电流互感器的选择方法

电流互感器的选择方法（共9篇）

电流互感器的选择方法 篇1

摘要：针对现有选择性漏电保护装置灵敏度低、可靠性差的问题,提出了一种基于零序电流特征量的选择性漏电保护选线方法;分析了供电系统漏电故障时各支路零序电流的逻辑关系,介绍了基于零序电流特征量的选择性漏电保护选线方法的原理及实现。该方法根据各支路零序电流互感器二次侧零序电流的逻辑关系及数值关系建立特征量,并以该特征量作为选线判据。Matlab仿真结果表明,该方法能够有效地选出故障线路。

关键词：煤矿电力系统,漏电保护,故障选线,零序电流,特征量

0 引言

选择性漏电保护是供电系统的重要保护之一。目前,选择性漏电保护装置在供电系统中的应用效果并不理想,各种基于稳态及暂态参数的选线方法并不完全可靠,漏电保护装置拒动、误动时有发生。特别是低压供电系统,由于系统的寄生参数很小,低压选择性漏电保护装置的灵敏度很低,导致保护装置的可靠性差。所以,研究高可靠性和高灵敏度的选择性漏电保护方法,对确保供电安全和减小漏电故障的危害具有重要意义。国内外已有的漏电保护选线方法主要有基于零序功率及电流幅值、电流方向等特征的故障诊断方法[2,3,4],基于附加信号的方法[5],基于形态学或能量的方法[6],基于暂态量特征、利用小波分析等算法选线的方法[7,8,9,10,11,12]等。以上选线方法的局限性主要表现在:

(1) 由于井下供电线路故障情况多变,可能是稳定性故障或断续性故障,一些选线方法判据不具有通用性,易发生误判;

(2) 故障电流小,保护器整定困难且容易发生误动。当故障电流小于电流互感器量程下限时,信号采集困难,一些选线方法无法判断故障情况;

(3) 由于电磁干扰作用及零序回路对暂态量的放大作用,故障信号信噪比低,造成一些依赖暂态量的选线方法选线准确性低。

这些局限性严重影响了选择性漏电保护装置的性能。因此,本文提出一种基于零序电流特征量的选择性漏电保护选线方法。

1 供电系统漏电故障分析

我国供电系统大多采用变压器中性点非直接接地方式,其发生漏电故障时的等效电路如图1所示。

发生漏电故障时,由于中性点发生位移而在线路中产生零序电流,设故障点位于支路L1,则故障点流过的零序电流undefined为各支路零序电流之和,即

undefined

支路L1始端零序电流方向为由支路流向母线,大小为非故障支路零序电流之和,即

undefined

非故障支路L2和 L3始端零序电流方向为由母线流向支路,大小分别为

undefined

供电系统发生漏电故障时,各支路零序电流的方向特性是选择性漏电保护选线的重要依据。但仅基于该依据的选线方法并不可靠,如当系统较小、故障信号微弱的情况下或系统采取容性电流补偿措施时,这种方法容易发生误判。但研究故障线路不同支路间独特的零序电流逻辑关系能够为漏电选线判据的后续研究提供重要参考。

2 基于零序电流特征量的选线方法及实现

2.1 选线原理

在供电系统各支路中架设零序电流互感器Hij(i为线路序号,j为位置序号),如图1所示。则零序电流互感器二次感应电流undefined的值如表1所示。

设零序电流特征量undefined为

undefined

则各支路零序电流特征量大小如表2所示。

从表2可看出,故障线路零序电流特征量的值为正,非故障线路零序电流特征量的值为负。这是由于故障线路始端零序电流小于故障点前端零序电流,而非故障线路始端零序电流大于后段零序电流。因此,该特征量可作为漏电线路的特征表述,通过提取各线路特征量并在控制器端判断特征量的正负即可实现故障选线。

2.2 选线方法的实现

2.2.1 智能保护装置硬件结构

根据基于零序电流特征量的选线方法设计的智能保护装置结构如图2所示。

智能保护装置以AVR高速单片机ATMega128为控制核心。零序电流互感器检测电网信号,该信号经信号调理电路后进入单片机,单片机对该信号进行AD转换、数据处理后完成相应的判断,并输出控制信号。装置与远程终端的通信采用CAN总线方式。为确保供电可靠性,装置采用复式电源设计。

2.2.2 智能保护装置软件流程

智能保护装置软件采用C语言编写,程序流程如图3所示。

系统复位启动后首先进行初始化,包括内部硬件功能设定、键入参数值扫描及寄存器初值设定。主循环进行零序电流的AD转换,数据转换完毕即以数组形式存储。由于互感器和滤波电路的移相作用,需要对数组存储值进行移相修正。将修正后的零序电流值代入式(5)计算特征量,并将结果存入特征量数组。程序依据特征量判断线路是否发生故障,若未发生故障则返回,重新采集数据;若发生故障则将该线路选为故障线路,同时控制动作执行机构切断故障线路,并将故障显示在显示屏上。

3 仿真验证

采用Matlab/Simulink软件进行仿真,仿真模型如图4所示。供电系统参数:L1长14 km, L2长8 km,L3长10 km;线路采用PI模型结构;电源电压为10 kV,频率为50 Hz;线路的正序电阻为0.012 73 Ω/km,零序电阻为0.386 4 Ω/km,正序感抗为0.933 7e-5 H/km,零序感抗为4.126 47e-5 H/km,正序容抗为12.74e-9 F/km,零序容抗为7.751e-9 F/km。

故障点位于线路L1距母线7 km处,接地电阻为5 kΩ,故障起始时间为0.02 s,仿真结果如图5所示,其中虚线为线路后端零序电流波形,实线为线路首端零序电流波形。

由仿真结果可知,非故障线路后端零序电流明显小于线路首端零序电流,故障线路则相反,即非故障线路零序电流特征量的值为负,故障线路零序电流特征量的值为正,与本文分析结果一致。

4 结语

基于零序电流特征量的选择性漏电保护选线方法判据特征明显,参照电气量单纯,抗干扰能力强,灵敏度高,能够有效解决小规模供电系统中选择性漏电保护灵敏度低、可靠性差的技术难题。仿真结果表明,采用基于零序电流特征量的选择性漏电保护选线方法选线,故障线路与非故障线路特征电流区别明显,证明该方法能够有效地选出故障线路。

电流互感器的选择方法 篇2

[摘 要]作者论述了发电机定子匝间保护原理及定值整定方法，通过实测参数分析说明了发电机定子匝间保护如何应用。

[关键词]匝间保护 原理 定值 分析 应用

1.剩余电流动作保护器动作原理

剩余电流动作保护器是用来防止电气事故，保护人身及设备安全的产品，分间接接触保护和直接接触保护两种。国标GB6829称剩余电流动作保护器(以下简称漏电保护器)，其动作原理是取剩余电流值，所谓剩余电流是指供电系统中导线流出的电流，有一部分没有经过导线返回，而流入大地，经大地返回到变压器低压侧中性点，称这个漏入大地的电流为剩余电流，就是我们通常所讲的漏电电流，漏电电流的取样元件均采用零序电流互感器。

2.产品选择

目前，漏电保护器品种繁多，结构各异，其原理都是一个剩余电流动作型。用户应选购质量可靠的产品，并认定已通过国家电工认证、并具有3C认证的产品。漏电保护器分为以下三大类。

2.1单相漏电开关

单相漏电开关分电子式和电磁式二种，由于电磁式漏电开关价格较高，在农网改造大部分选用电子式漏电开关。一般选用15mA或30mA。动作时间小于0.1s，用于直接接触保护，防止人身触电事故发生。

2.2漏电断路器

漏电断路器分电子式和电磁复合式两种，作为二级保护或三级保护。不论单极、二极、三极、四极漏的电断路器，尽量选用动作电流小于等于50mA，分断时间小于0.1s的产品，用于直接接触保护。

2.3漏电继电器

漏电继电器为电子产品，它不能独立使用只能和交流接触器或带有脱扣线圈的空气开关配合使用作总保护或分支保护。当采用漏电继电器作为供电系统总保护，一级保护尽量采用延时型或鉴相鉴幅漏电继电器，并且漏电电流可调，用于间接接触保护，防止越级跳闸，确保电网正常供电。脉冲动作电流值一般选50mA，漏电电流动作值分档200～500mA之间可调，漏电继电器与交流接触器配合的组合分断时间：≤0.2s或≤0.4s。以上产品按使用场合，确定所采用的保护方式，确定采取的品种。漏电保护器选购时特别注意负载容量的配合留一定的余量，不导致漏电保护器产生误动作。

3.产品检测及试验

现在农网改造均采用三级保护，一级采用漏电继电器，二级采用漏电断路器，三级采用单相漏电开关，作为供电网络系统性的保护，要求不产生越级跳闸，关键考虑的是漏电保护器的分断时间，而不是漏电电流动作值的大小。对用户来讲，产品的性能检测是有难度的，没有完整的试验设备，有的也只能对漏电保护器的动作特性进行检测，达不到全性能测试。上海电器科学研究所生产的IDB-1A型漏电保护器测试仪精度比较高，对产品的动作特性试验符合国标GB6829―95标准的要求。

