电流有效值（共8篇）
电流有效值 篇1
煤矿井下处于瓦斯、潮湿、煤尘等恶劣的工作环境之下, 在采区井下直流牵引供电与低压电网当中, 常常会导致杂散电流, 进而腐蚀金属管道, 这不利于矿井生产的安全。为此, 防治矿井杂散电流是十分关键的。
1 杂散电流的危害与原因
1.1 杂散电流的危害
1.1.1 出现瓦斯煤尘的爆炸。
因为瓦斯等气体会出现在煤矿井下, 与此同时, 也存在着煤尘, 如果矿井的通风性比较差, 从而使得煤尘和瓦斯等积聚, 这就会导致爆炸事故的出现。这样, 混合气体当中会引进电火花, 从而出现瓦斯煤尘的爆炸。
1.1.2 馈电开关和漏电保护设施的误动作
在矿井作业的时候, 倘若电机车离采区比较远, 通过绝缘电阻的杂散电流就会到达低压电网, 且经过零序电抗线圈和三相抗电器流到继电器, 最后流到接地网, 且通过电点回流向负母线回流。这样, 在当电流通过继电器的过程中, 会在瞬间加大继电器线圈的电流, 进而出现馈电开关和漏电保护设施的误动作。
1.1.3 金属的腐蚀
因为在大地流入杂散电流之后, 电缆外皮与金属管道的电阻值比较小, 所以在电缆与金属管道的外皮当中会流入电流, 倘若在回电点的位置流出电流, 然后通过电缆外皮与金属管道到达大地, 再到达轨道, 此时, 阴极区 (电流流入) 在电缆与管道的一侧形成, 而阳极区 (电流流出) 在电缆与管道的另外一侧形成, 这样, 电解槽就在轨道与管道大地形成, 从而导致金属的腐蚀。
1.1.4 误引爆
当矿井雷管的电流在300m A以上或者是雷管两脚线之间的电压在1-1.5V之间, 就会导致引爆现象的出现。在架线式电机车运输轨道连接炮采炮掘工作面的时候, 当轨端绝缘设施达不到有关技术标准的前提下, 因为存在杂散电流, 这就使得地电位出现在工作面道轨, 在放炮员把雷管的一根脚线接触大地, 而另外一根接触道轨, 大地和道轨之间有足够大的电位的前提条件下, 就出现雷管的误引爆。
1.2 出现杂散电流的原因
1.2.1 出现交流杂散电流的原因
有关的矿井安全规定是不允许配电变压器的中性点跟大地直接进行连接的, 并且不允许从地面中性点直接跟大地相连接的发电机或者是变压器往矿井供电, 这样在电容不等的前提下, 零序电流出现, 且通过接地线或者是大地往电网当中回流。
1.2.2 出现直流杂散电流的原因
在矿井架线电机车运输的当中, 应用的是直流牵引供电, 因为大地与回流轨道间并非完全绝缘的, 再者, 轨道当中的连接技术水平低或者是轨端连接丢失, 这使得一部分回流电流需要经过沿线金属管路, 从而使得电缆金属铠装电阻最小的路径到达变流所, 这就使得直流杂散电流出现
2 有效控制煤井杂散电流的方法策略
2.1 屏蔽电缆的应用
目前形势下, 我国矿井生产所应用的橡胶电缆往往会出现三相导线对地电容不相同的情况, 而应用屏蔽电缆能够使得电容的电流经过屏蔽层向电网当中回流, 这不再外泄零序电流, 从源头上阻止了杂散电流。
2.2 改变两个电阻值
(1) 减少轨道接头电阻值"加强轨道接头的维护, 保持良好的电气连接, 确保接头电阻符合《煤矿安全规程》 (2013年版) 第354条明文的规定:焊接长轨, 是减少轨道接头电阻极为有效的措施。
(2) 增大轨道与大地间的接触电阻。
保持轨道清洁、干燥是增大接触电阻的主要措施"对沿线管路和金属铠装电缆铺设支点施加绝缘, 也是增加杂散电流过渡电阻、减少杂散电流的重要措施。
2.3 电网电压极性的改变
电网电压极性的改变, 指的是负极架线相连, 而正极连接钢轨, 这样尽管不能够减少杂散电流, 可是能够减少电缆外皮的腐蚀。将电网的电压极性改变之后, 就会从牵引变流所旁边的轨道当中流出杂散电流, 这个时候轨道变成了回路阳极, 因此变流所旁边的钢轨会有比较严重的腐蚀, 然而能够对轨道实施定期地更换, 从而减少轨道的腐蚀性, 在牵引变流所旁边的杂散电流会向电缆外皮流, 因为改变了极性, 电缆变成了电解池的阴极, 进而有效地减少了电缆外皮的腐蚀。
