穿心式电流互感器二次开路特性

母线穿心式开路电压电流互感器二次 电流互感器运行特性分析电流互感器运行特性分析 电流互感器是次开路的特性分析以及解决方法 电流互感器运行的特定条件 关键字 电流互感器运行特性 在电工手册及各类教材中 对电流互感器二次开路运行的结论是 电流互感器二次开路 产生几百伏 lkV 10kV 的危及人身安全的高压 铁芯严重发热 烧坏电流互感器 这 也是电力界公认的法规 我们科技服务小组在检修学校配电盘的一只无示数电流表时发现 与其相串联电流互感器 二次开路运行 实测电压为 2 6V 恢复其原闭路接法 同时在主回路串入型号 变化相 同的电流互感器 二次开路长期运行 并不发热 这说明 目前实际应用的电流互感器 运行特性与一百多年来传统的结论相比 有着不容忽视的重大差别 为了分析电流互感器运行参数 在电业公司和校党总支部大力支持下 我们将收集到的 0 5kV 和 10kV 两个耐压等级 变电站用的 LQJ LFC LFCD 母线穿心式 lMK LMKl LMZ LMZ1 LMZJ1 和在平度已被淘汰的 LQG 等 9 个系列 北京 天津 上诲 沈阳 合肥等 20 个厂家生产的变化 30 5 2000 5 的 56 种电流互感器及其 350 个变种 在变流实验台上经过长达两年半的实验 记录了十几万个运行数据 归纳总 结出了如下结论 一 电流互感器二次开路电压特性一 电流互感器二次开路电压特性 对每一种电流互感器 二次开路电压随着一次电流的变化 都有严格的对应关系 仅以一 次额定电流时的二次开路电压值说明 对母线穿心式 150 5 的电流互感器 当穿心电流 为额定值时 不同品种的电流互感器二次开路电压为 2 6 2 4V 80 条二次开路电压 特性曲线的规律是 一次穿心电流从 0A 增至 150A 时 二次开路电压开始上升幅度很 大 30A 以后增加甚小 即使从 150A 增至 800A 二次开路电压平均只上升 0 2V 母线穿心式 200 5 的电流互感器 二次开路电压是 3 9 65V 母线穿心式 300 5 2000 5 的电流互感器 二次开路电压为 6 5 372V LQG 系列从 30 5 600 5 的电流互感器 二次开路电压是 12 8 214V 变电站用的 LQJ LFC LFCD 系列 50 5 300 5 的电流互感器 二次开路电压是 18 1213V 在第二次伏安特实验台上 利用调压器 电流表 导线将所有的电流互感器二次线圈分别 接人调压器的输出端 当二次输入 5A 电流时 测得二次电压和一次加额定电流时测得的 二次开路电压都有严格的对应关系 若用公式计算 二次开路电压等于二次闭路转为开路 一次电压的增量乘以变化 从正反两方面实验和法拉第电磁感应定律推导结论证明了二次 开路电压测试值的真实性 综上所述 100 多年来的传统结论与科技进步 材料更新 结构变化 工艺革新的现代新 型电流互感器的实际二次开路电压相比存在着巨大差别 所以传统结论应当修正 二 电流互盛器二次开路时发热情况分析二 电流互盛器二次开路时发热情况分析 对母线穿心式电流互感器 根据焦耳 楞次定律 Q I2Rt 二次开路时由 I2 0 Q2 0 所以二次线圈不会发热 但是 当二次线圈由闭路转为开路时 母线上功 耗增大 对母线穿心式 150 5 的电流互感器一次电流为额定值时 经过计算其功耗增量 最小为 9W 最大为 17W 由于母线粗长 散热忍受力好 不会发热 所有母线穿心式电流互感器在变流实验台上断续运行长达 2 年半之久 从未发现烧坏一例 充分体现了目前实用新型电流互感器发热特性与传统结论截然不同 已被平度淘汰的 LQG 系列电流互感器在交流实验台上进行证明 当一次线圈电流为额定 值时 二次线圈开路 保持一次电流仍为额定电流 虽然二次线圈不会发热 但一次线圈 