3.1漏电保护器性能检测标准

漏电保护器性能检测依据的标准有：《剩余电流动作保护器的一般要求》GB6829-95标准、《家用和类似用途不带过电流保护的剩余电流动作保护器》GB16916-、《移动式剩余电流保护器》JB8755-1998、《剩余电流保护继电器》JB8756―1998标准，对部标JB8755、JB8756也是在GB6829的基础上，重点对移动式剩余电流保护器(插头等)和漏电保护器提出生产的技术要求。

3.2漏电保护器检测

用户检测只能对产品动作特性、试验装置及辅助电源故障时的工作性能这三项进行检测，采用IDB-1A型漏电保护器测试仪检测漏电继电时，IDB-1A需配备与漏电继电器额定容量相等的交流接触器。

漏电保护器检测前应对产品内部结构、焊接水平以及装配工艺水平进行目测考核。漏电保护器中的零序电流互感器中的铁芯应采用薄膜合金环形铁芯且加屏蔽层。如果使用非晶或微晶铁芯，高低温试验和平衡特性试验难以通过，在漏电开关及断路器中大部分使用非晶或微晶铁芯。可控硅应采用日产NEC公司2P4M BT169。漏电开关、漏电断路器中的线路板应封闭或浸漆，以防止灰尘进入。漏电开关内部的`触头应为镀复合银触头，不能采用镀银触头。

漏电保护器开箱验收时，应根据国标GB2828-87抽样标准要求进行，作为电子产品的合格率应达98%(抽样检查可以从正常检查到放宽检查)，一般抽样为5%～10%。

4.产品对电网的要求

虽然漏电保护器对安全用电具有较为有效的保障作用，但毕竟只是一种后备保护电器，线路和设备的绝缘质量差劣，除了导致漏电、短路，引起触电事故外，线路的漏电电流还会严重影响漏电保护器的动作特性。特别注意的是零线对地绝缘电阻过低也会产生一定影响，低压供电网络一般只注意相对地绝缘，而忽视零线对地的绝缘水平。在漏电保护器的应用中应注意以下事项：

①提高供电线路对地的绝缘电阻、不重复接地。重复接地或绝缘不好将严重影响漏电保护器的灵敏度。

②对不安装总保护的城镇供电线路，尽量采用多点重复接地，以提高家用保护器的灵敏度。

③对供电线路负载尽量各相拉平，减小三相绝缘电阻不平衡电流，变压器低压侧中性线接地要做到绝对可靠。接地电阻Q4

电流互感器的选择方法 篇3

关键词：电能计量;电流互感器;现场检定;测量误差

中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0214-03

计量用电流互感器是计费电能计量装置的重要组成部分，其计量的准确性直接关系到供用电贸易双方的利益。电流互感器的现场检定分为首次检定（包括投运前验收检定）、后续检定（周期检定）和使用中检定，检定依据的为电流互感器的现场检定，不仅要测量其额定二次负荷下的误差，而且还要测量其实际二次负荷下的误差。为保证现场检定工作的安全顺利开展和检定结果的正确，现场检定前必须认真勘测现场和做好安全措施，配备足够熟练掌握现场检定、计量标准设备操作维护技能，熟悉有关二次回路的检定工作人员（需持有电流互感器检定项目计量检定员证）。下面就电流互感器的现场检定方法探讨如下：

一、电流互感器的现场检定项目

电流互感器的现场检定项目包括外观和标志检查、绝缘试验、计量绕组极性检查、额定负荷和1/4额定负荷下基本误差测量、实负荷下基本误差测量、计量二次电流回路实际负荷检测、稳定性试验、运行变差试验、磁饱和裕度试验等。电流互感器的外观和标志检查、计量绕组极性检查、基本误差测量、实际负荷检测为现场检定常规项目，稳定性、运行变差、磁饱和裕度试验现场检定项目，是JJG1021规程根据电流互感器运行误差变化、现场运行环境影响、新型软磁材料的使用等影响誤差因素增加的检定项目。

二、电流互感器的现场检定条件

现场检定条件大体包括环境、标准设备及试验电源条件三个部分，实施计量用电流互感器现场检定时，应严格按照JJG1021规程要求对现场检定条件进行控制，确保检定结果准确可信。环境条件分为环境温湿度条件和环境电磁干扰条件两部分，是主要针对现场使用的计量标准设备规定的，所以JJG1021规程为适应现场检定，规定环境温度-25℃～55℃、环境湿度<95﹪的范围是放的比较宽的。这里需要注意的是，电流互感器标准在-25℃～55℃温度内，其误差变化不大，但电流负载箱都是按常温（5℃～35℃）设计生产的，一般在常温下使用温度附加误差可忽略，如超出常温会增加阻抗误差，互感器校验仪在低温使用时可能导致液晶显示器无法显示，建议使用适应低温和高温型的电流负载箱和低温型互感器校验仪。环境湿度条件是计量标准设备在现场使用时，设备电气部分表面无凝露的现场气候条件，以防止设备绝缘破坏造成计量标准设备损坏和检定人员触电事故的发生。

三、电流互感器现场检定的安全和防范措施

电流互感器现场检定前，一定要做好如下安全措施：

被检电流互感器从系统中隔离，并在一次侧两端挂接地线（检定时，为避免分流可拆除一侧接地线），接地线采用压接方式，接触要牢固可靠，并装设在检定人员的视线范围之内，同时悬挂警示标示牌和装设遮栏，防止非检定人员进入检定区域，以避免人身与设备事故的发生。

被检电流互感器二次有关保护回路应退出，若不能退出时，应将其他不检的二次回路全部可靠断开，断开点电流互感器测可靠短路，一个半接线方式的电流互感器二次回路，应将与被试无关的其他并联二次回路断开，以防止升流时二次电流窜入保护回路造成保护装置误动。现场检定中严禁在电流互感器二次回路和导线上进行任何工作，并做好防止电流互感器二次回路开路措施。电流互感器二次绕组永久性保护接地不得断开。测量互感器在实际二次负荷下的误差时，若电流互感器二次回路已接地，电流互感器校验仪接地端子不得再进行接地。所有标准和被检设备端子与一、二次试验接线必须紧锢，避免导线脱落。检定时，试验区内人员不得走动，避免踢落导线损坏设备。

四、电流互感器的现场检定

1.电流互感器的现场检定前的准备工作

计量标准设备经过长途运输，难免发生磕碰和颠震，检定前应细致地检查计量标准设备接线端钮有无松动现象，采用JJG1021规程推荐的自校方法，校验计量标准设备是否准确可靠、技术性能稳定，检查计量标准设备和试验及电源导线绝缘是否良好。

检定时尽量缩短一次大电流连接导线的长度，必要时，应采取措施将标准互感器和升流器置于被检电流互感器最小距离范围内。连接电流一次线时，应保持较大的接触面，以减少接触电阻，并确认一次回路没有其他旁路。独立式电流互感器一次接线端在两侧，注意一次串并联连接方式（多变比时）。一个半接线方式的电流互感器，一次接线端位于断路器两侧套管上，接线时注意检查断路器合、分状态，检定时断路器开关位置必须处于“合”状态。注意一次电流必须通过断路器形成闭合回路，因此检测时断路器要处于闭合状态。连接电流一次线时，尽量避免一次大电流连接导线从钢结构材料的架构内穿越，以免升流时架构形成的导流回路产生涡流，造成升流困难。

2.电流互感器的检定

电流互感器的检定顺序为外观检查、绕组极性的检查、误差测量、实负荷下基本误差测量、计量二次电流回路实际负荷检测，具体检定方法如下：

（1）电流互感器的外观检查。电流互感器的外观检查采用目测的方法，主要检查电流互感器的外观是否损伤（对油浸式，油位是否正常;对环氧树脂式，是否有裂痕;对SF6式，气压表指示值是否满足规定要求）;电流互感器铭牌 （包括技术参数、极性标志、额定绝缘水平、互感器型号、出厂序号、制造年月、准确度等级等） 及必要的标志是否清晰完整;接线端钮松动、缺少、损坏或无标记;多变比电流互感器在铭牌或面板上未标有不同电流比的接线方式;以及严重影响检定工作进行的其他缺陷。

（2）电流互感器的极性检查。电流互感器的极性检查，可与电流互感器误差测量一并进行，预先完成极性检查。按照图3规定的标记接好试验接线，缓慢通电至额定电流的2%以上时，如发现电流互感器校验仪的极性指示器动作报警，则排除变比接错、误差过大等原因（标准互感器的极性是已知的），可确认电流互感器极性接反。

（3）电流互感器误差的测量。电流互感器基本误差和实际负荷下误差的测量，一般采用标准电流互感器直接比较法。因为比较法可直接准确测出电流互感器的比差和角差，测量时用变比相同的标准电流互感器与被检电流互感器进行比较，两台互感器的二次差流为被检的比差，被检二次电流相量反转180度与一次电流相量之差为被检的角差，当二次电流相量超前一次电流相量时角差为正，反之为负。

