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何艷1白怡明1 楊廣亮2
1中煤工程集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院, 沈陽 110000
2楊廣亮 江蘇安科瑞電器制造有限公司,江蘇 江陰 214405;
摘 要:分析低壓電流互感器的原理,介紹了準(zhǔn)確級和準(zhǔn)確級限值的概念,同時并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實(shí)例分析。低壓電流互感器在低壓測量、計量、繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測、接地保護(hù)等方面的選用。
關(guān)鍵詞 低壓配電系統(tǒng) 低壓電流互感器 工作原理 準(zhǔn)確級 準(zhǔn)確級限值 選型
1.引言
隨著我電力工業(yè)中城網(wǎng)及農(nóng)網(wǎng)的改造,以及低壓配電系統(tǒng)的自動化程度不斷提高,電流互感器作為低壓配電系統(tǒng)中的一種重要電氣元件,已被廣泛地應(yīng)用于測量、計量、繼電保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測、接地保護(hù)和各種電力系統(tǒng)分析之中。
2.低壓電流互感器工作原理
低壓電流互感器的工作原理如圖1所示,電流互感器的一次繞組串聯(lián)在被測線路中,I1為線路電流即電流互感器的一次電流,N1為電流互感器的一次匝數(shù),I2電流互感器二次電流(通常為、1A),N2為電流互感器的二次匝數(shù),2e為二次回路設(shè)備及連接導(dǎo)線阻抗。當(dāng)一次電流從電流互感器P1端流進(jìn),P2端出,在二次2e接通的情況下,由電磁感應(yīng)原理,電流互感器二次繞組有電流I2從S1流過,經(jīng)2e至S2,形成閉合回路。由此可得電流在理想狀態(tài)下I1×N1=I2×N2,所以有I1/I2=N1/N2=K,K為電流互感器的變比。
圖1
3.低壓電流互感器的選型
3.1測量用電流互感器
3.1.1測量用電流互感器是為指示儀表、積分儀表和其他類似電器提供電流的電流互感器。
測量用電流互感器廣泛用于對低壓配電系統(tǒng)電流的測量,主要準(zhǔn)確(對電流互感器給定的等級)級有:0.2、0.5、1、3、5等,目前應(yīng)用比較廣泛的測量用互感器主要為母線式電流互感器,安裝方便,而且其型號、規(guī)格繁多,可根據(jù)不同規(guī)格的母排或線纜選用經(jīng)濟(jì)合理的電流互感器,表1以江蘇安科瑞AKH-0.66型電流互感器,分析測量用電流互感器的運(yùn)用及特點(diǎn)。
表1 AKH-0.66測量用電流互感器技術(shù)參數(shù)表
電流互感器型號 | 輸入、輸出 | 主要特點(diǎn) |
AKH-0.66/I型 | 輸入:5-3000A 輸出:0-(0-1A) | 適用用于多(單)根電纜或單根母排穿越,適用面廣 |
AKH-0.66/II型 | 輸入:150-6300A 輸出:0-(0-1A) | 適用用于多根母排或多根電纜穿越,適用面廣,二次接線端與母排安裝水平面平行。 |
AKH-0.66/III型 | 輸入:250-6300A 輸出:0-(0-1A) | 具備II型特點(diǎn),精度高,容量大,適用于相間距離小的場合,二次接線端與母排安裝水平面垂直。 |
AKH-0.66/M8型 | 輸入:5-150A 輸出:0-(0-1A) | 適用于小電流空間場所,為接線式電流互感器。 |
AKH-0.66/K型 | 輸入:100-6300A 輸出:0-(0-1A) | 用于項目改造,無須拆一次母線,安裝方便,為用戶節(jié)省人力、財力,提高改造效率。 |
AKH-0.66/S型 | 輸入:5-6300A 輸出兩組:一組0-(0-1A), 另一組AC0-20mA | 雙路輸出,一路用于電流的測量,另一路用于遠(yuǎn)傳,用于系統(tǒng)監(jiān)測,與遙測單元配合使用,為用戶節(jié)約成本。 |
AKH-0.66/SM型 | 輸入:5-6300A 輸出兩組: 一組0-(0-1A), 另一組DC4-20mA | 雙路輸出,一路用于電流的測量,另一路用于遠(yuǎn)傳,用于系統(tǒng)監(jiān)測,與自控儀表如PLC配合使用,為用戶節(jié)約成本,輔助電源DC24V由PLC供電。 |
3.1.2測量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實(shí)例
測量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中二次輸出和1A的選擇,是一些電氣工程師經(jīng)常遇到的問題。
