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[其它] 电压、电流互感器问题的讨论与学习!

本主题由 水深火热 于 2008-4-27 16:37 加入精华
电流互感器两个相同的二次绕组串连接线时,其二次回路内的电流不变,但由于感应电动势E增大一倍,因允许负载阻抗数值也增加一倍。所以,如果因继电保护装置或仪表的需要而扩大电流互感器的容量时,可采用二次绕组串联接线电流互感器二次绕组串连后,其变比不变,但容量增加一倍,准确度亦不变。电流互感器是一种测量用的特殊变电设备.试验证明:有些双二次绕组的电流互感器,虽然两个二次绕组的准确度等级和 容量不同,但其二次绕组仍可串联使用,串联后误差符合较高等级标准,容量为二者之和。
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下表是对LB-220电流互感器一个次级的实测数据并计算的数据,其最终目的是要计算出二次允许负载。图13-2是根据表中数据绘制的10%误差时与m的函数曲线。不同的短路电流倍数时,可以查出不同的最大允许负载阻抗。假设该电流互感器使用在最大短路电流IK=18kA处,则m=15,查出=3.9Ω,大于实测二次负载1.96Ω,结论是可以满足要求。

现场测量较为困难,其大小对计算结果影响不大,一般根据使用的互感器型号不同用经验公式求得。

电流互感器10%误差曲线的测量与计算

基本参数

一次电流额定

1200A

二次额定电流

5A

准确度级

10P20

二次负载测量

通入电流I

5A

测量电压

9.8V

1.96Ω

说明

项目

励磁电流

(A)

试验测得

0.5

1

2

4

5

6

8

10

试验电压

(V)

试验测得

280

290

298

300

306

308

310

311

线圈内阻

(Ω)

试验测得

0.353

线圈漏抗

(Ω)

0.706

内部电势

(V)

279

289

296

297

302

304

304

304

允许总负载

62.1

32.1

16.5

8.25

6.72

5.63

4.22

3.37

允许二次负载

(Ω)

61.4

31.4

15.9

7.55

6.02

4.92

3.52

2.67

额定电流倍数

1

2

4

8

10

12

16

20

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随着我国的电力系统的传输容量越来越大,系统的短路容量快速增加。以10kV系统为例,短路容量从以前的几千安增大到了几十千安。我国以前生产的电流互感器的额定动稳定电流和额定短时热电流(以下简称动稳定电流和短时热电流)是按照当时电力系统短路容量设计的,其值都比较小,目前,这种变化给电力系统的安全运行带来的隐患没有引起有关人员的高度注意,更没有及时对运行中的电流互感器的动、短时热稳定电流进行校核,及时更好不满足要求的电流互感器,各电网经常发生电流互感器的爆炸事故,造成不必要的损失。这种爆炸事故不但会造成电流互感器本身的损坏,而且还会引起断路器等其它设备的损坏,每次事故的损失都比较严重。因此,大家应十分重视电流互感器的动、短时热稳定电流的选择和校核工作。
  • 电流互感器额定动稳定、短时热电流和试验方法
  电流互感器的短时热电流(Ith)是在二次绕组短路的情况下,电流互感器在一秒钟内承受住且无损伤的最大一次电流方均根值。而额定动稳定电流(Idyn)是在二次绕组短路的情况下,电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大一次电流峰值。并且,动稳定电流通常为短时热电流的2.5倍。   在电流互感器的型式试验中,需试验电流互感器的动稳定电流和短时热电流是否达到铭牌值,其短时热电流的其短时热电流的试验方法:对于短时热电流(Ith)试验,互感器的初始温度应在5~40℃之间,本试验应在二次绕组短路下进行,所加电流I 和持续时间t应满足(I2t)不小于,且t在0.5~5s之间。动稳定试验应在二次绕组短路下进行,所加一次电流的峰值,至少有一个峰不小于额定动稳定电流(Idyn)。   动稳定试验可以与上述热试验合并进行,只需试验中电流第一个主峰值不小于额定动稳定电流(Idyn)。 二、电力系统短路电流计算   在电力系统中,一般三相短路电流数值较大,产生的电动力和发热也最严重。在确定电流互感器动稳定和短时热电流时,可以只根据三相短路电流来选择,而不必考虑系统中的中性点是否接地。 当三相短路时,并设短路发生在Um=0时:

