是固体有机材料构成时,耐压试验时间应为5min。
四、电流互感器退磁试验
实施开路法退磁时,在一次(或二次)绕组中选择其匝数较少的一个绕组通以10%~15%的额定一次(或二次)电流,在其他绕组均开路的情况下,平稳、缓慢地将电流降至零。退磁过程中应监视接于匝数较多绕组两端的峰值电压表,当指示值达到2600V时,应在此电流值下退磁。
实施闭路法退磁时,在二次绕组上接一个相当于额定负荷10~20倍的电阻(考虑足够容量),对一次绕组通以工频电流,由零增至1.2倍的额定电流,然后均匀缓慢地降至零。
如果电流互感器的铁心绕有两个或两个以上二次绕组,则退磁时其中一个二次绕组接退磁电阻,其余的二次绕组开路。
五、电流互感器绕组极性检查
测量用电流互感器的绕组极性规定为减极性。当一次电流从一次绕组的极性端流入时,二次电流从二次绕组的极性端流出。
采用装有极性指示器的误差测量装置按正常接线进行绕组的极性检查。使用没有极性指示器的误差测量装置检查极性时,应在工作电流不大于5%时进行,如果测得的误差超过校验仪测量范围,则极性异常。
六、电流互感器误差测量
进行误差测量时,按照被检电流互感器的准确度级别和检定规程要求选择合适的标准器及测量设备。
检定线路的接线均应符合以下规定:
1) 标准互感器一次绕组的极性端和被检互感器一次绕组的极性端连接,标准互感器二次绕组的极性端和被检互感器二次绕组的极性端对接;
2) 电流互感器二次极性端与误差测量装置的差流回路极性端连接,二次测量回路接地端与差流回路非极性端连接,差流回路两端电位应尽量相等并等于地电位。
为了避免被测电流从一次极性端泄露,一次极性端应尽量接近地电位。检定额定一次电流大于或等于5A的电流量程时,一次回路可在被检电流互感器的非极性端接地;检定额定一次电流小于5A,准确度高于0.05级的电流量程时,一次回路应通以对称支路间接接地;有一次补偿绕组的标准器或被检电流互感器,应通过该绕组接地。
七、电流互感器稳定性试验
将后续检定和使用中检验的检定结果,与上个周期的检定结果进行比较,互感器误差值的偏差不应大于误差限值的1/2。