2.4 使加载轨道负荷电流减少
2.4.1 敷设回流线的策略
可以将废旧钢丝绳顺着巷道敷设, 以此充当回流线将杂散的电流收集起来, 从而屏蔽金属管线及电缆, 且能够有效地减少牵引网络回路的电阻值, 改善架线电机车的技术水平。
2.4.2 双线供电接正负极的策略
在运输系统双线供电的过程中, 可以将一架线接负极, 而另外的一架线接正极, 在它的正负极间接轨道, 如果重车道上的负荷相同的过程中, 电流是不经过轨道的, 这就不会出现杂散电流。
2.5 轨道绝缘点的设置
一定要将两个绝缘点加在架线电机车回电与不回电轨道间, 在两种轨道的连接点设置第一个绝缘点, 在不回电轨道上设置第二个绝缘点, 并且确保绝缘点的干燥和清洁, 电阻值大于50KΩ。轨道绝缘点设置, 有效地隔开了架线电机车和采掘面的轨道, 从而防止了杂散电流的进入。
2.6 增加变流所, 使供电的半径缩短
在缩短供电半径后, 牵引网络电压就会下降, 从而也使得轨道电压下降, 有效地减少杂散电流。
2.7 两个电阻值的改变
2.7.1 增大大地和轨道之间的接触电阻
确保轨道的干燥和清洁, 对金属铠装电缆与沿线的管路铺设支点加绝缘, 从而保障杂散电流尽可能少的出现。
2.7.2
维护好轨道接头, 减少轨道接头的电阻值, 确保电气连接的优良, 保障接头电阻跟相关的标准符合。
3 结论
对于杂散电流, 实施一系列的策略进行控制, 可以减少杂散电流, 减轻对矿井安全所导致的危害, 确保矿井的安全生产。在以后不断进步的技术的影响下, 结合矿井安全生产的要求, 对容量比较大的自动化在线监测系统, 已在防治和监测杂散电流当中应用人工神经网络、通信技术、计算机技术、电子技术的最前沿研究成果, 最终主动地防止杂散电流, 减少成本, 确保人身的安全。
摘要：对于矿井轨道运输系统来说, 主体结构钢筋、电气设备以及井下大巷轨道附近埋地的管线经常遭受矿井杂散电流的电化学腐蚀, 对煤矿安全构成了严重威胁, 本文重点分析杂散电流产生的原因, 并详细介绍了杂散电流在煤矿生产中所造成的危害, 结合矿井的实际, 探析有效控制煤矿井下杂散电流的方法, 为煤矿的安全生产提供重要的理论支持, 并促进了矿井的和谐稳定、健康发展。
关键词：煤矿,井下,杂散电流,方法
参考文献
[1]王甲全.煤矿井下杂散电流的产生原因及防治[J].山东煤炭科技, 2013, 06.
[2]付天有.煤矿井下杂散电流的危害与防治对策[J].陕西煤炭, 2007, 10.
电流有效值 篇2
实验器材（每一实验小组）：
电源，一只电流表，两个小灯泡（附灯座），一个开关，导线若干条.
教学过程 ：
一、复习电流表使用
1）连接形式
2）量程和分度值
3）读数
二、教师讲解示范
1）连接电路时，一定要把开关打开.使用电源绝对不允许用导线直接跟电源两极相连，以防短路.
2）连线的先后次序.应根据电路图按照一定的顺序连接（一般从电源正极出发），防止漏接或错接.让学生从开始做电学实验就养成这种接线的良好习惯.
3）接线的技能
4）了解实验室用的是什么种类的电源，分清电源的正、负极.
5）电流表先接大量程，实验中合理换用量程.连接电流表时，让电流从电流表的正接线柱流入，从负接线柱流出，
6）连线完毕，对照电路图，按接线的思路顺序检查一遍电路，再闭合开关.
7）对没有把握的电路，用试触（瞬时碰接）的方法，试探接通电路.一般提倡用这种方法.
8）如果发生故障应立即断开电路，然后从电源的一个极出发，逐段检查原因.
9）做好实验纪录.读数要客观，要实事求是.
10）实验结束后，整理好实验器材使其恢复原状.
