学习电流互感器重点笔记.docx
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学习电流互感器重点笔记
电流互感器基本知识
一、电流互感器参数、原则值、用途。
实际电流比K=I1/I2
(1)
额定电流比Kn=I1n/I2n
(2)
额定一次电流原则值单位(A)
1
5
10
15
20
30
40
50
60
75
100
160
150
200
315
300
400
500
630
600
800
750
1000
125
1200
1600
1500
2500
3150
3000
4000
5000
6300
6000
8000
7500
10000
12500
1
16000
15000
0
25000
31500
40000
50000
63000
80000
额定一次电流原则值(仪用电流互感器)尚有:
0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.350.5、0.5、0.75、1.5、2、2.5、3、4、7.5、8、25、80、120、250。
单位(A)
额定一次电流尚有不大于0.1A原则值:
0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.04、0.05、0.075。
单位(A)
额定二次电流原则值为5A,1A,尚有0.5A。
微机用额定二次电流原则为0.1A,0.05A。
额定电流比表达方式:
依照式
(2)Kn=I1n/I2n电流变比普通表达为...100/5、10/5、5/5、0.1/5、...10/1、5/1、...5/0.05...
当略去误差不计时,实际电流比就等于额定电流比。
K=Kn=I1n/I2n(4)
*由此可见,电流互感器铭牌标明电流比为100/5,不但阐明互感器二次电流乘上20倍就等于一次电流,并且还阐明互感器一次绕组容许长期通过电流为100A。
因此电流比100/5不能写成20/1,这是由于20/1是阐明互感器额定一次电流为20A,额定二次电流为1A。
100/5与20/1比值虽然相似,但实际意义不同。
测量用电流互感器用途:
1、用来测量高压线路上电流和功率,起绝缘隔离作用,保证操作人员和仪表安全。
2、用来测量高压或低压线路上大电流和大功率,在二次线路上使用统一5A测量仪表。
测量用电流互感器三个规定:
1、绝缘必要可靠,以保证安全;
2、必要有一定测量精确度;
3、仪表保安系数Fs较小。
电流互感器精确级:
0.01级、0.02级、0.05级、0.1级、0.2级、0.5级、1级、3级、5级。
额定仪表保安电流:
测量用电流互感器在额定二次负荷下,其复合误差不不不大于10%时最小一次电流值。
仪表保安系数:
额定仪表保安电流与额定一次电流比值。
保护用电流互感器用途:
保证系统正常供电及保护系统贵重设备。
当电力系统中发生故障时,系统线路上电流剧增,保护用电流互感器输出一定大小剧增电流,给继电器等保护装置供电,使继电保护装置动作,切断故障线路。
保护用电流互感器三个规定
1、绝缘必要可靠,以保证安全;
2、必要有足够大精确限值系数;
3、必要有足够大热稳定性和动稳定性。
保护用电流互感器精确级:
5P级、10P级等。
额定精确限值一次电流:
保护用电流互感器在额定负载下,可以满足精确级为5P或10P规定最大一次电流。
精确限值系数:
额定精确限值一次电流与额定一次电流比值。
额定短时热电流:
在二次绕组短路状况下,电流互感器在一秒内可以承受并且无损伤一次电流有效值。
额定动稳定电流:
在二次绕组短路状况下,电流互感器能承受其电磁力作用并且无电器或机械损伤一次电流峰值。
保护用电流互感器最长用有如下三种:
1、过负荷保护电流互感器。
用来保护线路过负荷。
2、差动保护电流互感器。
过去称D级。
用来保护变压器内部故障。
3、接地保护电流互感器。
(也叫零序电流互感器)。
过去称J级。
用来保护单向或两相接地。