功耗量增大 例如 44 号 30 5 的电流互感器 其一次压降增量为 25V 功耗增大 75W 一次线圈略微发热 对该系列电流互感器的大量实际观察情况表明 如果过流 一 次线圈功耗更大 确实发热 当电流超过额定值 50 后 一次线圈烫手 由于热传递 铁 芯和二次线圈也相继发热 长时间运行 闻到有焦糊味 若绝缘烧焦 就会产生一次电压 加入二次线圈的恶性结果 体现了此系列互感器的发热情况仍符合 100 多年前的传统结论 但此电压系供电电压 根本不是感应的二次开路电压 三 电流互感器二次开路电压波形分析三 电流互感器二次开路电压波形分析 当一次电流为 0A 时 二次输出电压波形为一条水平线 随着一次电流的增大 56 种电流 互感器波形变化十分复杂 又各具有其自身特色 如 6 号互感器 一次电流为 3A 二次 电压波形为正弦波 一次电流从 4A 增至 150A 波形畸变 随着一次电流增大 波形畸变 加剧 其变化特别是有效宽度变窄 峰 峰值上升 占空因数下降 但每半周包围的面积 增加甚微 每半周包围面积增加很小说明铁芯已趋于磁饱和 反映了二次开路电压随着一次电流增大 只能微弱上升 而峰 峰值增大反映了整流滤波电压有较大的上升幅度 为自动化控制提 供了较宽的控制区间 四 比差特性分析四 比差特性分析 目前 我国计量电流时 要求用 15mm2 的铜线将电流互感器二次线圈和电度表电流线圈 短接 这是降低精度产生正比差的应用方法 以母线穿心式 150 5 的电流互感器为例 我们分别以 15mm2 长 4m 的铜线 将其二次线圈分别与 1505A 的电流表和电度表的电 流线圈串联时 当一次穿心电流为 150A 时 所有电流互感器都能使电流表碰针 若一次 电流降至 135A 电流表示数为 140 150A 在变流实验台上测得 8000 个数据表明 当一次电流超过额定值 10 随着一次电流增大 正比差越来越明显 而一次电流为 15A 以下时 电流互感器二次测中的电流表示数有负比 差 按照国家标准规定 总负荷电流应该等于电流互感器额定电流的 75 100 电流互感 器精度为 1 3 级时 二次回路所取负载应为其铭牌负荷值的 50 100 对精度为 0 1 1 级的电流互感 器 应取铭牌负荷的 25 一 100 对当地用量占绝对优势的负荷为 02fl 的电流互感器 当一次电流达到额定值时 依据规定二次闭路电压必定为 1V 05V 和 025V 我国国家 标准还规定 若低于上述限量的下限值 测量精度降低 造成正误差 但是我们测量过 许多用户的配电盘 当用于电流表示数的电流互感器 使电流表显示接近额定值时 而计 费用的电流互感器 二次测用规定导线直接接人三相电度表的电流线圈 以指针式万用表 交流电压 10V 档测二次闭路电压为 0V 运行数据表明 实例都违背了国家规定的二次负 载标准 这是变配电中普遍存在的一个技术问题 五 消除误差的方法五 消除误差的方法 两年内我们探索了导线 分数匝 电容 电感 电阻丝等对正比差补偿方法 1995 年底 我们终于找到了可使电流互感器正 负比差都明显减小的技术方案 例如 23 号 200 5 的电流互感器 当母线穿心一匝 一次电流为 180A 时 二次显示 194A 正 比差为 14A 一次电流为 5A 二次示数为 0A 负比差为 5A 利用这种技术方案 可以 使该电流互感器一次电流从 0A 到额定电流的整个区间 正比差为 0A 负比差最大值为 lA 从而发现了降低电流互感器比差的技术方案 六 电流互感器的负载特性六 电流互感器的负载特性 当二次测所接负载阻抗远大于铭牌上标定的阻抗时 电流互感器是一恒压源 例如 9 号 150 5 互感器 铭牌上标定的阻抗为 0 2 当一次电流为 150A 二次开路时 用 MFl73 型万用表交流 10V 档 