2009年12月山東聊城某化工廠,各生產(chǎn)車間環(huán)境多為爆炸性環(huán)境,各車間電氣控制室不安裝在車間內(nèi),而是安裝在離各車間較遠(yuǎn)的公共電氣控制室,來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電流信息的集中采集,現(xiàn)場電流互感器與控制室之間距離大約200米,有的甚至300米,二次傳輸導(dǎo)線為2.5平方毫米,使用的電流互感器有AKH-0.66/30I 200/ 0.5級 5VA 穿心1匝 等許多規(guī)格,使用的電流表為CL72-AI,該項目比較大,該項目在將完工,部分工程試運(yùn)行時,發(fā)現(xiàn)所有電流表顯示與現(xiàn)場電流*不準(zhǔn)確。
經(jīng)分析,電流互感器額定容量就是電流互感器額定二次電流I2e,通過二次回路額定負(fù)載2e時所消耗的視在功率S2e,即,S2e=I2e?2e; 因數(shù)顯表消耗的視在功率只有0.05VA,很小,所以我們可以不考慮 ,2e=ρ.2L/S=0.0176Ω. mm?/m×2×200 m /2.5=2.82Ω,S2e= I2e?2e=?×2.82Ω=70.5VA,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流互感器的額定容量5VA,所以此時應(yīng)該選擇200/1A的電流互感器,2010年2月份該項目更換了所有的比電流互感器,同時由于電流表為數(shù)顯表,變比可以重新設(shè)定為200/1,使整個系統(tǒng)恢復(fù)正常。
從本實(shí)例可以得出電流互感器接數(shù)顯電流表時,傳輸距離對比如表2
表2傳輸距離對比
二次導(dǎo)線截面積(mm?) | 額定二次電流(A) | 互感器容量(VA) | 單程傳輸距離(m) |
1.5 | 5 | 2.5 | 4.2 |
1 | 106 | ||
2.5 | 5 | 5 | 14.2 |
1 | 355 | ||
4 | 5 | 10 | 45 |
1 | 1136 | ||
0.2 | 0.02 | 0.2 | 2840 |
3.2計量用電流互感器
3.2.1計量用電流互感器就是與計費(fèi)電能表和計量裝置配合使用的電流互感器。主要準(zhǔn)確級有:0.2、0.5S、0.2S。
3.2.2計量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實(shí)例
計量用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中,準(zhǔn)確級0.2級、0.2S級區(qū)分是用戶經(jīng)常碰到的問題,以及錯誤接線(極性接反)對計量的影響。
3.2.2.1準(zhǔn)確級0.2級、0.2S級區(qū)別見表3
表3誤差和相位差限值
準(zhǔn)確級 | 在下列額定電流(%)下的 電流誤差 ( ±%) | 在下列額定電流(%)下的相位差 | |||||||||||||
±(′) | ±crad | ||||||||||||||
1 | 5 | 20 | 100 | 120 | 1 | 5 | 20 | 100 | 120 | 1 | 5 | 20 | 100 | 120 | |
0.2 |
| 0.75 | 0.35 | 0.2 | 0.2 |
| 30 | 15 | 10 | 10 |
| 0.9 | 0.45 | 0.3 | 0.3 |
0.2S | 0.75 | 0.35 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 30 | 15 | 10 | 10 | 10 | 0.9 | 0.45 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
3.2.2.2計量用電流互感器的錯誤接線(極性接反)對計量的影響
(1)計量接線方式三相三線
正確接線時的有功功率為:P=Pa+ Pc =UabIa.cos(30°+φa)+ Ucb.Ic.cos(30°-φc);
三相電路平衡時,Uab=Ucb=√3U,Ia=Ic=√3I,即,P=3UI cosφ
假如A相電流互感器極性接反,祥見圖2
圖2
這樣我們可以得出:公用線的電流Io是相電流的√3倍;
電能表一的電流滯后電壓的角度為:30°+φa+180°=210°+φa;
電能表二電流滯后電壓的角度為:30°-φc;
所以錯誤接線時的有功功率為:
P?=Pa?+ Pc?=Uab.Ia.cos(210°+φa)+ Ucb.Ic.cos(30°-φc)=UIsinφ;
若功率因數(shù)cosφ=0.9,則當(dāng)A相計量互感器極性接反,漏計電能為實(shí)際計量電能的:
P/ P?-1=3UIcosφ/UI sinφ-1=3×0.9/0.4359-1=5.19倍;
(2)計量接線方式三相四線
正確接線時的有功功率為:P=Pa+ Pb+ Pc =UaIa.cosφa+ Ub.Ib.cosφb+Uc.Ic.cosφc;
三相電路平衡時,Ua=Ub=Uc=U,Ia=Ib=Ic=I,即,P=3UIcosφ
假如A相電流互感器極性接反,祥見圖3
圖3
這樣我們可以得出:公用線的電流Io是相電流的2倍,A相電流為-Ia;