三、学生对实验提出疑问，并核查本组实验器材
四、学生实验
实验步骤
数据记录
数据分析并得出结论
（以上均参考参考教材）
五、实验结果交流
六、完成实验报告（可作为作业 ）
探究活动
【课题】扩展实验：研究混联电路中干路电流和各支路电流的关系
【组织】小组
【流程】
设计实验电路
设计记录表格
电流有效值 篇3
【 本刊讯】 近日, Fluke 369真有效值漏电流钳形表上市。
漏电流钳形表是电力系统的设备安装、维护、维修过程中工程师最常用的电气测试工具之一。Fluke 369 独特的61 毫米内径大钳口, 专为电力等行业中较大的接地线排设计。此系列产品钳口拥有独特的屏蔽层设计, 充分保证即使在测量小信号时, 也能最小化屏蔽外部电磁场的干扰。对漏电流钳形表来说, 碰撞导致的轻微变形也可能引起不易察觉的偏差, Fluke 369已获专利的手柄锁扣设计完美地解决了这个问题。
电流有效值 篇4
著名教育家陶行知先生说:“发明千千万, 起点是一问, ……智者问得巧, 愚者问得笨。”课堂提问是物理课堂教学的重要手段之一, 是教师开启学生心智、促进学生思维、增强学生主动参与意识的基本控制手段, 准确、恰当、有效的课堂提问才能激发学生的学习兴趣, 更好地提高课堂教学效率。好的课堂提问可以起到“一石激起千层浪”之效;一旦问题提得不当, 课堂气氛有可能如“石沉大海无影踪”, 使课堂教学无法进行下去, 教师也将处于尴尬局面之中。
下面是这次活动的部分课堂提问的实录。
(1) 师:说出你家中有哪些用电器?生:电饭锅……
(2) 师:物理学中把电流通过导体发热的现象叫电流的热…… 生:效应。
(3) 师:谁告诉你电磁炉是电热器的? (教师带有生气的表情) 生: (沉默) 。
(4) 师:同学们认识电炉吗?生:认识。
(5) 师:电饭锅通电时底板很热, 而与它相连的导线不怎么热, 是不是?生:是。
(6) 师:通过本节课的学习, 你有哪些收获?生:…… (对照教师板书读一遍)
从上面的提问可以看出, 在目前物理课堂教学过程中, 有些教师的提问存在以下问题。
一、提问具有随意性, 缺乏知识的导向性
课堂提问是传授知识的必要手段, 也是思维训练的有效途径, 高质量的提问, 可以启发学生积极思维, 既能巩固所学的知识, 也能生成新的问题, 提高学习效率。
例如, 文中的提问 (1) , 在刚学习电路知识时, 不失为一个有价值的问题, 可以巩固电路的组成知识, 但在本节课中再这样提问, 就没有什么价值了, 如果换种问法就更好了, 如“说出你家中将电能转化为内能的电器有哪些?”这样, 一方面可以得出电器是否是电热器的判断方法, 也可以得出电流热效应的含义;另一方面还能生成新的问题, 在听课时发现学生举的事例中有:电吹风、电磁炉、微波炉……, 在这点上有的教师处理得很好。
二、提问具有肤浅性, 缺乏知识的综合性
成功的提问, 能促进学生认真阅读课本, 查阅资料, 积极思考, 并利用已学过的知识解决新的问题, 从而培养学生终身学习的能力。但有的教师为了能体现课堂师生互动, 无效提问多, 有效提问少, 像“是不是”、“对不对”、“好不好”等一类毫无启发性的问题充斥课堂, 如上述提问中的 (1) (4) (5) , 表面很热闹, 师生互动频率高, 实际上学生的思维基本没有动起来, 所提问题与课堂教学的重点、难点距离较远, 偏离了主题, 浪费了时间。笔者认为与其问“同学们认识电炉吗?”不如问“电吹风是电热器吗?为什么?”这个问题综合性就比较强, 它涉及电流的热效应, 电热器的判断方法, 电吹风的能量转化等知识。
三、提问具有束缚性, 缺乏知识的质疑性
发展学生的智慧就要让学生充分发表有质疑的观点, 有争议才能有更大的收获, 要鼓励学生不唯书、不唯师, 让学生的智力活动不受抑制, 学生的学习积极性才能得到充分调动, 例如, 提问 (3) , 教师处理不当, 就会束缚学生的思维, 致使学生以后不敢再回答问题, 答错了也不知道为什么错了。关于“电磁炉是否是电热器?”不同的教师处理的效果截然不同, 有的教师敷衍了事, 说:“这个问题我们以后再讨论”。有的教师赶紧“鸣锣收兵”, 说:“有兴趣的同学课后去讨论”。而有的教师通过说出电磁炉使用时的几个现象, 让学生思考判断电炉是不是电热器, 学生很有收获。
四、提问具有回忆性, 缺乏知识的生成性
一堂好课, 不能让学生被动地、消极地接受知识, 应该充分体现“从生活走向物理, 从物理走向社会”的理念, 不仅让学生学到知识, 更要让学生通过学习知识发现一些问题, 并思考如何解决生活中的问题。从所听的几节课的结尾看多数教师都是这样小结的:通过本节课的学习, 你有哪些收获?然后请几个学生说说, 归纳出本节课所学的知识点, 而学生基本都是对照教师的板书读一遍。我认为, 既然是本节课学过的知识, 再重复回忆, 价值不大, 应关注知识的生成, 让学生再次结合所学知识, 提出一些新问题, 教师也可事先准备一些问题, 这样有利于突破教学的重点、难点。如提问 (5) 可以结合演示实验提问:取暖器工作时, 电阻丝热的发红, 而与之相连的导线不怎么热, 为什么?