二、电流互感器容量
电流互感器容量:
是指电流互感器在额定电流和额定负载下运营时二次所输出容量。
(Sn=I2nU2)单位为伏安(VA)。
额定容量Sn和额定负载Zn之间关系:
Sn=I2n²Zn(5)
普通电力系统所用电流互感器额定二次电流I2n=5A,因此
Sn=5²*Zn=25Zn(6)
*阐明电流互感器额定容量与额定负载之间只差一种系数。
额定二次负荷原则值规定为:
5、10、15、20、30、40、50、60、80、100VA。
对于额定二次电流为5A电流互感器,其额定负荷阻抗相应为:
Zn=Sn/I2n²=Sn/25
0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4、3.2、4.0Ω。
额定负荷局限性5A额定二次负荷原则值规定为:
0.25、0.5、1、2、2.5VA
对于额定二次电流为1A电流互感器,其额定负荷阻抗相应为:
0.25、0.5、1、2、2.5Ω。
对于额定二次电流为0.5A电流互感器,其额定二次负荷阻抗相应为1、2、4、8、10Ω。
对于额定二次电流为0.1A和0.05A时电流互感器,其额定二次负荷阻抗为:
50Ω、100Ω。
电流互感器额电压:
是指一次绕组所接线路上电压。
由于一次绕组串联在线路上,因此电流互感器额定电压不是一次绕组两端电压,而是一次绕组对二次绕组或对地绝缘电压。
*电流互感器额定电压只是阐明自身绝缘强度,与电流互感器容量没有任何关系。
*电流互感器二次绕组电压:
U2=I2*Z2。
*在线路上变化电流互感器二次负荷时,二次电流基本不变;但二次绕组电压随着二次负荷成正比变化。
电流互感器一次绕组两端电压也相应随着二次绕组电压正大或减小。
*由于,电流互感器一次绕组电压和二次绕组电压时随着二次负荷变化而变化。
又由于,电流互感器运营在短路状态,绕组内阻抗压降很大,导致一次绕组电压与二次绕组电压比例关系不完全是固定不变。
因此,所有电流互感器都不标明一次绕组和二次绕组电压。
*在电力系统中所用电流互感器,电流比都不不大于1。
一次绕组电压普通都不大于二次绕组电压。
电流互感器额定电压,按着线路上额定电压规定为:
0.5、10、15、20、35、60、110、220、330KV等电压级别。
各种电压级别电流互感器电流规格
额定电压KV
0.5
10
15--20
35
额定一次电流A
5-25000
5-6000
800-15000
15-1500
额定电压KV
60
110
220
330
额定一次电流A
20-600
75-
300-1200
300-1200
三、电流互感器基本构造(略)
电流互感器误差和计算
一、没有误差时电流互感器(假设电流互感器铁芯不消耗能量)
电流互感器计算基本公式
依照能量守恒定律:
E1I1=E2I2(7)
电磁感应原理:
E1/E2=W1/W2(8)
将式(8)代入式(7)得:
K=I1/I2=W2/W1(9)
*式(9)是没有误差时电流比与匝数比关系。
即电流互感器一次二次电流与一次二次匝数成反比。
由式(9)还可以得到:
I1W1=I2W2(10)
安匝数:
电流与匝数乘积,单位为安匝(A)。
也叫安匝数。
*可见一台电流互感器一次安匝数等于二次安匝数。
例、一台电流互感器,二次额定电流为5A,一次绕组25匝,二次绕组150匝,求它电流比?
解:
∵K=I1/I2=W2/W1
∴K=W2/W1=150/25=30/5故这台电流互感器电流比为30/5。
如把这台电流互感器电流比改成50/5,它一次绕组要改成多少匝?
解:
∵I1W1=I2W2
∴W1=I2W2/I1=5*150/50=(15匝)
故一次绕组改为15匝。
例、一台600/5母线型电流互感器,二次绕组有多少匝?
解:
母线型,即一次绕组1匝。
∵K=I1/I2=W2/W1W2=KW1
∴W2=KW1=600/5*1=120(匝)
故二次绕组为120匝。
如果,这台600/5母线型电流互感器,如果要当150/5用,一次绕组需穿多少匝?