式中ik——短路全电流瞬时值; Um——系统母线电压;   上式右边第一部分为正弦电流,是短路电流的周期分量。第二部分是一个按指数衰减的直流分量,又叫非周期分量或自由分量。 ik=ip+inp   某一瞬时的短路全电流有效值Ik(t)是以t为中点的一个周期内的ip有效值Ip(t)与inp在t瞬时值inp(t)的方均根值,即 短路电流经过半个周期(t=0.01s),短路电流瞬时值达到最大值,这一瞬时电流为短路冲击电流,用ish 表示。 式中ksh——短路电流冲击系数   短路全电流ik的最大有效值是短路后第一个周期的短路全电流有效值,用Ish表示,也叫冲击电流有效值。 式中——短路次暂态电流有效值,是短路后第一周期的短路电流周期分量ip的有效值 对于一般的高压电力网而言,电抗均较电阻值要大得多,τ值一般取τ=0.05s,相应的ksh=1.8,因此

ish=2.55

短路暂态过程在经过0.2s后就衰减完毕,这时的短路电流达到稳定状态,称为短路稳态电流,用Ik表示。 在无限大容量系统中,由于系统电压在短路过程中是恒定的,所以可以认为暂态过程以后,所有时间短路电流完全相同,即

Ip==Ik

ish=2.55Ik

短路冲击电流ish用来校验电流互感器的动稳定度。 短路稳定电流Ik=用来校验电流互感器的短时热稳定。 在电力系统中,一般都知道母线的短路容量,根据下式,可以方便地计算出系统的三相短路电流(三相短路电流的周期分量有效值)为:

式中Um——短路点的计算电压(母线电压的平均值),对于不同的母线电压,可取对应取0.4、10.5、37、115、230、525kV; 三、电流互感器的动、短时热稳定电流的选择 电流互感器的额定动稳定电流应满足下面的条件:

Idyn≥ish=2.55Ik

电流互感器的额定短时热电流应满足以下条件:

式中Ith——设备的短时热稳定的电流铭牌值; T——电流互感器铭牌的短时热稳定电流值持续的时间。 Ik——短路电流稳态值 tk——短路电流持续时间,短路发生到开关切断电流的时间,一般用保护动作时间代替;   在电流系统中,电流互感器安装地点不同,流过的短路电流不同,10kV线路都为单电源,短路电流情况最为简单,便于分析说明选择原则,以下就以10kV出线电流互感器为例,分析说明电流互感器的动、短时热稳定电流的选择方法,其分析方法也同样适用于其它安装地点的电流互感器的选择。   对于10kV出线的电流互感器,线路的任一点发生短路,短路电流都会流过该电流互感器,短路电流随短路点离母线距离越远短路电流而变小,当短路点发生在出线端时,短路电流最大,其值与母线短路电流基本一样。对于负荷侧变电站母线,流过进线电流互感器的短路电流也是与负荷侧母线的短路电流基本相同,应此,在选择电流互感器动、短时热稳定电流时,可以取临近的母线短路电流Ik。   短路电流持续时间越长,电流互感器发热越严重。在计算短路电流持续时间时,应考虑到断路器可能发生拒动的情况,由后备保护动作切断短路电流。另外,当断路器重合闸时,由于断路器两次动作时间间隔很短,电流互感器的热量来不及散发,温度不会发生明显变化,应该将两次短路电流持续时间相加作为短路电流持续时间tk。一般情况下,后备保护动作时间比重合闸叠加时间更长,应此,应以该断路器的后备保护动作时间作为tk。   根据上面的分析结果,很容易地计算出Ik和tk,在根据上面电流互感器动、短时热稳定电流的应满足的条件,可以方便地确定电流互感器动、短时热稳定电流值。 四、电流互感器动、短时热稳定电流的一般规定   电流互感器额定动稳定电流通常为额定短时热电流的2.5倍。如与此值不同,应在铭牌上标明。从上面对电力系统的短路电流分析可知,短路时的冲击电流也基本上是稳态短路电流的2.5倍,因此,当电力互感器的短时热电流满足安装地点的短路电流的要求时,动稳定电流一般都能满足要求。但在实际选择中,还是要注意电流互感器铭牌短路电流持续时间对结果的影响。 电流互感器额定短时热电流的交流分量应从下列数值中选取: 3.15,6.3,8,10,12.5,16,20,25,31.5,40,50,63,80,100kA。 短路持续时间应在下列数值中选取: 1,2,3,4,5s。
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①保护电压互感器本身。当电压互感器本身故障时,熔断器迅速熔断,防止事故扩大; ②防止电压互感器本身或高压引线上发生故障时,对系统造成影响。
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电压互感器二次侧并列操作应该在切换二次侧电压回路前,现将一次侧并列,否则二次侧并列后,由于一次侧电压不平衡,二次侧将产生较大环流,容易引起熔断器熔断,使保护失去电源,另外,还要考虑保护方式变更能否引起保护装置误动,以及二次负载增加时,电压互感器的容量能否满足要求。
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电压互感器的作用是:把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压,供保护、计量、仪表装置使用。同时,使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备,但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路,二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时,二次电流增大,使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说,电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。 电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。 精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限,测量电压、功率和电能的一种仪器。 电压互感器和变压器很相象,都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能,因此容量很大,一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位;而电压互感器变换电压的目的,主要是给测量仪表和继电保护装置供电,用来测量线路的电压、功率和电能,或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器,因此电压互感器的容量很小,一般都只有几伏安、几十伏安,最大也不超过一千伏安。 线路上为什么需要变换电压呢?这是因为根据发电、输电和用电的不同情况线路上的电压大小不一,而且相差悬殊,有的是低压220V和380V,有的是高压几万伏甚至几十万伏。要直接测量这些低压和高压电压,就需要根据线路电压的大小,制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。这样不仅会给仪表制作带来很大的困难,而且更主要的是,要直接制作高压仪表,直接在高压线路上测量电压。那是不可能的,而且也是绝对不允许的。 如果在线路上接入电压互感器变换电压,那么就可以把线路上的低压和高压电压,按相应的比例,统一变换为一种或几种低压电压,只要用一种或几种电压规格的仪表和继电器,例如通用的电压为100V的仪表,就可以通过电压互感器,测量和监视线路上的电压。
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请教大家两个问题,请告知,谢谢 1、变比相同,型号相同的电流互感器,为什么二次侧接成星形的比接成三角形的所允许的二次负载大? 2、同变比,同变比的电流互感器串联为什么可以提高互感器允许的负载?

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1 电流互感器的极性   电流互感器在交流回路中使用,在交流回路中电流的方向随时间在改变。电流互感器的极性指的是某 一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同,即同时为正、 或同时为负,称此极性为同极性端或同名端,用符号"*"、"-" 或"."表示。(也可理解为一次电流与二次电流的方向关系)。 按照规定,电流互感器一次线圈首端标为 L1,尾端标为 L2; 二次线圈的首端标为 K1,尾端标为 K2。在接线中 L1 和 K1 称为同极性端,L2 和 K2 也为同极性端。其三种标注方法如图 1 所示。 电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同。较简单的方法例如用 1.5V 干电池接一次线圈,用一高内阻、 大量程的直流电压表接二次线圈。当开关闭合时,如果 发现电压表指针正向偏转,可判定 1 和 2 是同极性端, 当开关闭合时,如果发现电压表指针反向偏转,可判定1 和 2 不是同极性端。 2 电流互感器的极性与常用电流保护以及易出错的二次接线 2.1 一相接线 来源:http://tede.cn 图 1 电流互感器的三种极性标注 图 2 一相接线 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息