电流互感器额定负荷和1/4额定负荷下基本误差测量：

按照图1电流互感器额定误差测量接线图接好线，不检的二次绕组短接。电流互感器误差测量应在退磁后进行，测量时缓慢调节调压器升流至额定电流的20﹪，同时观察电流互感器校验仪显示误差是否正常，如误差显示正常，按照表1电流互感器基本误差测量点，从最大测量点（或最小测量点）开始升流并读取被检电流互感器额定负荷和1/4额定负荷下误差测量数据。如误差显示不正常或极性的指示器动作报警，应立即将调压器降至零位，并断开试验电源，检查试验接线、变比、极性，同时还应检查被检电流互感器二次是否开路或接地。恢复正确接线后，按照上述误差测量方法读取误差测量数据。不同准确度的被检电流互感的测量误差应满足表2电流互感器基本误差限值的要求。

表1 电流互感器基本误差测量点

1① 5 20 100 120

上限负荷 + + + + +

下限负荷 + + + + -

注 ① ：只对S级电流互感器

电流互感器实负荷下基本误差测量：依据SD109-83《电能计量装置检验规程》5.3.2.4条“在安装现场检验电流互感器时，除了在规定的二次负载下测量误差外，还须在实际二次负载下测量误差，并对互感器的实际二次负载值进行测量”的规定，这是针对电流互感器标定的额定二次负荷与现场接入的实际二次负荷不匹配，极易造成计量用电流互感器超差运行，影响计费的公正性，所以现场基本误差测量项目不仅包括额定二次负荷下的误差测量，而且还应包括实际二次负荷下的误差测量。具体测量方法如下：按照图2电流互感器实负荷误差测量接线图接好线，不检的二次绕组短接。电流互感器实负荷误差测量应在额定负荷误差測量之后进行。测量前，首先检查电流互感器计量二次绕组所接二次电流计量回路在端子箱、计量屏、联合接线盒、计量表计接线端子压接是否牢固可靠，接线是否正确。确认无误后，在电流互感器计量二次绕组正常接线状态下，打开计量二次绕组S1接线，计量二次绕组S1接线端子与标准电流互感器的K1短接后接电流互感器校验仪的K端钮，打开的二次计量回路S1′接线接电流互感器校验仪的TX端钮，标准电流互感器的K2接电流互感器校验仪的T0端钮。接好一、二次试验接线后，按照电流互感器额定误差测量方法开始升流并读取被检电流互感器实负荷下的误差测量数据。

3.电流互感器实际二次负荷的测量

DL/T448-2000电能计量装置技术管理规程5.4条电能计量装置的配置原则中明确规定，互感器实际二次负荷应在25%～100%额定二次负荷范围内，是为了保证电流互感器在二次实际负荷下准确计量。现场测量电流互感器实际二次负荷的目的，就是为了确定电流互感器标定的额定二次负荷与现场接入的实际二次负荷是否匹配，实际二次负荷是否在1/4额定二次负荷和额定二次负荷之内，是否在二次实际负荷下误差在其准确度允许限值范围内，以保证计费的公正性。

电流互感器实际二次负荷测量接线见图3，打开被检电流互感器S1和S2端子的二次接线并将S1和S2端子短接，然后将打开的二次计量回路S1′接线与标准电流互感器的K1短接后接电流互感器校验仪的K端钮，S2′接电流互感器校验仪的TX端钮，标准电流互感器的K2接电流互感器校验仪的T0端钮，一次试验接线不变，不检的二次绕组短接。

五、电流互感器现场检定异常的处理

电流互感器现场检定不同于室内，由于试验设备长途运输颠震和被检与计量标准试验设备一、二次试验接线连接方式的不同，难免会发生试验设备故障、接线错误和测量误差不稳定等异常现象。现场检定发生异常，建议按下述方法进行检查和处理。

1.计量标准试验设备故障

电流互感器的现场检定，基本采用低压试验的方法，计量标准设备一般不会发生绝缘损坏。由于计量标准设备长途运输颠震及现场搬运，极易造成设备接线端钮与内部接线接触不良和松动。如现场排除极性、变比、接线错误，则应重点检查标准电流互感器、电流互感器现场校验、电流负载箱、电源控制箱接线端钮与内部接线和控制开关接触情况，若存在压接松动和接触不良现象，应及时紧固。

现检定时，电流互感器校验仪故障发生率较高（建议多带一台校验仪作为备用），若发现电流互感器校验仪误差示值异常时，可更换备用电流互感器校验仪进行比较，以确定是否故障。

2.一、二次试验接线与变比错误

测量被检电流互感器误差时，若发现电流互感器校验仪极性开关动作并排除极性错误，则应重点检查一、二次试验接线是否正确和被检与标准电流互感器的变比是否一致。

由于被检电流互感器安装在一定高度的架构上，应检查一次大电流试验导线绝缘破损与架构之间是否形成短路，一次为双变比串并联接线方式的电流互感器串联接线时，一次连接板间均压导线未拆除形成短路或分流。还应检查电流互感器一次两端接地刀闸是否均在合上位置存在一次旁路电流。检查二次试验接线错误时，应注意电流互感器二次是否有多点接地和二次试验导线绝缘是否破损短路现象。

当发生变比错误时，在排除上述一、二次试验接线错误的基础上，检查标准电流互感器对应变比一、二次接线，被检多变比电流互感器二次对应变比抽头接线是否正确，未检抽头是否存短路。500kV套管式多变比电流互感器应检查二次对应变比抽头与速饱和电抗器接线端子接线是否对应。测量电流互感器实际负荷下误差发现接线错误时，除了检查二次试验接线外，还应检查计量二次回路接线的正确性，以及计量二次回路各压接点的压接牢固情况。

3.测量误差不稳定

测量电流互感器误差时，发现电流互感器校验仪显示的误差不稳定，有下面两方面原因：

（1）电流互感器校验仪本身故障。电流互感器校验仪故障现象为显示的误差很小或者很大，这时可采用改变二次负载，观察误差变化是否规律合理（正常情况下，上限负载与下限负载的误差变化规律应接近等于误差限值的l～1.5倍）的方法判断校验仪是否正常。

（2）被检与标准电流互感器所接二次负载超出允许范围。因电流互感器的测量误差与所接负载有关，当发现测量误差异常时，应检查被检电流互感器所接二次连接导线电阻和电流负载箱及导线接触电阻是否超过额定负载，标准电流互感器所接二次连接导线电阻和工作电流回路内阻抗及导线接触电阻是否超出其规定的额定负载或下限负载范围。

六、结束语

电流互感器的现场检定是电能计量管理的一项重要基础工作。采用正确的现场检定方法，是保证现场检定工作顺利开展和检定结果正确性的一项非常重要措施。通过对电流互感器的现场检定方法的探讨，让现场检定人员进一步了解电流互感器现场检定环境、技术条件、设施对检定结果影响因素和现场检定容易出现的安全问题的控制及异常处理方法，不断提高电流互感器现场检定的工作质量，以确保电能计量装置的准确可靠和公正计费。

参考文献：

[1]王乐仁.电力互感器检定及应用[S].北京：中国计量出版社，

2010.

[2]国家电磁计量技术委员会.JJG 1021-2007 《电力互感器》[S].北京：中国计量出版社，2007.

[3]中国水利电力部.SD109-83电能计量装置检验规程[S].北京：中国电力出版社，1983.

电流互感器的选择方法 篇4

1 引起电流互感器误差的因素

引起电流互感器的误差, 主要因素有电流互感器铁芯材料及结构、二次负载、一次电流及一次电流的频率。电流互感器铁芯材料和结构, 直接影响铁芯中的各种损耗, 因此它对励磁电流的大小和相位均有影响, 将直接影响变比误差和相角误差。如果选型不当, 二次回路接入的负载过大, 超出了所容许的二次负载阻抗时, 在系统故障时, 电流幅值很大, 且含有非周期分量, 励磁电流的数值就会大大增加, 而使铁芯进入饱和状态。当电流互感器饱和之后, 其内阻大大减小, 极限情况下近似等于零, 一次电流仍为正弦波, 而铁芯中的磁通为平顶波, 二次电流波形呈间断波, 二次电流大大减小, 使互感器的误差大为增加。这样在系统故障时, 保护装置就不能准确的反映故障电流, 就极有可能发生保护拒动事故。

2 电流互感器二次输出容量与二次实际负载的匹配关系

2.1 电流互感器二次负载的计算

电流互感器的负载通常有两部分组成:一部分是所连接的测量仪表或保护装置, 另一部分是连接导线。计算电流互感器的负载时应注意不同接线方式下和故障状态下的阻抗换算系数。