解:
这台母线型电流互感器一次安匝数I1W1=600*1=600(安匝)
当一次电流为I1=150A时,依照安匝数相等,W1=600/150=4(匝)
同理,还可以列出不同一次绕组穿心匝数下电流比
穿心匝数
1
2
3
4
6
8
12
---
电流比
600/5
300/5
200/5
150/5
100/5
75/5
50/5
---
例如、LH37型,0.2级电流互感器二次绕组有两种安匝数:
750安匝,1000安匝。
这时一次绕组一种匝数,就有两种电流比。
双安匝数匝数与电流比
一次绕组匝数
10
25
50
100
250
500
1000
1500
电流比
安匝数
750安匝
1000安匝
75/5
100/5
30/5
40/5
15/5
20/5
7.5/5
10/5
3/5
4/5
1.5/5
2/5
0.75/5
1/5
0.5/5
---
在表中当一次绕组为1500匝时,对于1000安匝,其电流比为0.666/5,一次电流不是额定电流,故不用。
750/1000=3/475/100=3/4,---
山西省互感器研究所HL-11型5~5000/5电流互感器电流比铭牌
一次电流
一次接线
二次接线
一次电流
一次接线
二次接线
5000
4000
3000
2500
1500
1250
1200
1000
LaLb=1
K1K11
K1K10
K1K8
K1K7
K1K6
K1K5
K1K4
K1K3
K1K2
250
200
L1L2
K1K4
K1K2
150
100
75
60
50
L1L3
K1K8
K1K6
K1K5
K1K3
K1K2
40
30
25
20
15
10
L1L4
K1K10
K1K8
K1K7
K1K6
K1K5
K1K2
800
750
600
500
400
300
L1L2
K1K10
K1K9
K1K8
K1K7
K1K6
K1K5
7.5
5
L1L5
K1K4
K1K2
LaLbL1L2L3L4L5
K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11
(1)由于LaLb=1,即穿心一匝,因此依照一匝一次绕组就可以求出相应二次绕组匝数。
I1W1=I2W2W2=I1W1/I2
K1K2为1000安匝,故W1-2=1000/5=200匝
K1K3为1200安匝,故W1-3=1200/5=240匝
K1K4为1250安匝,故W1-4=1250/5=250匝
K1K5为1500安匝,故W1-5=1500/5=300匝
K1K6为安匝,故W1-6=/5=400匝
K1K7为2500安匝,故W1-7=2500/5=500匝
K1K8为3000安匝,故W1-8=3000/5=600匝
K1K10为4000安匝,故W1-10=4000/5=800匝
K1K11为5000安匝,故W1-11=5000/5=1000匝
(2)再求一次绕组匝数。
依照W1/W2=I2/I1
L1L2/K1K10=I2/I1=5/800,因此L1L2匝数W21=5/800*W1-10
=5/800*800=5匝
L1L3/K1K8=5/150,因此L1L3匝数W31=5/150*600=20匝
L1L4/K1K10=5/40,因此L1L4匝数W41=5/40*800=100匝
L1L5/K1K2=5/5,因此L1L5匝数W51=5/5*200=200匝
(3)最后求出K1K9二次匝数。
L1L2/K1K9=5/750,K1K9匝数W1-9=5*750/5=750匝
二、电流互感器误差和精确级
*任何能量在传递过程中,都要有消耗。
电流互感器一次电流通过一次绕组时,必要消耗一小某些电流来励磁,使铁芯有磁性。
这样二次绕组才干产生感应电势。
也才干有二次电流。
励磁电流:
用来励磁电流,叫励磁电流。
普通用I0表达。
励磁安匝:
励磁电流与一次绕组乘积I0*W1,叫励磁安匝。
也叫励磁电动势。
*电流互感器误差就是由铁心消耗励磁安匝引起。
*在交流电路中,电流不但有大小,并且尚有方向。
为了可以描述电流互感器一、二次电流大小和方向,人们把一次电流I1形象放入钟表“时针”上,把通过折算后二次电流KnI2形象放入钟表“分针”上,当电流互感器没有误差时,KnI2和I1长短应当相等,并且这两个“针”应当成一条直线。
如果将KnI2转180°,KnI2与I1两支“针”完全重叠。
即大小方向完全一致。
比值差:
KnI2与I1长短之差叫比值差;KnI2与I1之间夹角叫相位差,也叫角差。
比值差f=(KnI2-I1)/I1*100%(11)
相位差等于二次电流逆时针反转180°后与一次电流之间相角之差。
并以分(′)表达。
*普通电流互感器误差都是在额定频率(如50H)下,由基波产生。
但保护用电流互感器由于铁心饱和,除了基波外尚有很大谐波分量。
复合误差:
就是涉及基波和谐波在内励磁电流安匝(有效值)与额定精确限值一次电流安匝(有效值)比值,并以百分数表达。
εc=ΔI1N1*100/I1cN=ΔI1*100/I1c(%)(12)
εc--复合误差。
ΔI1N1--励磁电流安匝。
I1c--额定精确限值一次电流。
*电流互感器误差,除了与运营时电流大小关于,还与互感器副边所接二次负荷关于。
*依照原则规定,电流互感器二次负荷必要在额定负荷和下限负荷之间范畴内,各级电流互感器误差才不会超过容许值。
0.01级~1级内,电流互感器下限负荷规定为:
25%额定负荷。
3级~5级内,电流互感器下限负荷普通规定为:
50%额定负荷。
当额定负荷≤10VA时,各级电流互感器下限负荷规定如下:
额定二次电流为5A电流互感器,下限负荷为2.5或3.75VA;
相应下限负荷最小阻抗值为0.1Ω或0.15Ω。
额定二次电流为1A电流互感器,下限负荷为均为2.5VA;
相应下限负荷最小阻抗值为2.5Ω。
保护用电流互感器5P、10P级,只考虑额定负荷,没有下限负荷规定。
由于这种互感器负荷越小,误差越小。
*电流互感器误差,还和根二次负荷功率因数关于。
普通电力系统用电流互感器二次负荷功率因数为0.8(滞后)。
负荷不大于5A时,容许功率因数为1。
.