精度为 9k V 相当于在二次回路上串联 90k 的电阻 测得其电压为 26V 当二次测并接 15 300 磁场变阻器 分别取阻值 15 7 5 3 75 时 二次电压仍为 26V 当取 1 875 时二次电压才降为 255V 有力地证明了上述结论 当外阻远小于标定阻抗时 电流互感器接近一恒流源 例如 9 号 150 5 互感器 将一次 电流调至 135A 分别和 1 5mm X 30cm 的铝线 1 5mm2X4m 的铜线串接 150 5A 电流表 利用 1 5mm2X 30cm 的铝线 1 5mm2X 4m 的铜线串接 150 5A 电流表和 5A 电度表电流线圈 电流表示数都是 150A 上述实验表明 外阻远 小于标定阻抗时 电流互感器是一恒流源 并且都有相同的正比差 七 典型母线穿心式电流互感器二次开路的具体应用七 典型母线穿心式电流互感器二次开路的具体应用 由于母线穿心式 400 5 以下各种电流互感器二次开路电压很低 内阻抗小 过度时又不 发热 具有恒压源和恒流源特性 可以稳定 可靠地用作自动控制功率型信号源 利用二 次开路电压值对高输入阻抗的复合管 单晶管 VMOS 功率场效应管 单向晶阐管 运算 放大器 比较放大器 时基电路 灵敏继电器等直接实施控制 以突破传统结论的禁区二 次开路运用方式 形成机电一体化和继电保护的产品 此法被人们确认后 形成机电一体 化和继电保护的产品 此法被人们确认后 必然广泛应用于自动化控制设计 将产生不可 估量的 走出传统结构误区的社会效益 八 电流互感器运行的特定条件和内阻抗分析八 电流互感器运行的特定条件和内阻抗分析 实际应用的电流互感器的一次最大电流等于满负荷电流 同时受到电力变压器允许的最大 电流 保险丝熔断电流 闸刀跳闸电流 自动空气开关限制的电流 过流保护器设定的保 护电流和导线允许的安全电流的严格控制 众所周知 电流互感器二次电流额定值为 5A 如果脱离上述条件 试图以二次感应电压公式 E L di dt 设想无穷大电流结合变化关 系或以设想二次无穷大电流来求二次开路电压 以维护传统的二次开路电压结论是不现实 的 在变流实验台上对每种电流互感器 一次测注入额定电流的 0 1 0 2 1 倍的电流 二次以开路和闭路两种方式运行 测得一次电压和一次电流 可以求出一次测在二次开 闭路情况下的阻抗 其数值很小 例如一次阻抗最大的 44 号 3015LQG 系列电流互感器 当一次测加 30A 电流 二次开路 一次电压为 3V 则一次阻抗为 0 1 在二次闭路条 件下 一次电压为 0 5V 一次阻抗为 O 017 其余电流互感器随变化的增大 一次 阻抗变得很小 其中以母线穿心式的电流互感器最小 同理利用二次伏安特性 可以直接 求出除母线穿心式电流互感器以外的其他各类电流互感器在一次开路或闭路情况下的二次 阻抗 对母线穿心式电流互感器一次开路情况下 二次阻抗可以直接利用二次伏安法求出 一次 闭路情况下的二次阻抗必须加穿心短路环 所用短路环是多股细铜线组成的 150mm2 以 上的单匝或多匝短路环 在满足二次输入安匝近似等于 次安匝情况下 可求出母线穿心 式电流互感器一次闭路情况下的二次阻抗 例如 5 号电流互感器 二次注入 1 5A 电流 一次加 150mm2 短路环后 其二次阻抗都是 0 19 近似等于铭牌标定的负荷 0 2 或 5VA 点评 在对电流互感器进行检修时发现 即使互感器的二次线圈开路运行 也不会造成设备损害 这一现象与传统的电工手册及各类教材所提出的电流互感器二次开路产生几百伏以上 危 及人身安全的高压 铁芯严重发热 烧坏电流互感器并不一致 为了解决这一问题 弄清 电流互感器的运行参数 作者进行了一系列的实验 在进行了大量调查实验基础上 得出 了令人信服的结论 作者发现 目前生产和应用的电流互感器的发