  一相式电流保护的电流互感器主要用于测量对称三相负载或相负荷平衡度小的三相装置中的一相电 流。电流互感器的接线与极性的关系不大,但需注意的是二次侧要有保护接地,防止一次侧发生过电流现 象时,电流互感器被击穿, 烧坏二次侧仪表、继电设备。但是严禁多点接地。两点接地二次电流在继电 器前形成分路,会造成继电器无动作。因此在《继电保护技术规程》中规定对于有几组电流互感器连接在 一起的保护装置,则应在保护屏上经端子排接地。如变压器的差动保护,并且几组电流互感器组合后只有 一个独立的接地点。 2.2 两相式不完全星形接线   两相式不完全星形接线用于相负荷平衡和不平衡的三相系统中。如图 3 所示。若有一相二次极性那么流过 3KA 的电流为 I A I e ,由向量差得其电流值为 Ia 的 3 倍,相位滞后 I a 300 角,如果三只继电器整定值是一样的,3KA 会提前动作,造成保护误动。 来源:http://www.tede.cn

图 3 二相式接线 图 4 两相电流差接线 来源:http://tede.cn

2.3 两相电流差接线方式   图 4 中流过继电器 KA 的电流为I A I e ,其接线系数为 3 。如 C 相二次极性接反,故流过继电器 KA 的电流为 I A I e 。当 A、C 相发生短路故障时,一次电流 I AD 和I CD 变为大小相等方向相反。即I AD =- I CD ,假定 I AD 的参考方向为正,变换到二次侧的电流流经继电器 KA 的电流则为 0。这就说明由于 C 相二次极性接反,当一次侧 A、C 相短路后继电 器 KA 有可能不动作。 2.4 三相完全星形接线   三相完全星形接线如图 5 所示。用于相负荷平衡 度大的三相负荷的电流测量以及电压 为 380/220V 的三相四线制测量仪表,监视每相负荷不 对称情况,若任一相极性接反,流过中性线的电流将 增大。若缺少中性零线的星形连接,其缺陷是在运行 中当负荷不平衡时,将造成二次侧中性点位移, 图 5 三相完全星形接线 使流过继电器的电流不能正确反映出该相电流的大小,同样会造成误动。 来源:http://tede.cn

来源:输配电设备网

3继电保护用的电流互感器接线   继电保护用的电流互感器接线,通常是用于中性点直接接地的电力系统中的保护装置时,采用星形接 线。在中性点非直接接地的电力系统中,由于允许短时间单相接地运行,并且大多数情况下都装设有单相 接地信号装置,所以广泛采用不完全星形接线方式。保护用电流互感器的三角形接线应用于 Y/△接线的变 压器差动保护。 4 电流互感器运行中应注意的问题   (1)电流互感器在运行中二次侧不得开路,一旦二次侧开路,,由于铁损过大,温过高而烧毁,或使 副绕组电压升高而将绝缘击穿,发生高压触电的危险。所以在换接仪表时如调换电流表、有功表、无功表 等应先将电流回路短接后再进行计量仪表调换。当表计调好后,先将其接入二次回路再拆除短接线并检查表计是否正常。如果在拆除短接线时发现有火花,此时电流互感器已开路,应立即重新短接,查明计量仪 表回路确无开路现象时,方可重新拆除短接线。在进行拆除电流互感器短接工作时,应站在绝缘皮垫上, 另外要考虑停用电流互感器回路的保护装置,待工作完毕后,方可将保护装置投入运行。   (2)如果电流互感器有嗡嗡声响,应检查内部铁心是否松动,可将铁心螺栓拧紧。 来源:http://tede.cn   (3)电流互感器二次侧的一端,外壳均要可靠接地。   (4)当电流互感器二次侧线圈绝缘电阻低于 10~20 兆欧时,必须进行干燥处理,使绝缘恢复后,方 可使用。