电流有效值 篇5
智能电网必将成为国内外电力行业不可逆转的发展趋势,其对故障检测的可靠性、准确性以及快速性提出了更高的要求[1,2,3]。我国中压配电网中,小电流接地故障是最主要的故障形式,发生故障后很难查找故障点,为避免事故扩大,现场迫切需要一种有效的故障检测技术,而故障信号的有效获取则是实现故障检测需要解决的关键问题之一。
目前小电流接地故障检测方法大多利用零模电流信号[4,5,6,7,8]。对于电缆线路,可以通过安装零序电流互感器获取零模电流信号;对于架空线路,需要安装三相电流互感器来合成零模电流信号,该方法不仅价格昂贵,装置体积庞大,而且需要停电安装,还会给系统带来安全隐患,不利于大面积推广。因此,研究新的架空线路零模电流获取方法具有重要的理论和实际意义。
本文提出一种新的架空线路小电流接地故障零模电流信号获取方法,通过霍尔传感器感应线路下方磁场获取零模电流信号,利用该信号可实现故障选线与定位。
1 基于磁场感应的非接触式暂态零模电流获取方法
小电流接地故障暂态信号与稳态信号相比具有诸多优点,因此被越来越多的专家学者应用于小电流接地故障检测中。暂态信号的频率一般在几百到几千赫兹,此频率下的磁场均可看作准静态场。
在“三角形”和“水平”两种排列方式为主的配电架空线路中,设三相导线无限长且平行于地面,三相导线A、B、C中的瞬时电流分别为ia、ib、ic。在与三相导线垂直的平面内建立如图1所示的坐标系统。三相导线坐标为(Xk,Yk),k=a,b,c,检测点坐标P为坐标为(x,y)。
导线k在测量点P处产生的磁感应强度为[9]
式中:μ0为空气的磁导率;r为检测点与导线的距离;Bkx为水平磁场,Bky为垂直磁场。
水平磁场Bkx可表示为
垂直磁场Bky可表示为
对于三相系统,检测点P处的磁场为三相电流共同作用产生的合成磁场,根据叠加原理可得P点处的合成水平磁场为[10]
合成垂直磁场为[11]
当检测点P水平方向靠近线路,垂直方向离线路较远时,即检测点在线路正下方附近,有x≈Xk,此时Vk很小,水平磁场远大于垂直磁场,垂直磁场分量可忽略,则P点的合成磁场强度约为[9]
根据Karrenbauer变换,变换矩阵为
线路下方磁场为
式中:H0=Ha+Hb+Hc;H1=Ha-2Hb+Hc;H2= Ha+ Hb- 2Hc。
当检测点水平方向靠近线路,垂直方向离线路较远时有:
在“水平”排列的架空线路中有Ya=Yb=Yc,则:Ha≈Hb≈Hc,可得:
三相线路成“水平”排列结构下,式(8)简化为:
在“三角”排列的线路中,如图1所示,有Ya=Yc,则Ha≈Hc,可得:
在配电架空线路中,三相导线之间的距离为几十厘米;导线与大地距离8~10 m,远大于导线间的距离。当检测点离线路距离较远时,可以忽略三相线路位置的不同,有:
Ha ≈Hb
架空线路成“三角形”排列结构下,式(8)仍可简化为:
综合式(11)、(13)可以看出,线路下方磁场与零模电流基本成比例。通过感应线路下方的暂态磁场可以获取小电流接地故障暂态零模电流信号。
2 非接触式暂态信号获取方法在故障检测中的应用
2.1 利用霍尔传感器感应磁场信号
利用霍尔传感器可以感应磁场获取零模电流信号。霍尔传感器由半导体材料制成,当存在垂直极板的磁场B,在薄片两端加直流电,则有相应的电流流过,半导体的载流子将沿着与电流相反的方向流动,在外磁场的作用下,受洛伦兹力的作用,电子向垂直于磁场和自由电子运动的方向移动,并在端面上产生电荷积累。由于电荷积累而产生了电场,电场对电子产生作用力。随着电荷积累的增多,电场增强,电场力增大,当电场力与洛伦兹力对电子的作用达到平衡时,在半导体表面上就形成了霍尔电势[12,13],霍尔电动势可表示为
式中:KH为灵敏度系数,与材料的物理性质和几何尺寸有关。
对于给定的霍尔元件,KH为定值,霍尔电动势的大小仅与施加的控制电流和垂直于薄片的磁场强度有关。当控制电流一定时,霍尔电动势仅与磁场强度有关。通过测量霍尔电动势可以检测磁场信号,传感器结构示意图如图2所示[14]。
2.2 基于非接触式信号获取方法的故障选线和定位
目前我国配电网中,大多中压配电所的出线以电缆转架空线形式,也有许多变电站以架空出线为主。在架空出线中一般只装设两相电流互感器,无法获取零模电流信号。在架空线路出口处、三相线路下方安装磁场传感器获取馈线出口处的暂态零模电流信号,利用幅值、极性、流向等故障特征可以选择故障线路。
在架空线路沿线支撑线路的杆塔上安装磁场传感器,感应线路下方磁场获取零模电流信号,通过有效的故障判据,提取故障特征,根据故障点两侧故障特征的不同可以定位故障区段。
该方法可以兼顾成本和实用性,与高压线路存在较大的电气安全距离,安装维护时不需要停电,提高了安全性。