电流互感器的二次负载可以用阻抗Z2 (Ω) 或容量S (VA) 表示。二者之间的关系为

S=I2*I2*Z2

当电流互感器二次电流为5 A时, S=25 Z2

2.2 测量用的电流互感器的负载计算

一般在工程计算时可忽略阻抗之间的相位差, 二次负载Z2可按下式计算

Z2=Kcj.zkZcj+Klx.zkZlx+Zc

式中:Zcj——测量表计线圈的阻抗 (Ω)

Zlx——连接导线的单程阻抗 (Ω) , 一般可忽略电抗, 仅计算电阻

式中:Zlx=0.0178L/S, S为导线截面积, L为导线长度

Zc——接触电阻 (Ω) , 一般取0.05~0.1 (Ω)

Kcj.zk——测量表计的阻抗换算系数

Klx.zk——连接导线的阻抗换算系数

2.3 保护用电流互感器

一般在工程计算时可忽略电抗, 二次负载Z2可按下式计算

Z2=Kj.zkZj+Kcx.zkZlx+Zc

式中:Zj——继电器电流线圈的阻抗 (Ω)

Zlx——连接导线的单程电阻 (Ω)

式中:Zlx=0.0178L/S, S为导线截面积, L为导线长度

Zc——接触电阻 (Ω) , 一般取0.05~0.1 (Ω)

Kj.zk——继电器的阻抗换算系数

Kcx.zk——连接导线的阻抗换算系数

2.4 电流互感器二次负载计算结果

2.4.1 计算条件

本文仅考虑目前常用的微机型保护测控装置及多功能电子式计量装置, 目前各大综自保护厂家生产的测量、保护装置的功率都不大于1VA/相, 接线一般采用三相星形接线或二相星形接线, 电缆采用铜芯控制电缆, 接触电阻取0.1欧, 二次电流5A, 电缆长度分别为50米、100米、150米及200米进行计算。

2.4.2 保护用电流互感器二次负载计算结果

根据《电测量及电能计量装置设计技术规程》 (DL/T 5137-2001) 10.1.5的要求, 即电流互感器二次绕组所接入的负载 (包括测量仪表、电能计量装置和连接导线等) 应保证实际二次负荷在25%~100%额定二次负荷范围内, 当电流互感器二次电流采用1 A时, 可选用10VA的二次容量, 用2.5 mm2截面的电缆传输距离至少可达200米, 而当电流互感器二次电流采用5 A时, 如果用2.5mm2截面的电缆进行传输, 则选择30VA的二次容量时, 传输距离都无法达到150米, 故按照规程要求不宜采用2.5 mm2截面的电缆, 至少要用4 m m 2截面的电缆, 则如果要求传输的距离在L≤100米时, 可选用二次容量为30VA的电流互感器, 传输的距离在100米≤L≤200米时, 可选用二次容量为50VA的电流互感器, 如果增大传输电缆的截面, 如采用6mm2截面的电缆时, 只要L≤1 0 0米, 二次容量只需30VA, 而当100米≤L≤200米时, 二次容量只需4 0 V A。

3 解决电流互感器二次输出容量与二次实际负载不匹配产生误差的措施

3.1 增大二次回路中控制电缆的截面。

因为大多数情况下, 电流互感器的负载主要由控制电缆的电阻决定, 增大控制电缆的截面, 以减小电流互感器二次绕组的负载, 达到减小电流互感器误差的目的。

3.2 串接一台相同变比的备用电流互感器。

将两台同变比的电流互感器串联使用, 可以提高电流互感器的容量, 使电流互感器允许的二次负载增大一倍, 从而减小电流互感器的误差。

3.3 改用伏安特性较高的电流互感器。

当使用的电流互感器不满足误差要求时, 可以使用伏安特性较高的电流互感器, 电流互感器的饱和电压提高, 相应地减小了电流互感器的误差。

3.4 增大电流互感器的变比。

由于变比增大, 二次电流成比例地减小, 在相同的负载下, 二次线圈感应电势也成比例下降, 磁通将按变比的平方下降, 使励磁电流减小, 从而减小电流互感器误差。

对于我公司来说, 此次改造现场发现的问题, 由于是用于差动保护, 考虑到对侧电流互感器, 因此变比无法改变。电缆是新更换的, 增加截面也不可能。采用串联电流互感器的措施, 开关柜内没有位置。而6kV各段开关柜正在准备改造, 更换电流互感器是比较方便的。6kV二段厂用电源进线柜距离主控室内的保护装置有1 1 0米, 经过计算, 二次负载容量要3 0 V A。而6 k V三段、四段、五段、六段厂用电源进线距离主控室内的保护装置最远有200米, 经过计算, 二次负载容量要50VA。对不符合要求的电流互感器都进行了更换, 试验满足要求。

4 日常维护中进一步的防范措施

由中国航空工业规划设计研究院组编, 中国电力出版社出版的《工业与民用配电设计手册》 (以下简称手册) 中给出的电流互感器允许误差计算步骤如下:

4.1按照保护装置类型计算流过电流互感器的一次电流倍数;

4.2根据电流互感器的型号、变比和一次电流倍数, 在10%误差曲线上确定电流互感器的允许二次负荷。

4.3按照对电流互感器二次负荷最严重的短路类型计算电流互感器的实际二次负载。

4.4比较实际二次负荷与允许二次负荷, 如实际二次负荷小于允许二次负荷, 表示电流互感器的误差不超过1 0%。

5 结束语

剩余电流动作保护器的正确选择 篇5

剩余电流动作保护器是用来防止电气事故、保护人身及设备安全的产品, 分间接接触保护和直接接触保护2种。国标GB6829称剩余电流动作保护器 (以下简称漏电保护器) , 其动作原理是取剩余电流值, 所谓剩余电流是指供电系统中导线流出的电流, 有一部分没有经过导线返回, 而流入大地, 经大地返回到变压器低压侧中性点, 称这个漏入大地的电流为剩余电流, 就是通常所讲的漏电电流, 漏电电流的取样元件均采用零序电流互感器。

2 产品选择

目前, 漏电保护器品种繁多, 结构各异, 其原理都是一个剩余电流动作型。用户应选购质量可靠的产品, 通过质量、环境及职业健康安全管理体系认证, 并认定已通过国家电工认证、具有3C认证的产品 (如南京康尼等) 。

漏电保护器分为以下3大类: (1) 单相漏电开关。它分电子式和电磁式, 由于电磁式漏电开关价格较高, 在农网改造大部分选用电子式漏电开关, 一般选用15mA或30mA, 动作时间小于0.1s, 用于直接接触保护, 防止人身触电事故发生。 (2) 漏电断路器。它分电子式和电磁复合式, 作为二级保护或三级保护。不论单极、二极、三极、四极漏电的断路器, 尽量选用动作电流小于等于50mA, 分断时间小于0.1s的产品, 用于直接接触保护。 (3) 漏电继电器。它为电子产品, 不能独立使用只能和交流接触器或带有脱扣线圈的空气开关配合使用作总保护或分支保护。当采用漏电继电器作为供电系统总保护, 一级保护尽量采用延时型或鉴相鉴幅漏电继电器, 并且漏电电流可调, 用于间接接触保护, 防止越级跳闸, 确保电网正常供电。脉冲动作电流值一般选50mA, 漏电电流动作值分档200~500mA之间可调, 漏电继电器与交流接触器配合的组合分断时间:≤0.2s或≤0.4s。以上产品按使用场合, 确定所采用的保护方式, 确定采取的品种。漏电保护器选购时特别注意负载容量的配合留一定的余量, 不导致漏电保护器产生误动作。

3 产品检测及试验

电流互感器的选择方法 篇6

MCB即微型空气断路器, 是电气中的过电流保护装置。它广泛应用于工业、商业及民用低压终端配电领域, 主要用途是保护线路末端的电线 (或电缆) 和用电设备, 有别于干线和主支路使用的工业配电型断路器和电动机保护型断路器。因此, 较全面地了解它的性能并正确选用具有重要意义。

1 MCB脱扣特性

在电气回路上装设MCB, 其作用是保护电气回路中的设备。电气回路中的电流可能超过回路中任何元件的额定电流或导线所能承载的电流时都应该配备过电流保护装置, 而在工业、商业及民用的小电流配电终端, 目前最为常用的就是MCB。过电流保护装置的电流等级设置都应该尽可能地选择低值, 但还要适用于预计的过电流 (如启动电机或给变压器电压时) 。选择保护装置时还要考虑到, 必须防止由于过电流而导致的控制开关装置的损坏。

常用MCB的脱扣元件通常有热敏和电磁2种形式。热敏脱扣主要用于过载保护, 跳闸电流与保护延时成反比, 即反时限;电磁脱扣常用于短路保护。根据IEC898和GB10963标准规定, MCB应符合以下跳闸特性曲线 (图1) 。

I1=1.13In, I1为热敏不脱扣电流。当运行电流达到额定电流的1.13倍时, MCB应具备长时运行的能力。当MCB的额定电流In≤63 A时, 应至少持续运行1 h以上;当MCB的额定电流In>63 A时, 应至少持续运行2 h以上。