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1 普通电流互感器结构原理   电流互感器的结构较为简单,由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同,一次绕组的匝数(N1)较少,直接串联于电源线路中,一次负荷电流( )通过一次绕组时,产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流( );二次绕组的匝数(N2)较多,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路,见图1。

图1 普通电流互感器结构原理图   由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数,I1N1=I2N2,电流互感器额定电流比: 。电流互感器实际运行中负荷阻抗很小,二次绕组接近于短路状态,相当于一个短路运行的变压器。 2 穿心式电流互感器结构原理   穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路,见图2。

图2 穿心式电流互感器结构原理图   由于穿心式电流互感器不设一次绕组,其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定,穿心匝数越多,变比越小;反之,穿心匝数越少,变比越大,额定电流比: 。 式中I1——穿心一匝时一次额定电流;   n——穿心匝数。 3 特殊型号电流互感器 3.1多抽头电流互感器。这种型号的电流互感器,一次绕组不变,在绕制二次绕组时,增加几个抽头,以获得多个不同变比。它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组,其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上,将不同变比的二次绕组抽头引出,接在接线端子座上,每个抽头设置各自的接线端子,这样就形成了多个变比,见图3。

图3 多抽头电流互感器原理图   例如二次绕组增加两个抽头,K1、K2为100/5,K1、K3为75/5,K1、K4为50/5等。此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比,调换二次接线端子的接线来改变变比,而不需要更换电流互感器,给使用提供了方便。 3.2不同变比电流互感器。这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组,而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组,以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要,见图4。

图4 不同变比电流互感器原理图   例如在同一负荷情况下,为了保证电能计量准确,要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右),准确度等级高一些(如1K1、1K2为200/5、0.2级);而用电设备的继电保护,考虑到故障电流的保护系数较大,则要求变比较大一些,准确度等级可以稍低一点(如2K1、2K2为300/5、1级)。 3.3一次绕组可调,二次多绕组电流互感器。这种电流互感器的特点是变比量程多,而且可以变更,多见于高压电流互感器。其一次绕组分为两段,分别穿过互感器的铁心,二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接,通过变更连接片的位置,使一次绕组形成串联或并联接线,从而改变一次绕组的匝数,以获得不同的变比。带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确度等级的绕组,随着一次绕组连接片位置的变更,一次绕组匝数相应改变,其变比也随之改变,这样就形成了多量程的变比,见图5(图中虚线为电流互感器一次绕组外侧的连接片)。   带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级,可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等,以满足各自不同的使用要求。例如当电流互感器一次绕组串联时(图5a),1K1、1K2,1K2、1K3,2K1、2K2,2K2、2K3为300/5,1K1、1K3,2K1、2K3为150/5;当电流互感器一次绕组并联时(图5b),1K1、1K2,1K2、1K3,2K1、2K2,2K2、2K3为600/5,1K1、1K3,2K1、2K3为300/5。其接线图和准确度等级标准在铭牌上或使用说明书中。

(a)一次串联(两匝)

(b)一次并联(一匝) 图5 一次绕组匝数可调、二次多绕组的电流互感器原理图 3.4组合式电流电压互感器。组合式互感器由电流互感器和电压互感器组合而成,多安装于高压计量箱、柜,用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。   组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心,固定在钢体构架上,浸入装有变压器油的箱体内,其一、二次绕组出线均引出,接在箱体外的高、低压瓷瓶上,形成绝缘、封闭的整体。一次侧与供电线路连接,二次侧与计量装置或继电保护装置连接。根据不同的需要,组合式电流电压互感器分为V/V接线和Y/Y接线两种,以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能,见图6(a)、(b)。

(b)三台电流互感器和电压互感器Y/Y接线

(a)两台电流互感器和电压互感器V/V接线 图6 组合式电流电压互感器
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