3 关键技术问题的解决
(1)传感器的安装
水平方向:当检测点在水平方向靠近线路时,磁场强度最大,因此,传感器安装位置应在水平方向上尽量靠近线路正下方,即三角形或者水平排列线路的中间相正下方。
垂直方向:由于检测点较低时,线路下方磁场主要为磁场水平分量,传感器安装时应使水平磁场垂直于半导体表面。因此,综合考虑信号的强度、精度以及工程应用的安全距离,安装高度在线路高度的1/2附近较为合适,也可根据实际情况确定安装位置,总之在安装高度上有较大的安装区间。
由于利用电磁感应原理,传感器应远离导磁物质,尽量选取周围没有其他电磁干扰的位置作为安装点。
(2)恒流源供电
根据霍尔效应的原理,当输入电流一定时,霍尔传感器输出的霍尔电动势仅由外部磁场强度唯一确定,输入电流对磁场测量的准确性起到至关重要的作用。因此需要使用恒流源为霍尔元件提供恒定的电流,以减小测量误差。
(3)传感器的温度补偿
传感器一般安装在户外,温度变化较大,霍尔元件是半导体,因其迁移率、浓度与温度变化明显,所以霍尔元件对温度很敏感。KH会随温度的变化而变化,UH有明显的温度特性,所以必须对温度进行补偿。可以使用恒流源补偿、利用输出回路负载进行补偿、利用输入回路的串联电阻进行补偿、利用热敏电阻及电阻丝等方法进行补偿。
(4)抗干扰性能的提高
空间广播、电视、通信等辐射较强的电磁波,这些高频电磁波信号都在1 MHz以上,与使用的暂态信号频率相差很大,可以通过硬件和软件滤波的方法滤除影响。可采用小波及小波包等方法滤除干扰,提取有效信号,提高装置的抗干扰性能。
4 仿真验证
4.1 仿真模型
一典型10 k V配电系统,线路正序阻抗为Z1=0.17+j0.38Ω/km,正序对地导纳为b1=j3.045μs/km,零序阻抗为Z0=0.23+j1.72Ω/km,零序对地导纳为0b=j1.884μs/km,各条线路等效负荷阻抗统一选用lZ=400+j20Ω。线路长度详见图3所示。三相线路成“正三角形”排列,底边离地面高度10m,导线两两间距0.8 m,导体截面半径0.003 3 m。
为验证波形的相似性,根据式(15)求取两波形的相关系数。
式中:i01、i02分别为相邻两检测点的暂态零模电流;采样起始点n=1为故障发生时刻,n为采样序列;N为数据长度;相关系数ρ反映了两个固定波形i01(n)和i02(n)的相似程度,当两个信号波形完全相似(成比例关系)时,ρ取得最大值1,完全不相似(无关)时,则为0。
4.2 仿真1——不同检测点高度
接地电阻5Ω,故障发生在相电压峰值时,检测点离地高度分别为2 m、4 m、5 m、6 m、7 m的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表1所示。检测点离地高度5 m时的暂态水平磁场与暂态零模电流波形如图4所示。
4.3 仿真2——不同接地时刻
接地电阻5Ω,检测点离地高度5 m,电压初相角为30º、45º、60º、90º时的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表2所示。
4.4 仿真3——不同接地电阻
检测点离地高度5 m,电压初相角为90º,接地电阻5Ω、50Ω、500Ω、1 000Ω、2 000Ω时的暂态水平磁场与暂态零模电流相关系数如表3所示。
通过仿真可以看出,在不同的情况下,线路下方暂态磁场与暂态零模电流信号相似程度很高,接近1,基本成比例关系。
5 实验验证
由于现场试验条件限制,作者在实验室进行了试验验证。用隔离变压器代替系统电源部分,模拟中性点不接地系统,系统为5条出线。用集中电容代替各线路对地分布电容,各条出线的对地电容分别为:C1=30μF,C2=40μF,C3=15μF,C4=10μF,C5=20μF。变压器原边电压为380 V,副边电压为115 V。各出线三相线路成“水平”排列,导线间距0.5 m,传感器安装在各出线正下方1 m处检测线路下方磁场。出线5发生小电流接地故障时,利用高速数据采集装置获取的各传感器的输出示意图如图5所示。
通过实验可以看出,故障线路下方的磁场传感器输出信号幅值最大,极性与健全线路相反,可以利用其实现故障选线。
6 结论
通过上述分析,可得到如下结论:
(1)架空线路下方水平磁场与小电流接地故障零模电流信号近似成比例。
(2)利用霍尔传感器可以感应线路下方磁场获取小电流接地故障零模电流信号,利用该信号可实现小电流接地故障选线与区段定位。
电流有效值 篇6
关键词：电力,电容,测量系统
1 估算法测量系统的电容电流:
1.1 架空电力线路
1) 中性点非有效接地系统对地电容电流近似计算公式为:
无避雷线时:IX1.1×2.7 Ue××L 10-3× (A)