I2=1.45In, I2为热敏脱扣电流。当运行电流达到额定电流的1.45倍时, MCB应延时后跳闸, 延时时间根据MCB的额定等级而不同, In≤63 A时, 其延时小于1 h;当In>63 A时, 其延时小于2 h。另外, IEC898和GB10963标准还规定, 当电流为2.55In时, 脱扣时间根据MCB的额定电流级别不同应符合:In≤32 A, 脱扣时t为1 s32 A, 脱扣时t为1 s

跳闸特性曲线中的I4、I5为电磁脱扣区域, 根据使用场合不同分A、B、C、D种特性。

特性A用于需要快速 (无延时) 脱扣的小型断路器, 亦即用于较低的故障电流值 (通常是额定电流In的2~3倍) , 以限制I2t值和总分断时间。该特性允许用1个小型断路器来替代熔断器作为电子元器件的过电流保护。

特性B用于需要较快速度脱扣且短路电流不是很大的小型断路器, 例如电压互感器的二次侧线路保护;相比特性A, 特性B允许通过的峰值电流<3In。

特性C适用于大部分电气回路, 它允许负载通过较高的短时峰值电流而小型断路器不动作。特性C允许通过的峰值电流最大可达5In。

特性D则被用于峰值电流很高 (<10In) 的开关设备, 例如, 它可以用于变压器的一次侧线路和电磁阀等的保护。

以特性B的曲线为例, 当回路电流I4=3In时启动电磁脱扣保护, 动作延时为t≥0.1 s;而当回路电流I5=5In时, 电磁脱扣装置动作延时为t<0.1 s。

跳闸特性曲线4种特性如表1所示。

2 MCB的额定电流和过载保护电流选择

2.1 选择尽可能低的电流等级

MCB的额定电流为In, 被保护线路的计算电流为IB, 被保护线路 (导体) 的允许持续电流为IZ, 在所有情况下必须保证以下关系:IB≤In和IB≤Iz。过电流装置要提供过电流保护就需要满足下列关系:IB≤In≤Iz和I2≤1.45Iz, 其中, I2为最小不脱扣电流, 即当线路过载持续1 h后断路器会将其断开。而当过电流保护装置仅提供短路保护时, In可能会大于Iz, 并且I2可能会大于1.45Iz。要特别注意的是, 当In越大于Iz, 短路发生时就越可能超出导线的短路电流极限温度, 尤其是对于尺寸为16 mm2及以下较细的导线。计算时, 务必要求所有导线都有过电流保护, 保护装置加在所有带电导线上, 须在导线达到允许的最高温度前切断电缆中的任何短路电流。PVC绝缘导线负荷限制曲线如图2所示。

PVC绝缘导线的工作温度是+70℃, 当短路电流使导线升温到+160℃时可承受的时间不到5 s。实际工作过程中, 当保护装置电流达到I, 且在不超过时间t内阻断线路电流时, 就可满足过电流保护的要求。这个时间秒值应用如下公式计算:

因此, 为保护用电回路的安全, 在适用范围内应选择尽可能低的额定电流等级。

2.2 考虑周围环境温度对MCB跳闸的影响

微型断路器的热敏不脱扣电流参考环境温度为30℃。如果安装断路器的地点环境温度高于或低于30℃, 则应在该温度时借助正确校正的系数对断路器的额定电流进行测量。对于微型断路器来说, 温度每增加或减少10℃, 铭牌上标注的额定电流值将分别减少或增加5%。例如, 额定电流为60 A的MCB, 其安装在温度长期保持为50℃的配电箱时, 额定电流应为60×0.9=54 A。

2.3 考虑与其他MCB间相互散热的影响

当配电箱中装有2个或2个以上的微型断路器或回路, 并且是并排安装和同时满负载运行时, 必须考虑MCB的降容使用。若把单极的MCB排成一排同时加上负载, 由于MCB自身会发热, 它们就会相互影响。影响系数与MCB的数量相关, 并排的MCB数量越多, 其修正系数就越小, 当成排数量达到9个时, 其IBmax应≤0.75In。在同样的持续负载作用下, MCB相互间散发的热量可以导致的降低效应如图3所示。

所以, MCB额定电流的选择需要考虑到其相互间散热及周围环境温度的影响。例如, 在环境温度为50℃时9个MCB挨个成排安装在配电箱, 则IBmax≤0.9×0.75In;IBmax≈2In/3, 即In≈3IBmax/2。

3 结语

MCB按照一定特性进行脱扣, 选择其额定电流时应尽可能选低电流等级, 同时要考虑到周围环境温度及同排或通箱安装的MCB相互间的影响。

参考文献

[1]西门子 (中国) 有限公司.小型断路器、剩余电流保护断路器和模数化产品

电流互感器的选择方法 篇7

间接矢量控制是目前世界上应用比较广泛的感应电机闭环控制策略[1]。这种控制策略是将定子电流进行解耦,分为磁场电流和转矩电流,转子磁链与磁场电流成正比,通过控制磁场电流的大小就可以控制转子磁场的大小[2,3]。一般来说,希望电机在额定转速以下,磁通保持恒定,在额定转速以上时,由于电压不能再升高,就必须通过减小磁通而达到提高转速的目的,也就是所谓的弱磁升速[4]。弱磁升速在很多应用中是非常重要的,例如数控机床,它通常需要运行到4倍的额定转速,弱磁升速最简单的方法就是将磁链与速度成反比,那么在间接矢量控制中,就是将磁场电流与速度成反比[5],但是这种方法并没有考虑磁场电流和转矩电流的最优分配,即电流利用率的问题[6,7],因此不能获得最大的输出转矩,这使得电机的恒功率区缩短,升速时间加长。

电机弱磁区运行有2个限制条件[8]:一是电流限制,电流不能无限增大;二是电压限制,能够加在电机上的电压是有限的,电机能够承受的电压也是有限的。本文根据以上2个条件,得到一种磁场电流的优化方案。

电机通过弱磁控制,可以以4～6倍额定转速的速度运行。在这样高速的情况下,铁耗的影响是不能被忽略的,它会导致电机参数的大范围变化[9],从而导致磁场定向不准,影响电机的控制性能,为此,近年出现了多种电机参数在线辨识方法[10,11,12,13,14],但它们算法复杂,不利于实时控制实现。本文通过测试在不同转速下的铁耗电流的大小,发现其变化的规律,然后对其进行线性化处理以进行补偿,从而避免了在线检测的复杂运算。

最后通过试验来验证方法是可行的,并且性能改善是显著的。

2 双闭环间接矢量控制系统简介

图1是双闭环间接矢量控制结构框图。图1中,速度环、电流解耦、磁场定向、电流环以及SVPWM都是通过DSP实现。图2为电流解耦示意图。所谓间接矢量控制,就是将Park坐标变换的d轴定义在转子磁场方向上,并且通过转子实际位置(θs)和滑差角(θsl)来间接计算转子磁场的位置(θe=θs+θsl),如图2所示。图2中,ismax为定子相电流峰值;iαs,iβs为静止坐标系下的定子电流分量;ids,iqs为旋转坐标系下的磁场电流和转矩电流。

3 磁场电流的优化选择

受母线电压和PWM调制策略的限制,施加在定子上的最大相电压为一有限值(Vmax),因此d/q旋转坐标系下的电压Vds,Vqs必须满足以下关系:

V${}_{d\text{s}}^2$+V${}_{q\text{s}}^2$≤V${}_{\max }^2$ (1)

同时,逆变器的输出电流以及电机允许施加的电流也是一有限值(Imax),那么d/q旋转坐标系下的电流ids,iqs必须满足以下关系:

i${}_{d\text{s}}^2$+i${}_{q\text{s}}^2$≤I${}_{\max }^2$ (2)

式(1)和式(2)是弱磁控制优化所必须遵从的两个条件。对弱磁控制进行优化的目的是为了获得最大的输出转矩,在间接矢量控制系统中,输出转矩为

${\rm T}{}_{\text{e}}=p\frac{L{}_{\text{m}}}{L{}_{\text{r}}}i{}_{q\text{s}}\Psi {}_{\text{r}d}(3)$

式中:p为电机磁极对数;Lm为定转子互感;Lr为转子电感;Ψrd为转子磁通d轴分量。

稳态情况下Ψrd可以表示为

Ψrd=Lmids

将其代入式(3)中:

${\rm T}{}_{\text{e}}=p\frac{L{}_{\text{m}}^2}{L{}_{\text{r}}}i{}_{q\text{s}}i{}_{d\text{s}}(4)$

3.1 电流约束下的电机运行情况分析

d/q轴电流满足i${}_{d\text{s}}^2$+i${}_{q\text{s}}^2$=I${}_{\max }^2$,是电流限制下能够输出最大转矩的前提条件。在该条件下式(4)可以表示为

${\rm T}{}_{\text{e}}=ki{}_{d\text{s}}\sqrt{{\rm I}{}_{\max }^2-i{}_{d\text{s}}^2}=k\sqrt{{\rm I}{}_{\max }^{2}i{}_{d\text{s}}^2-i{}_{d\text{s}}^4}(5)$