精密电流互感器功率因数为0.8(滞后)或1。
或0.8~1。
0.05级以上高精确度电流互感器功率因数普通均为1。
保护用电流互感器功率因数为0.8(滞后)至1。
由制造厂自定。
*依照电流互感器国标和测量用电流互感器鉴定规程规定,各级电流互感器比值差和相位差如下表:
测量用电流互感器误差限值
精确级
额定电流百分数(%)
容许误差
比值差%
相位差(′)
0.01
5
20~100~120
±0.02
±0.01
±0.6
±0.3
0.02
5
20~100~120
±0.04
±0.02
±1.2
±0.6
0.05
5
20~100~120
±0.10
±0.05
±4
±2
0.1
5
20
100~120
±0.4
±0.2
±0.1
±15
±8
±5
0.2
5
20
100~120
±0.75
±0.35
±0.2
±30
±15
±10
0.5
5
20
100~120
±1.5
±0.75
±0.5
±90
±45
±30
1
5
20
100~120
±3
±1.5
±1
±180
±90
±60
3
50~120
±3
不规定
5
50~120
±5
不规定
精确级
额定电流1/1000000分数
容许误差
1/10000001/1000000(ard)
比值差
相位差
0.001
5
20~100~120
±20
±10
±20
±10
0.002
5
20~100~120
±40
±20
±40
±20
0.005
5
20~100~120
±100
±50
±100
±50
注1:
额定二次电流5A,额定负荷7.5VA及如下互感器,下限负荷由制造厂规定,制造厂未规定下限负荷,下限负荷为2.5VA。
注2:
额定负荷不大于0.2Ω电流互感器,下限负荷为0.1Ω。
注3:
制造厂规定为固定负荷电流互感器,在固定负荷±10%范畴内误差应满足本表规定。
*满足特殊使用规定0.2S级和0.5S级(S表达特殊使用)电流互感器容许误差列于下表:
(着重用于与特殊电度表相连,这些电度表在0.05~6A之间,即额定电流5A1%~120%范畴内都能对的测量。
)
下表精确级重要用于额定一次电流为25A,50A,100A及其10倍数,额定二次电流为5A电流互感器。
特殊使用规定电流互感器误差限值
精确级
额定电流百分数(%)
容许误差
比值差(%)
相位差(′)
0.1
1
5
20~100~120
±0.4
±0.2
±0.1
±15
±8
±5
0.2
1
5
20~100~120
±0.75
±0.35
±0.2
±30
±15
±10
0.5
1
5
20~100~120
±1.5
0.75
0.5
±90
±45
±30
*保护用电流互感器精确级有:
5P、10P(P表达保护),其误差限值列于下表:
保护用电流互感器误差限值
精确级
在额定一次电流时
在额定精确限值一次电流时
比值差(%)
相位差(′)
复合误差%
5P
10P
±1
±3
±60
不规定
5
10
³
电流互感器误差实验
电流互感器在误差实验之前,普通还需要检查极性和退磁。
一、极性检查
按照规定,电流互感器一次绕组标志为L1、L2------,二次绕组标志为K1、K2------。
当一次电流由L1进入一次时绕组,二次电流由K1流出。
这样极性标志叫做碱极性。
L1与K1叫做极性端或同名端。
(惯用绕组旁加一圆点表达极性端。
)
1、在互感器校验上检查极性:
(略)
2、直流法检查极性:
在电流互感器一次绕组通始终流电流,并在二次绕组接上电压表,观测电压表指针偏转状况。
K
合上开关K,如果电压表指针由零往正方向偏转时,则绕组极性标志对的。
R
L1L2
K1K2
+-
3、交流串联法检查极性:
L11~5VL2K1K2
将电流互感器一次绕组和二次绕组串联起来,在匝数多一次绕组或二次绕组上加一1~5V交流电压,用10V如下电压表或万用表测量输入绕组电压和串联后两绕组电压。
如果UL1K2>UL1L2阐明绕组极性标志对的。