有避雷线时:IX1.1×3.3 Ue××L 10-3× (A)
式中Ue—额定线电压 (kV)
L—线路长度 (km)
2) 、系数, 因水泥杆, 铁塔线路增10%。
说明: (1) 一般实测表明, 夏季比冬季电容电流值大10%左右。
1.2 电力电缆线路
三芯电缆线路在同样电压下, 每公里的电容电流约为架空线的25倍, 单芯电缆线路则达50倍。对油浸纸电力电缆近似公式如下:
6kV系统:
10kV系统:
其中:S—电缆截面积 (mm2)
Ue—额定线电压 (kV)
2 中性点外加电容法
中性点外加电容测量系统的容性电流, 是在系统无补偿的情况下, 在系统中性点, 对地接入一个适当容量的电容器, 测量前后中性点的不对称电压和位移电压, 通过计算公式间接得到系统单相接地容性电流值, 其测量原理图如下图所示。根据系统电容电流的形成原因, 我们采用在系统中性点处外加电容Cad, 视中性点电压Uo为一个恒压源, 则所加电容Cad和系统总电容Cx串联, 测量Cad两端电压Un及中性点电压Uo (不加电容) , 不难得出计算公式:
有时, 还会遇到系统三相很对称, 这时, 中性点不对称电压和位移电压很低, 无法准确测量和计算, 需考虑在某一相上添加偏移电容。人为地加大中性点电压, 便于测试, 计算时, 电容值再减去偏置电容量, 如下式:
中性点外加电容测量系统的容性电流, 是在系统无补偿的情况下, 在系统中性点, 对地接入一个适当容量的电容器, 测量前后中性点的不对称电压和位移电压, 通过计算公式间接得到系统单相接地容性电流值, 其测量原理图如下图所示。根据系统电容电流的形成原因, 我们采用在系统中性点处外加电容Cad, 视中性点电压Uo为一个恒压源, 则所加电容Cad和系统总电容Cx串联, 测量Cad两端电压Un及中性点电压Uo (不加电容) , 不难得出计算公式:
有时, 还会遇到系统三相很对称, 这时, 中性点不对称电压和位移电压很低, 无法准确测量和计算, 需考虑在某一相上添加偏移电容。人为地加大中性点电压, 便于测试, 计算时, 电容值再减去偏置电容量, 如下式:C×U
由上述计算式知:Cx与系统频率无关, 中性点高次谐波电压不会影响测量过程及结果, 中性点外加电容法是现场常用地较简捷地一种方法。
3 母线外挂电容法
母线外挂电容法测量系统对地电容电流, 是在系统无补偿的情况下, 在系统的某一相线上对地接入一个适当容量的电容器, 根据相电压的变化值, 通过公式计算间接得到电流值, 其原理图如下图所示:
Ua:挂电容后相电压
U0:挂电容前相电压
4 仪器测量接地电容电流法
在系统的PT二次辅助线圈注入小电流的变频测量信号, 采用高性能A/D采样回路和数字信号处理器, 对注入的测量信号进行计算分析, 可直接读出被测系统的对地电容电流值。为了使测量数据准确, 测量时应拆除待测系统中的消协装置。测量接线示意图如下:
参考文献
[1]孙凌云.小电流接地系统单相接地故障选线和测距的研究2008.
电流有效值 篇7
关键词：短路反馈电流,电动机,保护改进
0 引言
火力发电厂厂用高压母线上集中接入了很多大容量异步电动机,在母线本身或某个负载回路近距离发生三相短路时,因短路点的电压骤降为零,但原来运行的非故障电动机的次暂态电势在短路前后不会突变,故会向短路点产生反馈电流;而且由于次暂态电势与电动机转子绕组的合成磁链成正比,因此反馈电流也与电动机容量成正比。目前某些发电厂厂用微机保护装置为提高灵敏度,往往取较小的速断保护整定值,因此无法躲过短路反馈电流。下面是一个实例。
1 故障情况及保护动作情况分析
1.1 一次接线图及短路点
图1所示是某电厂一段厂用6 k V母线的接线图,图中仅画出母线段上的相关负载,未画出全部负载。
1.2 保护动作情况
根据故障录波显示,在#2B磨煤机跳闸后,紧接着有三台相邻的电动机的速断保护相继动作,其保护动作情况见表1。
1.3 短路点分析
经事后检查发现,短路点位于#2B磨煤机接线盒内,其每相电缆头烧熔脱落;而且根据故障录波装置记录的短路电流波形显示属于明显的对称短路特性,故可判断该接线盒处发生了三相短路故障。据分析故障发生的原因是长期运行中的振动导致电缆头接线松动,引起局部温度逐步增高,最后导致绝缘破坏引发三相短路故障;对于#2B磨出现高达近60倍额定电流的短路电流也是比较符合现场实际情况的。
1.4 非故障电机保护跳闸原因分析