式中:k为一常数,$k=p\frac{L{}_{\text{m}}^2}{L{}_{\text{r}}}$。

令x=i${}_{d\text{s}}^2$(x>0),则式(5)中根号内为

y=I${}_{\max }^2$x-x2 (6)

由式(6)可知:当x=I${}_{\max }^2$/2,即$i{}_{d\text{s}}={\rm I}{}_{\max }/\sqrt{2}$时,y为最大值,即输出转矩最大。ids在区间$(0‚{\rm I}{}_{\max }/\sqrt{2})$时,y为增函数;ids在区间$({\rm I}{}_{\max }/\sqrt{2}‚+\propto )$时,y为减函数。

以上只是从数学的角度分析,在实际系统中,由于磁饱和的存在,Ψrd并不能一直与ids保持线性关系,即式(4)在磁饱和的情况下并不成立。对于大多数电机而言,额定磁通对应的磁场电流(idsn)即为最大的ids,通常$i{}_{d\text{s}\text{n}}<{\rm I}{}_{\max }/\sqrt{2}$,因此有意义的ids存在区间为(0,idsn),在这个区间内,输出转矩Te与ids成正比关系。

通过以上分析可知:在电流约束的情况下,ids越大(≤idsn),输出转矩就越大,所以在基速以下保持ids=idsn,在基速以上尽可能的保证ids为这个最大值,但是由于转速的不断增加,电压限制了ids的大小,这种情况下,只有同时满足两个限制条件(电流限制和电压限制)才有可能获得最大输出转矩。

3.2 电流和电压约束下的电机运行情况分析稳态情况下感应电机旋转坐标系下的电压等式为

Vds=idsRs-iqsσLsωe (7)

Vqs=iqsRs+idsLsωe (8)

式中:Rs为定子相电阻;Ls为定子电感;σ为总漏感系数。

在高速区域,电阻压降通常都忽略不计,因此式(7)和式(8)简化为

Vds=-iqsσLsωe (9)

Vqs=idsLsωe (10)

在同时满足式(1)和式(2)的情况下,结合式(9)和式(10)可得到以下方程组:

$\{\begin{array}{l}i{}_{d\text{s}}^2+i{}_{q\text{s}}^2={\rm I}{}_{\max }^2\\ (i{}_{q\text{s}}\sigma L{}_{\text{s}}\omega {}_{\text{e}}){}^2+(i{}_{d\text{s}}L{}_{\text{s}}\omega {}_{\text{e}}){}^2=V{}_{\max }^2\end{array}(11)$

求解该方程组可得:

$i{}_{d\text{s}}=\sqrt{\frac{V{}_{\max }^2-b{}^2{\rm I}{}_{\max }^2}{a{}^2-b{}^2}}V{}_{\max }^2\ge b{}^2{\rm I}{}_{\max }^2(12)$

$i{}_{q\text{s}}=\sqrt{{\rm I}{}_{\max }^2-i{}_{d\text{s}}^2}(13)$

其中,a=Lsωe,b=σLsωe,并且a>b。

由式(12)可知,ids是与ωe相关的量,当ωe比较小时,根据式(12)计算出来的ids>idsn,由前面的分析可知,这是不允许的,那么令ids=idsn,此时,电流限制的条件是满足的,但是电压限制的条件是不满足的(此时V${}_{d\text{s}}^2$+V${}_{q\text{s}}^2$<V${}_{\max }^2$)。

当V${}_{\max }^2$<b2I${}_{\max }^2$时,等式(12)是不成立的,即当ωe>Vmax/(σLsImax)时,电流限制的条件(等式(1))已经不能满足,此时i${}_{d\text{s}}^2$+i${}_{q\text{s}}^2$<I${}_{\max }^2$,但是电压限制的条件依然满足。

通过以上分析可知,在电流限制和电压限制同时满足的情况下,即当ωe≤Vmax/(σLsImax)时,ids根据式(12)给定,如果给定大于idsn时,令ids=idsn,iqs按照式(13)给定。

3.3电压约束下的电机运行情况分析

当ωe>Vmax/(σLsImax)时,电流限制将不能满足(此时i${}_{d\text{s}}^2$+i${}_{q\text{s}}^2$<I${}_{\max }^2$),这种情况下只有当满足电压限制的条件(V${}_{d\text{s}}^2$+V${}_{q\text{s}}^2$=V${}_{\max }^2$)时才可能获得最大的输出转矩。结合输出转矩式(5)和电压式(9)、式(10),可得:

${\rm T}{}_{\text{e}}=\frac{\sqrt{V{}_{\max }^{2}i{}_{d\text{s}}^2-a{}^{2}i{}_{d\text{s}}^4}}{b}(14)$

与3.1中做相同分析可知,当$i{}_{d\text{s}}=V{}_{\max }/(\sqrt{2}L{}_{\text{s}}\omega {}_{\text{e}})$时,输出转矩最大,此时$i{}_{q\text{s}}=\sqrt{V{}_{\max }^2-a{}^{2}i{}_{d\text{s}}^2}/b$。

综合以上3.1,3.2和3.3的分析,得到以下的优化控制规律:

1) ωe≤Vmax/(σLsImax),ids根据式(12)给定,若ids>idsn,则令ids=idsn,iqs按照式(13)给定;

2)当ωe>Vmax/(σLsImax)时,$i{}_{d\text{s}}=\frac{V{}_{\max }}{\sqrt{2}L{}_{\text{s}}\omega {}_{\text{e}}}‚i{}_{q\text{s}}=\sqrt{V{}_{\max }^2-a{}^{2}i{}_{d\text{s}}^2}/b。$

通过这种优化方法可以充分利用电流和电压,尽可能大的输出转矩,而且实现了从电流限制到电压限制的自然过渡,即从恒转矩区到恒功率区再到恒压区的自然过渡。

4 铁耗影响及其线性化补偿

考虑铁耗的感应电机等效电路如图3所示[15]。其中RFe为等效铁耗电阻。

在间接矢量控制系统中,励磁电流im=ids。由图3可知,d/q旋转坐标系下的d轴电流(id)实际包含两部分:磁场电流(ids)和铁耗电流(iFe)。基速以下运行时,iFe相对于ids而言很小,而被忽略不计,但随着转速的提高,iFe会不断增大,与此同时,由于需要弱磁控制,ids会不断的减小,在这种情况下,iFe相对于ids而言就不能被忽略了。

如果不对iFe进行补偿,则会导致实际转子磁场与给定不相符,并且会导致间接矢量控制磁场定向不准,而降低了电流的利用率,影响了电机的转矩输出。总之,在高速情况下,为了尽可能的输出转矩,必须对铁耗进行补偿。

空载稳态情况下,由式(9)可知:Vds=0,那么相电压峰值Vs=Vqs=idsLsωe,若磁场电流ids与ωe成反比,则电压应该恒定。在图1所示的间接矢量控制系统中,令d轴电流指令值idsref与ωe成反比,若铁耗相比较很小则电压基本恒定,当铁耗相比较很大则电压不会恒定,而是不断减小,即通过电压可以测出实际的磁场电流idst,那么iFe=idsref-idst。

依据上述方法进行测试铁耗的试验。试验装置为自行开发的主轴驱动器,该系统采用全数字间接矢量控制,DSP采用TI公司的TMS320LF2407A,功率模块为三菱公司PM75RLA120,开关频率为10 kHz。所用电机为7.5 kW,2对极,额定转速为1 500 r/min,最高转速为8 000 r/min的主轴电机,额定磁场电流为10 A,电机参数为:定子电阻0.751 Ω,定子漏感3.1 mH,转子电阻0.547 Ω,转子漏感3.1 mH,互感56.6 mH。图4是在上述情况下的电压与速度的关系曲线。由图4可以看出,在4 500 r/min以上,电压下降比较明显,而且随着转速的升高,电压下降越来越多,也就说明铁耗越来越大。

由式(10)和电机的速度可以计算出实际的磁场电流(idst),d轴电流指令值(idsref)为已知,因此由iFe=idsref-idst,可以绘出iFe与速度的曲线如图5所示。

由图5可以看出iFe与速度基本成线性关系,由于在3 000 r/min以后,iFe的影响才比较明显,因此对3 000 r/min以后的iFe进行近似处理,可得到以下线性关系:

$i{}_{\text{F}\text{e}}=\frac{n}{9210}+0.711(15)$

式中:n为电机转速,n≥3 000 r/min。

根据式(15),可以对d轴电流的指令值idsref进行实时的补偿。图6所示为补偿前后的定子相电压有效值比较曲线。

由图6可以看出,补偿之后定子相电压基本恒定,说明实际磁场大小与给定磁场大小是相吻合的(与速度成反比变化)。

5 物理试验

物理试验仍然采用上述装置。首先进行0～8 000 r/min的速度阶跃试验,弱磁控制策略分别采用以下3种:1)idsref采用本文所提出的优化策略,同时进行铁耗补偿;2)idsref采用本文所提出的优化策略,但没有进行铁耗补偿;3)idsref与速度成反比。试验对比曲线如图7所示。由图7可以看出,采用优化策略后速度在基速以上速度上升明显加快,而在进行铁耗补偿后(3 000 r/min以上),速度提升更快,0～8 000 r/min最快时间为1.5 s(见图7①),最慢为2.1 s(见图7③)。