当两绕组匝数接近或相差不超过5倍时,采用此办法鉴别极性以便精确。
当两绕组相差10倍以上时,普通指针电压表看不清,应用数字万用表。
二、退磁
电流互感器如果在大电流下切断电源,或者在运营时二次绕组偶尔开路,以及通过直流电流进行实验后,互感器铁芯就也许产生剩磁,使铁芯磁导率下降,影响互感器性能。
因此电流互感器在进行误差实验前,普通先对互感器进行退磁,以消除剩磁对互感器影响。
普通退磁办法有如下两种:
1、开路(强磁场)退磁
一次和二次绕组所有开路,并在一次或二次绕组中通以工频电流,由零增长到20%或50%额定电流,然后均匀且缓慢下降到零。
重复这一过程2~3次,同步每次所接入电流按50%、20%、10%额定电流递减。
退磁完毕切断电流之前,先将二次或一次绕组短接。
2、闭路(大负荷)退磁
在二次绕组上接相称于额定负荷10~20倍电阻,一次绕组通以工频电流,由零增长到20%、或50%额定电流,然后均匀且缓慢下降到零。
重复这一过程2~3次,同步每次所接入电流按50%、20%、10%额定电流递减。
如果是多次级电流互感器,在退磁过程中,不退磁二次绕组都应短接。
上述两种退磁办法和所规定退磁参数并不是对所有电流互感器都适合。
开路退磁,磁场很强,铁心很饱和;闭路退磁,磁场较弱,铁心难饱和。
对于精密电流互感器,过去多采用闭路退磁法,尽管磁密较低,也许达不到退磁最佳效果,但比较安全。
如果采用开路退磁,铁心磁密很高,电压幅值很大,绕组开路电压很高,容易损坏绕组绝缘和补偿元件。
事实上,对电流互感器进行退磁实质,就是将铁心通以交流励磁,使铁心磁密和磁导率从低升到高,越过最大磁导率,达到饱和状态;然后再逐渐减少磁场至零,使铁心磁密下降,从而了恢复铁芯磁导率。
如果即用开路退磁,又能比较精确估算出铁心退磁‘退磁电流’大小,这样既能退磁又能保证设备安全。
设退磁电流为It,额定一次电流为I1n,一次绕组匝数为W1,那么
退磁电流安匝ItW1与额定电流安匝I1nW1之比为:
ItW1/I1nW1=It/I1n
It/I1n就是退磁电流与额定电流之比。
又依照IW=Hl(H:
磁场强度,l:
磁路平均长度)
再设Ht为退磁磁场强度,l为退磁磁路平均长度,则
It/I1n=ItW1/I1nW1=Ht*l/I1nW1*100%
由上式可以看出,只要能懂得退磁磁场强度Ht,就能求出退磁电流与额定一次电流比例值。
设铁心达到最大磁导率时磁场强度为Hm,磁密为Bm。
依照经验:
铁心退磁磁场强度Ht=2.5~5Hm
这时退磁磁密Bt=1.5~2Bm
各种材料铁心最大磁导率Hm、Bm可通过查表得到。
如下表
带绕铁心!
Hm、Bm与Ht、Bt表
铁心材料
Hm(A/cm)
Bm(T)
Ht(A/cm)
Bt(T)
热轧硅钢片
冷轧硅钢片
铁镍合金
≈0.4
≈0.2
≈0.02
≈0.8
≈1
≈0.4
1
0.5
0.1
≈0.3
≈1.6
≈0.7
依照退磁安匝、进行开路退磁,如果退磁电流从匝数少于10匝一次绕组输入,退磁电流能均匀上升和下降;如果退磁电流从匝数多一次或二次绕组输入,则在刚升压时,几乎见不到电流上升,当见到电流剧增时,铁心已饱和。
例、一台额定功率5VA,0.1级,5~5000/5电流互感器,铁心材料为D340冷轧硅钢片,最低安匝数为1000安匝,预计铁心磁路长度l为20πcm,求退磁电流为额定电流百分数?
解:
1)如按开路退磁,通入20%额定电流。
相称于励磁安匝为200~1200安匝,铁心严重饱和,也许损坏互感器。
2)如按闭路退磁,接入20倍额定负荷,即20*Z=20*5VA/25=20*0.2Ω=4Ω。
在额定电流下,铁心磁密不超过0.2(T),达不到退磁目。
3)若采用退磁安匝开路退磁,查上表Ht=0.5A/cm。
It/I1n=ItW1/I1nW1=Ht*l/I1nW1*100%=0.5*20π/1000=3.2%
即这台电流互感器只要通过4%额定电流就能退磁。
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