在#2B磨煤机接线盒出现三相短路故障后,故障录波显示A、B、C三相对地电压由原来的3.77 k V、3.78 k V、3.76 k V分别降低至0.631 k V、0.633 k V、0.634 k V,降幅高达83%,且低电压时间持续64.5 ms。根据相关论文的分析依据[1],对于接于同一段母线上的原正常运行的负载会向故障点有反馈电流;反馈电流的大小与电机容量成正比,小容量电机一般取5倍额定电流,大容量电机一般取5.5~6.0倍额定电流。该准则与保护装置记录的实际动作电流相吻合。因为在随后的检查中除#2B磨外,其它负载均启动正常,因此可判断#2B送风机、#2B一次风机、#2B汽泵前置泵是受异步电机的短路反馈电流影响而动作。
因为扩大了停电范围,故认为除故障负载以外的其它动作行为都是不妥当的,应该采取一定的措施予以避免。
2 原速断保护定值整定原则及特点分析
2.1 整定原则
2.1.1 速断定值
速断保护电流整定值为最大启动电流的60%,时间整定值为0 s;最大启动电流取8倍额定电流(8IN),因此速断整定值为4.8倍额定电流(4.8IN)。
2.1.2 躲启动电流
装置设置了“有流判据”,当采样电流由零增加至大于空载电流的90%的折算值时,则认为电动机进入启动状态。此时速断电流整定值自动翻倍,即2×4.8=9.6倍额定电流,同时开始启动时间计时。
根据负载的特性,事先设定每台电动机的启动时间,如一次风机设定为30 s。启动状态下两倍速断定值(9.6IN)持续保持至启动时间结束后,自动恢复至单倍速断定值(4.8IN)。
2.2 特点分析
原整定原则在非启动阶段的定值为4.8IN,虽然保护区间大,动作灵敏度高,但不带功率方向,无法躲过短路反馈电流和自启动电流。
若想躲过反馈电流,则速断定值必须设置5.5 IN~6.0IN,则启动阶段整定值自动翻倍至11IN~12 IN,显然高出实际的启动电流太多,基本上失去了保护功能。
3 改进方案及特点分析
3.1 方案一:设置高、低定值电流保护,且低定值
的带功率方向闭锁
3.1.1 正功率方向闭锁短路反馈电流动作
针对异步电动机的短路反馈电流都是由非故障电动机流向故障点的特性,故在保护装置内增加功率方向判别;以功率从母线流向电动机为正方向,反之从电机流向母线为负方向;当且仅当同时出现正功率方向和电流大于设定值时保护动作,其它情况一概闭锁动作。在微机保护中判断功率的正负方向是比较容易实现的。
3.1.2 两段独立的高、低定值电流保护
取消原来一个电流保护但区分两种状态(启动状态与正常运行状态)变换定值的做法,设置彼此独立的两个电流保护,即启动阶段和正常运行阶段分开整定,其逻辑框图见图2。
1)取高定值电流保护躲过启动电流
取消原有启动状态下定值翻倍的功能,设置最大启动电流(8IN)为高定值,当电流超过高定值时零秒出口跳闸,且可不带功率方向闭锁。
2)取正功率方向下低定值躲过自启动电流
因目前火力发电厂厂用6 k V系统多数选用厂用快切装置,厂用母线电源切换时间很短(实测500 ms内),电压波动很小(实测小于10%);故厂用电机自启动电流取4.5倍额定电流即可。
取正功率方向下60%最大启动电流(4.8IN)为低定值即可躲过自启动电流;而且仍然利用装置的“有流判据”构成启动状态的闭锁,也就是说在非启动状态下正功率方向下超过4.8 IN时零秒出口跳闸。
3.1.3 方案一特点分析
因为设置了正功率方向闭锁,故具有两方面的优点:
1)可避免短路反馈电流引起动作。
2)低定值相对较小,增加了保护区间,提高了灵敏度。
3.2 方案二:设置适当的出口延时
3.2.1 延时时间的设定
根据相关论文的分析依据[1],异步电动机经历5个周波,其短路反馈电流衰减幅度可达到4.8IN(电流保护的整定值)以下,因此若保持原有的保护整定方法不变,仅增加100 ms出口跳闸的延时也可使原有电流保护躲过短路反馈电流。
3.2.2 方案二特点分析
虽然该方案简单易行,但因为设置延时,牺牲了保护的速动性,增加了故障电流的持续时间,导致电气一次设备受损加剧,比较起来有其不可取之处。
4 结束语
鉴于微机保护对功率方向判别的简单易行性,从提高设备运行可靠性的角度出发,未设置功率方向闭锁电流保护的电厂宜增设该功能。
参考文献
电流有效值 篇8
国内中低压配电网多采用小电流接地方式,主要有三种方式:中性点不接地;中性点经高电阻接地和中性点经消弧线圈接地(即谐振接地)。前两种接地方式中,故障线路的零序电流是非故障线路的零序电流之和,但方向相反,已有多种基于单相接地故障稳态量分析的小电流接地选线方法[1,2]。
运行经验表明,配电网的接地故障大多数为瞬时性故障。对于单相接地瞬时故障,谐振接地方式通过补偿使接地电弧瞬间熄灭,系统可以恢复正常运行;对于永久性故障,由于消弧线圈的补偿,接地残流过小,难以判断故障线路。
目前,谐振接地选线方法主要有,零序五次谐波法,零序有功电流方向法[3],注入信号法[4],基于小波变换的选线方法[5]等。