由于测试设备的限制,对该电机的带载试验最高转速只能到5 000 r/min,图8是上述弱磁控制策略的带载试验比较曲线。

由图8可以看出,采用idsref与速度成反比的弱磁控制策略时恒功率区只能到2 000 r/min左右,而采用优化策略后,恒功率区则可以到4 500 r/min, 进行铁耗补偿后则可以到5 000 r/min以上。

6 结论

本文对间接矢量控制系统中感应电机的弱磁控制存在的问题进行了详细的分析,并且提出了一套解决方案。在电压、电流有限的情况下,对磁场电流和转矩电流进行优化配置,提高电流的利用率;针对高速区铁耗的影响,提出一种线性化的铁耗补偿方法,保证转子磁场与给定相匹配。试验证明通过这些方法,缩短了升速时间,延长了恒功率区,提高了系统的控制性能。

本文所提出的方法已经应用于为某数控公司开发的主轴驱动器中。实践证明该系统达到了预期的设计要求。

电流互感器的选择方法 篇8

在电力系统中, 电力互感器作为一次主要元件在开关柜中应用极其广泛。所以互感器的使用及维护显得尤为重要。它是一种特殊的变压器:电压互感器是一个带铁心的变压器, 主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时, 在铁心中就产生一个磁通φ, 根据电磁感应定律, 则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数, 可以产生不同的一次电压与二次电压的比, 这就可组成不同比的电压互感器。它将高电压按比例转换成低电压, 即100V, 电压互感器一次侧接一次系统, 二次侧接测量仪表、继电保护等, 主要是电磁式的 (电容式电压互感器应用广泛) , 另有非电磁式的, 如电子式、光电式。

2 互感器的作用

高压互感器 (instrument transformer) 是按比例变换电压或电流的设备。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 (5A或10A, 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。同时高压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。按比例变换电压或电流的设备。

3 互感器误差测量

用1.5V～3V干电池将其正极接于互感器的一次线圈L1, L2接负极, 互感器的二次侧K1接毫安表正极, 负极接K2, 接好线后将K合上毫安表指针正偏, 拉开后毫安表指针负偏, 说明互感器接在电池正极上的端头与接在毫安表正端的端头为同极性。K1为同极性即互感器为减极性。如指针摆动与上述相反为加极性。

4 电流互感器交流法

只对比差起到补偿作用, 补偿量与二次负荷和电流大小无关。补偿匝数一般只有几匝, 匝数补偿应计算电流低端二次阻抗最大时, 和电流高端二次阻抗最小时误差。对于高精度的微型电流互感器匝数补偿那怕只补偿1匝, 就会补偿过量。这时可以采用半匝或分数匝补偿。但是电流互感器的匝数是以通过铁芯窗口的封闭回路计算的, 电流互感器的匝数是一匝一匝计算的, 不存在半匝的情况。采用半匝或分数匝补偿必须采用辅助手段如:双绕组、双铁芯等。辅助铁芯补偿对比差、角差都起到补偿作用, 但辅助铁芯补偿的方法制作工艺比较复杂。

5 电压互感器的选择与使用

(1) 选择。

(1) 根据被测电压的高低选择电压互感器的额定变压比, 即应该使是所用的电压互感器的一次线圈的额定电压大于被测电压。 (2) 与电压互感器配套的测量仪表一般选100V的交流电压表。通常板式电压表是按所选用的电压互感器的一次线圈额定电压刻度的, 而在该刻表上标明了所需配用的电压互感器规格, 因此按此规格选用电压互感器即可。

(2) 互感器的正确使用。

(1) 电压互感器的一次线圈与被测电压的电路并联, 而二次线圈与测量仪表相连接, 并使极性正确。 (2) 电压互感器的一、二次线圈都应接熔断器, 以防止发生断裂故障。电压互感器的二次线圈不准短路, 否则电压互感器将因过热而烧毁。除了装设熔断器外, 有时还安装保护电阻, 用以减小短路电流。 (3) 电压互感器的二次线圈, 铁心和外壳都必须可靠接地, 这样即使在线圈绝缘损坏, 二次线圈对电压也不会升高, 以保住人身和设备安全。

6 互感器在运行时的注意事项

(1) 电流互感器: (1) 在工作时其二次侧不得开路, 这是因为电流互感器在工作时二次负荷小, 因此接近于短路状态, 依据磁动势平衡的原理二次绕组侧会感应高电压危险及人身和设备的安全。 (2) 二次侧必须有一端接地, 这是为了防止其一二次绕组绝缘击穿时, 一次侧的高电压窜入二次侧则会危及人身和设备的安全。 (3) 电流互感器不允许长期过载运行, 如长期过载运行会造成铁芯严重发热, 致使绝缘老化缩短寿命。

(2) 电压互感器: (1) 电压互感器的原绕组是并联在一次电路中, 与电力变压器一样二次侧不能短路, 否则会产生很大的短路电流, 烧毁电压互感器。 (2) 电压互感器在连接时也要注意其端子的极性, 按规定单相电压互感器的一次绕组端子标A, X, 二次绕组端子标以ax, A与a, X与x分别为同名端。

(3) 使用问答。

1) 当有几种表计接于同一组电流互感器时, 其接线顺序如何?

答:其接线顺序是:指示仪表、电度仪表、记录仪表和发送仪表。

2) 使用电流互感器应注意的要点有哪些?

答: (1) 电流互感器的配置应满足测量表计、自动装置的要求。 (2) 要合理选择变比。 (3) 极性应连接正确。 (4) 运行中的电流互感器二次线圈不许开路。 (5) 电流互感器二次应可靠接地。 (6) 二次短路时严禁用保险丝代替短路线或短路片。 (7) 二次线不得缠绕。

3) 电流互感器的轮校周期和检修项目是什么?

答;计量用和作标准用的仪器和有特殊要求的电流互感器校验周期为每两年一次, 一般仪用互感器核验周期为每四年一次。仪用互感器的检验项目为:校验一、二次线圈极性;测定比差和角差;测量绝缘电阻、介质损失以及而压试验。

4) 怎样根据电流互感器二次阻抗正确选择二次接线的截面积?

答:可根据下式计算进行选择:

式中S为连接导线的截面积;

Lm为连接导线的计算长度m, 单机接线Lm=2L, 星形接线Lm=L, 不完全星形接线

ρ为导线电阻率Ωmm2/m;

Z为对应于电流互感器准确等级的二次负荷额定阻抗, 可从铭牌查出;rq为为仪表电流线圈的总阻抗Ω;rj为为继电器电流线圈的总阻抗Ω;rc为连接二次线的接触电明一般取0.05Ω

7 结语

总之电力互感器, 在高压开关柜中是一个极其重要的一次元件, 电力配电室的运行人员应在大修或交接时, 按电力标准参考上述方法去选择使用和在运行过程中检修和维护它。

参考文献

[1]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社, 1998.

电流互感器的选择方法 篇9

1 范围

本文作为确定低压开关设备和控制设备过电流保护装置之间的选择性的应用指南,汇总了有关名词术语的定义,提供了应用范例。

本文涉及下列标准:

IEC 60255-3、IEC 60255-6、IEC 60255-8、I E C 60255-12;I E C 60269-1、I E C 60269-2、I E C 60269-3、I E C 60269-4;I E C60898-1;IEC 60947系列标准;IEC 61008-1;IEC 61009-1。

本文不涉及其它保护形式,诸如逆功率保护、正向保护、电弧保护系统等。

2 参考标准

参考标准见参考文献[1-16]。

3 术语和定义及缩写

3.1 术语按英文字母排序

3.2 术语和定义

3.2.1 过电流保护装置的配合

串联的两个或多个过电流保护装置的配合,以保证选择性和(或)后备保护。

3.2.2 过电流选择性

两个或多个过电流保护电器之间的动作特性的配合。在给定范围内出现过电流时,指定在这个范围动作的电器动作,而其它电器不动作(IEV 441-17-15)。

注:串联选择性和网络选择性是有区别的,串联选择性包含不同的过电流保护电器同时通过同一电流;网络选择性包含同一保护电器通过不同大小的过电流。

3.2.3 保护的选择性

识别电力系统中发生故障段和(或)相的保护能力(IEV 448-11-06)。

3.2.4 选择性极限电流

上级(IEC中称上游,下同)过电流保护装置的最大断开时间-电流特性与下级(IEC中称下游)过电流保护装置的弧前(对熔断器)或脱扣(对断路器)时间-电流特性之间交叉点的电流(Is)(IEV 442-05-60修正了的)。

注1:对无人为延时断路器组合情况,在短路区域内选择性极限电流不是一个简单的时间函数,必须根据试验数据确定。

注2:对熔断器组合情况,在短路区域内选择性极限电流是允通能量I2t的函数。

3.2.5 过电流保护装置(OCPD)