所以錯誤接線時的有功功率為:
P?=Pa+Pb+Pc=-UaIa.cosφa+Ub.Ib.cosφb+ Uc.Ic.cosφc= UIcosφ;
則當(dāng)A相計量互感器極性接反,漏計電能為實(shí)際計量電能的:
P/ P?-1=3UIcosφ/UIcosφ-1=2倍;
3.3.保護(hù)用電流互感器
3.3.1保護(hù)用電流互感器就是為保護(hù)用繼電器提供電流的電流互感器器,與電流繼電器等類似電器配套使用,主要用于低壓配電系統(tǒng)電流過載保護(hù)和短路保護(hù)。主要準(zhǔn)確級有:5P、10P,5、10表示復(fù)合誤差5%、10%,準(zhǔn)確限值系數(shù)又叫限值系數(shù),它是額定準(zhǔn)確限值一次電流(此時符合誤差不超過5%、10%)與額定一次電流的比值,準(zhǔn)確限值系數(shù)有,5、10、15、20,
3.3.2保護(hù)用電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的問題及應(yīng)用實(shí)例
保護(hù)電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中,準(zhǔn)確級以及準(zhǔn)確限值系數(shù)的選擇是用戶經(jīng)常碰到的問題。
2003年河北某工廠,由于新廠房擴(kuò)建,在新廠房1500米附近安裝了一臺250KVA(10/0.4kV)配變,與主變距離2500米,因負(fù)荷較小(額定電流80A),當(dāng)時為了考慮計量準(zhǔn)確,使互感器額定一次電流與大負(fù)荷電流相接近,將電流互感器比選擇100/,同時保護(hù)用電流互感器選擇100/,10P10。在施工下水道時,將電纜挖斷,造成工廠附近大面積停電。
經(jīng)電網(wǎng)參數(shù)計算得:主變短路電抗為X1 = 0.07Ω,配變短路電抗為X2 = 0.5Ω,短路點(diǎn)前短路電抗為X3= 0.4Ω, 計算電抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 0.97。 相短路時TA流經(jīng)次暫態(tài)短路電流周期分量有效值為:I" = 1 / X*∑×5.5 = 5.67(kA),此時短路電流是額定電流的56.7倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于準(zhǔn)確限值系數(shù)10,同時復(fù)合誤差超過10%時,影響繼電器動作,應(yīng)該選擇500/ 10P15。
3.4.剩余電流互感器
3.4.1在低壓配電系統(tǒng)中接地保護(hù)主要有:零序保護(hù)(中、高壓均可以使用)和剩余電流保護(hù)(也稱漏電電流保護(hù)),兩者基本工作原理相同都是基于基爾霍夫電流定律,但是使用場合根據(jù)系統(tǒng)接地方式的不同而不同。剩余電流互感器主要與繼電器配合使用,也常常與電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)配套使用,靈敏度高。
3.4.2剩余用電流互感器與零序電流互感器在低壓配電系統(tǒng)中的區(qū)別,祥見(表4),以及剩余電流互感在接地系統(tǒng)方式不同時的應(yīng)用,祥見表(5)。
表4剩余電流互感器與零序電流互感器的區(qū)別
接地故障保護(hù)方式 | 接線方式 | 靈敏度 | 適用接地系統(tǒng) | 備注 |
剩余電流保護(hù) | A、B、C三相導(dǎo)線與N線 一起穿過一個剩余C.T, | 高 | TT、TN-S、 TN-C-S、IT |
|
零序電流保護(hù) | A、B、C三相導(dǎo)線一起穿過一零序C.T,低壓也可在中性線N上安裝一個零序C.T | 較高 | TN-S、TN-C、 TN-C-S、IT |
|
表5接線方式剩余電流互感器在接地系統(tǒng)方式不同時的應(yīng)用
系 統(tǒng) | 系 統(tǒng) 接 線 |
TT系統(tǒng) | |
TN-S系統(tǒng) | |
TN-C系統(tǒng) | |
TN-C-S系統(tǒng) | |
IT系統(tǒng) |
3.5電流互感器使用過程中的注意事項
3.5.1電流互感器在接線時,同名端要保持一致,即P1、S1;P2、S2。
3.5.2電流互感器在正常運(yùn)行時,二次不得開路,防止二次開路產(chǎn)生高電壓,影響人身和設(shè)備安全。
4.結(jié)束語
本文對低壓配電系統(tǒng)中的不同類型電流互感器進(jìn)行了簡單概述,給電力系統(tǒng)各位專家和電氣工程師們參考,有利于不同類型低壓電流互感器在低壓智能配電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司.電量傳感器選型手冊,200903版.
[2]任致遠(yuǎn),周中.電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南,電力出版社,2007.