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(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。
互感器工作原理:
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。
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在电压选型的时候需要依据一次接线方式(包括Y型连接和V型连接)、一次电压的用电等级、二次线路对容量的要求以及对变换精度的要求来作出选择选择。
主要装配于不同的开关设备当中,电流互感器的型号不同,电流互感器在结构上往往也产生较大差异(包括铜排搭接形式、铁心、外形等及动热稳定的耐受能力)。
例如中置式手车柜配备的电流互感器多为LZZBJ9或AS12等型号,然而配备固定柜的型号会有很多。
同一型号与规格的不相同之处也会有很多。
一般主要由于变比不同、二次线圈的容量、保护线圈以及计量线圈精度的不同会出现多种组合。
在选择电流互感器的变比时,应该首先得到实际负载额定电流,这种电流量好处于电流互感器测量范围的65%-85%处。
例如:额定电流为70A,就应该选择100/5变比的电压互感器。
电流互感器变比100/5(100/5的意思是一次电流100A时,产生的二次输出电流为5A;
这个数值描述的是变比数值、额定测量数值和额定输出值。电流互感器和电流表的变比是必须选用的。)
表示在100*120%的电流范围内,测量的精度可以满足电流互感器铭牌上所标识的测量精度,例如:0.2级(测量精度误差为0.2%),0.5级(测量精度误差为0.5%)。
如果超过该电流的测量结果就可能与实际电流产生较大误差。
如果过高的电流进入铁心的饱和区,测量的数据就没有意义了。
1)电流互感器的接线应遵守串联原则:
即一次绕阻应与被测电路串联,而二次绕阻则与所有仪表负载串联;
2)按被测电流大小,选择合适的变化,否则误差将增大。
同时,二次侧一端必须接地,以防绝缘一旦损坏时,一次侧高压窜入二次低压侧,造成人身和设备事故;
3)二次侧绝对不允许开路
4)为了满足测量仪表、继电保护、失灵判断和故障录波等装置的需要;
在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均设具有2~8个二次绕阻的电流互感器。
对于大电流接地系统,一般按三相配置;对于小电流接地系统,依具体要求按二相或三相配置。
为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。
但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备,而需要将一次系统的高电压和大电流按比例变换成低电压和小电流,供给测量仪表和保护装置使用。
执行这些变换任务的设备,常见的就是我们通常所说的互感器.大电流试验装置应用于发电厂、变配电站、电器制造厂及科研院所等部门;
属于短时或断续工作制,具有体积小、重量轻、使用维修方便等特点。
进行电压转换的是电压互感器(voltagetransformer),而进行电流转换的互感器为电流互感器(currenttransformer),简称为CT。
下面将讨论电流互感器的相关基本知识。
1.电流互感器的简单分类
根据用途电流互感器一般可分为保护用和计量用两种。
两者的区别在于计量用互感器的精度要相对较高,另外计量用互感器也更容易饱和,以防止发生系统故障时大的短路电流造成计量表计的损坏。
根据对暂态饱和问题的不同处理方法,保护用电流互感器又可分为P类和TP类。
P(protection,保护)类电流互感器不特殊考虑暂态饱和问题,仅按通过互感器的大稳态短路电流选用互感器,可以允许出现一定的稳态饱和;
而对暂态饱和引起的误差主要由保护装置本身采取措施防止可能出现的错误动作行为(误动或拒动)。
TP(transientprotection,暂态保护)类电流互感器要求在严重的暂态条件下不饱和,互感器误差在规定范围内,以保证保护装置的正确动作。
对于其它类型的互感器,比如光互感器,电子式电流互感器等实际应用还很少,因此这里不作介绍。
2.电流互感器的饱和
前面我们讲到电流互感器的误差主要是由励磁电流Ie引起的。正常运行时由于励磁阻抗较大,因此Ie很小,以至于这种误差是可以忽略的。
但当CT饱和时,饱和程度越严重,励磁阻抗越小,励磁电流极大的增大,使互感器的误差成倍的增大,影响保护的正确动作。
严重时会使一次电流全部变成励磁电流,造成二次电流为零的情况。
引起互感器饱和的原因一般为电流过大或电流中含有大量的非周期分量,这两种情况都是发生在事故情况下的;
这时本来要求保护正确动作快速切除故障,但如果互感器饱和就很容易造成误差过大引起保护的不正确动作,进一步影响系统安全。
因此对于电流互感器饱和的问题我们必须认真对待。
互感器的饱和问题如果进行详细分析是非常复杂的,因此这里仅进行定性分析。
所谓互感器的饱和,实际上讲的是互感器铁心的饱和。
我们知道互感器之所以能传变电流,就是因为一次电流在铁芯中产生了磁通,进而在缠绕在同一铁芯中上的二次绕组中产生电动势U=4.44f*N*B*S×10-8。式中f为系统频率,HZ;
N为二次绕组匝数;S为铁芯截面积,m2;B为铁芯中的磁通密度。如果此时二次回路为通路,则将产生二次电流,完成电流在一二次绕组中的传变。
而当铁芯中的磁通密度达到饱和点后,B随励磁电流或是磁场强度的变化趋于不明显。
也就是说在N,S,f确定的情况下,二次感应电势将基本维持不变,因此二次电流也将基本不变,一二次电流按比例传变的特性改变了。
我们知道互感器的饱和的实质是铁芯中的磁通密度B过大,超过了饱和点造成的。而铁芯中磁通的多少决定于建立该磁通的电流的大小,也就是励磁电流Ie的大小。
当Ie过大引起磁通密度过大,将使铁芯趋于饱和。而此时互感器的励磁阻抗会显著下降;
从而造成励磁电流的再增大,于是又进一步加剧了磁通的增加和铁芯的饱和,这其实是一个恶性循环的过程。
暂态饱和,是指发生在故障暂态过程中,由暂态分量引起的互感器饱和。
我们知道,任何故障发生时,电气量都不是突变的。
故障量的出现必然会伴随着或多或少的非周期分量。而非周期分量,特别是故障电流中的直流分量是不能在互感器一二次间传变的。
这些电流量将全部作为励磁电流出现。因此当事故发生时伴有较大的暂态分量时,也会造成励磁电流的增大,从而造成互感器饱和。