OCPD是电路电流超过预先确定的规定延时情况下用于断开电路的装置(IEV 826-14-14修正了的)。

注:术语OCPD包括一过电流保护继电器与一单独的开关电器组合的用途。

3.2.6 后备保护

后备保护指两个串联的过电流保护电器的一种过电流配合。电源侧保护电器(一般是电源侧,但并非一定是电源侧)在有(无)另一保护电器的帮助下实现过电流保护,并防止另一个保护电器的过负荷。

3.2.7 上级(上游)电器UD

考虑两个OCPD之间的选择性时,连接到最靠近电源电路中的OCPD。

3.2.8 下级(下游)电器DD

考虑两个OCPD之间的选择性时,连接到上级电器之后至负载中间电路的OCPD。

3.2.9 过载区域(过电流的)

过载区域指超过OCPD额定电流的电流范围,在电路中无故障时由电路负载而引起的。

注1:OCPD动作的过载区域,根据反时限电流-时间特性在几秒至4 h的范围内。

注2:在配电电路情况下,过载区域没有严格规定,因为它取决于负载承受过电流的能力,它可按OCPD的特性规定如下:

(1)在断路器情况下,过载区域是脱扣特性反时限变化起点至实际上是瞬动之间的区域,实际瞬动水平在0.2 s以内动作。典型的情况发生在10倍标称全负载的范围,取决于整定值。

(2)微型断路器MCB按IEC 60898-1瞬动脱扣极限中有的规定,在该标准表J中规定有三种型式:B、C和D。

(3)在熔断器情况下,过电流区域可考虑造成熔断器在0.1 s以上动作的过电流值。典型的在10～20倍额定电流以下。

注3:在一条电路供一单独电动机的情况,过载区域限制在电动机的堵转电流。典型的6～15倍电动机满载电流(Ie),特殊情况可见更高值。

注4:在过载区域内可能出现瞬变条件,例如变压器冲击电流,时间仅为数毫秒。

3.2.1 0 故障电流区域(过电流的)

故障电流区域指由电路故障产生的超过过载电流的电流范围。

4 选择性要求的范围

4.1 概述

表1示出考虑的OCPD的范围,并列出了每种选择性的符号和相应的条款。如果过电流保护电器装有由电源线电压供电的欠电压脱扣器时,可能由于上级电器的动作(因短路引起电压降低)而影响选择性。为了提高选择性,欠电压脱扣器应有一定的延时。

表中代号:

C B—断路器;M C B—微型断路器,符合IEC 60898-1;C PS—控制与保护的开关电器,符合IEC 60947-6-2;MOR—电动机过载继电器;RC D—剩余电流装置,符合IEC 61008-1、IEC 61009-1;FU—熔断器,符合IEC 60269系列。

4.2 电动机保护断路器和手动电动机起动器

这些电器没有独立的IEC标准覆盖,但是其中断路器特性包括在IEC 60947-2中,电动机过载继电器的特性包括在IEC 60947-4-1中,为了讨论上级电器选择性目的,可用对待断路器同样的方式对待。

5 选择性的确定

本条讨论确定两个串联OCPD在系统中任何一点的选择性的方法。完善的协调研究要求把一些方法应用到所有的OCPD中,从电源到负载。在确定选择性极限电流时必须考虑动作特性的应用误差。

为简化起见,在后面的图中用没有误差的特性带表示。在利用公布的时间-电流特性时,对下级电器(DD)需考虑最大动作时间曲线,对上级电器(UD)需考虑最小动作时间曲线。

注:为精确严格起见,热式过载装置应考虑动作温度,考虑冷、热二种特性。实际上在多数情况下比较二条冷态特性或二条热态特性足以得到满意的解决。

5.1 断路器作为上级电器(UD)

由断路器MCB、MCCB、ACB提供过电流保护特性:

内部——热/磁式、电子式,仅MCCB、ACB;

外部遥控——由MCCB或ACB组合的过电流保护继电器。

5.1.1 断路器之间的选择性

5.1.1. 1 断路器——在过载区域的选择性

在过载区域内的选择性用比较时间-电流特性验证,见图1a)和图1b)(图1b)仅适用于MCCB和ACB)。在过载区域内,特性的时间轴和电流轴离开,就能保证DD对相应的UD选择性动作。应考虑应用误差,按产品标准要求,制造商的数据应表示成误差带或用其它方式表示应用误差。

5.1.1. 2 断路器——在故障电流区域内的选择性

断路器之间的选择性在产品标准IEC 60947-2附录A和IEC 60898-1附录D中有详尽描述,并规定了确定在故障区域内的选择性的试验方法。这些适用的方法在5.1.1.2.1和5.1.1.2.2中再加详述。

注:由于基本结构原因,符合IEC 60898-1的MCB一般对符合IEC 60947-2的MCCB有高度选择性。

5.1.1. 2. 1 断路器——用比较特性曲线法确定在故障区域内的选择性

根据特性曲线确定两台断路器在故障区域内的选择性仅限于有电子脱扣器提供的短延时功能的情况,见图2,使UD瞬时脱扣的故障电流时的选择性,对电子式和电磁式脱扣器二者均须按制造商提供的试验数据确定(见5.1.1.2.2)。

在UD是热/磁式断路器的情况,如果没有专门的试验数据,两台断路器在故障电流区域的选择性的最低水平可如下确定:

当DD的允通电流峰值低于UD的相应瞬时脱扣值的峰值,就认为在故障电流区域有选择性。

例:UD=800 A MCCB;I瞬时=(8～12)k A;DD=125 A MCCB(即整定值(10±0.2)k A)。

UD的最小脱扣水平为8×1.414=11.3 k A峰值;由于DD的限流效应,从工厂数据得知DD在15 kA的预期允通电流为11 kA峰值,因此系统至少在15 kA预期电流时有选择性。

注:按此方法得到的选择性极限电流在低端会有误差,按试验确定的实际选择性极限在多数情况下有明显提高。

5.1.1. 2. 2 断路器在发生瞬时脱扣的故障电流区域内由试验确定选择性

对每种断路器组合,选择性极限电流由试验确定,制造商必须提供试验数据,一般用特性曲线形式提供,对不同情况,选择性可能是全选择性或局部选择性:

(1)全选择性。意即在短路分断能力以下的全部过电流,只有DD动作(至脱扣位置),在DD是限流断路器的情况下,由于电动斥力触头动作,可达到高于DD短路分断能力的全选择性。电动斥力触头动作指触头在电动力作用瞬间斥开一会(典型的为<10 ms),见注3。

(2)局部选择性。意即在过电流低于DD的短路分断能力时的选择性。选择性极限电流由比较时间-电流特性得到,或在UD为瞬时脱扣情况下,由制造商提供的试验数据得到。在UD是限流断路器的情况下,可能发生电动斥力触头动作。

适于断路器应用的选择性等级举例给于附录A中。

在某些应用中,电动斥力触头瞬间斥开一会可能不适用。在此情况下选用不会发生触头斥开的断路器或把断路器整定在不发生触头斥开的水平,即上级电器须采用短延时,但是要正确估计由于短路故障造成的电压降低,与SCPD(熔断器或断路器)无关,即与故障电流大小和至故障点电路的感抗有关。

注1:在引起断路器瞬时脱扣的故障电流区域内的选择性极限电流数据由试验得到,并需对每种装置的型式作规定,不同制造商的电器替换无判别方法。

注2:处理各个制造商提供的时间-电流数据,可利用确定选择性的专利软件系统。

注3:在故障电流大于DD的短路分断能力时,取决于后备保护的电动斥力触头动作,不适用于DD输入侧有感应负载(例如电动机)反馈巨大短路电流的情况。

5.1.2 断路器(UD)与熔断器(符合IEC269-1)(DD)之间的选择性

5.1.2. 1 断路器和熔断器——在过载区域内的选择性

在过载区域内的选择性由比较时间-电流特性曲线确定,见图3。

5.1.2. 2 断路器和熔断器——在故障区域内的选择性

在断路器带短路延时脱扣器情况下由比较时间-电流特性曲线可确定故障区域内的选择性。在断路器不带短路延时脱扣器情况下,在瞬时脱扣区域内,选择性极限电流必须由制造商提供的试验数据确定。

当UD是热/磁式断路器又没有专门试验数据时,断路器和熔断器在故障电流区域内的选择性按下述确定之:DD在故障电流的峰值允通电流低于相应于UD瞬时脱扣水平的峰值时认为有选择性。

注:用此方法确定的选择性极限在低端会有误差,在多数情况下按试验确定的实际水平有明显提高。

5.1.3 断路器(UD)和控制与保护电器(DD)(符合IEC 60947-6-2)之间的选择性

一般控制与保护电器(符合IEC 60947-6-2)是一种终端电器,即电动机控制器,由于它有内置过电流继电器,又有高短路分断能力,所以可用像断路器同样的方法确定选择性(见5.1.1)。