零序五次谐波法受实际运行情况,设备性能等因素影响,谐波含量往往不确定,存在可靠性问题。有功电流方向法只适应于消弧线圈并(串)联电阻接地方式,在预调式消弧线圈中,一般装有阻尼电阻,接地故障发生很短时间内就要切除。阻尼电阻切除后,该选线方法就失效。注入信号法由于各种谐波干扰,接地电阻影响,往往无法自适应。小波变换的选线方法由于暂态分量小,时间短,很难准确判断。
在对谐振接地电网单相接地故障的特征和现有选线方法的总结中,提出了基于消弧线圈补偿前后各馈线零序电流比值发生变化的选线方法,能更好适应多种运行方式。
1 零序电流比值选线法原理
谐振接地电网发生单相接地故障(假设故障发生在第k条线路)时可以用图1零序网络表示。
图1中Ci和Gi分别为第i条线路的三相对地电容及三相对地有功损耗等值电导之和,其中各相对地电容和电导分别相等,即
L为消弧线圈的补偿电感。GN分两种情况:对随调式消弧线圈,GN为消弧线圈的有功损耗等值电导GN1,因为它没有阻尼电阻器;而预调式消弧线圈GN为消弧线圈的有功损耗等值电导GN1与并阻尼电阻器GN2的和。
零序电压为U0,则非故障线路的零序电流的有功分量为(假设第k条线路故障)
故障支路k的零序电流为:
故障线路与非故障线路两者的零序电流比值为:
由式(3)知,故障线路与非故障线路两者的零序电流比值会随着消弧线圈容量的变化而改变。当故障线路零序电流在分子时,则比值与消弧线圈容量变化的趋势相反;若故障线路零序电流在分母,则比值变化情况正好相反。由此可根据比值的变化情况确定故障线路是位于分子还是分母。
第j条非故障线路与第i条非故障线路的零序电流比值为:
由式(4)知,任意两条非故障线路零序电流比值与消弧线圈电抗值无关,在消弧线圈容量变化过程中维持不变。
如果母线出现故障,任意两条线路零序电流比值不变。由此可确定母线故障。
由以上分析知,随消弧线圈容量的调节变化趋势的不同,可以区别故障线路和非故障线路,由此提出“零序电流比值选线法”。
将选线方法编成流程图,如图2所示。零序电压U0作为启动信号,检测U0是否大于定值UT,一般取UT为相电压的50%。如果U0>UT,即认为系统发生故障,则进行零序电流比值判断,根据比值变化特点进行选线。
2 仿真分析
利用Matlab中的Simulink工具建立一个简单的三回路中性点不接地系统的仿真模型,对该模型用以上方法进行仿真分析。仿真模型中消弧线圈的建立是根据文献[6,7]中可控饱和电抗器的理论,搭建磁阀式消弧线圈。
仿真情况如下:
第1条回路至第3条回路零序电容均为0.80µF。为便于分析曲线,第3条回路A相在0.001 s发生单相接地故障,0.35 s时故障结束。图3为谐振接地电网线路单相故障仿真模型。
为方便区分,K1定义为线路1与线路2零序电流比值;K2定义为线路2与线路3零序电流比值。图4为弧道电阻R=0Ω,即发生金属性接地时,K1和K2波形;图5为弧道电阻R=300Ω,K1和K2波形。
改变各回路零序电容,仿真结果类似上述情况,在此不再重复。
不论弧道电阻为0Ω或300Ω,非故障回路零序电流之间的比值在发生单相接地故障后总是保持不变,而由于消弧线圈容量的调节变化导致故障线路零序电流与非故障线路零序电流比值有明显的变化,由此区分故障线与非故障线。
现在讨论母线故障时各比值变化。为便于观察,线路参数作了改动。第1条回路和第3条回路零序电容均为0.40µF,第2条回路零序电容均为0.80µF。当弧道电阻R=0Ω,K1和K2如图6。弧道电阻R=300Ω时,K1和K2波形与R=0Ω时情况类似,不再重复。
各回路零序电流之间的比值在发生单相接地故障后,无论消弧线圈容量怎样变化,总是保持不变。这与上面的回路发生故障情况显然不同,由此可以区分母线故障与线路故障。
分别对3条线路和母线发生故障进行仿真试验,结果如图7。其中ΔK1为发生故障前后K1值之差,ΔK2同理。由ΔK1和ΔK2的变化可以确定故障线路。
在消弧线圈接地的配电网中,由于接地故障电流大大减小,为了达到在使用消弧线圈后仍能正确选线的目的,许多预调消弧系统采用故意延误补偿(通常延迟0.5~1 s后再短接阻尼电阻),使较大的接地故障电流保留一段时间以利选线的做法,这样虽满足了选线准确的需要,但却使消弧系统的响应速度大为降低,对消弧效果极为不利,尤其不利于限制间歇性的弧光接地,忽视了对消弧系统响应速度的重要性。
延误补偿的目的在于获得较大的接地故障电流,增大有功分量。本文判据在于补偿前后各回路零序电流比值变化,补偿初始就可以切除阻尼电阻。那么判据关系式(3)变为:
式(4)不变,从关系式(4)、(5)不难看出消弧线圈容量的调节变化仍然能够引起发生变化,而不会变化。因此,此方法不需要延迟切除阻尼电阻,能尽可能提高消弧系统响应速度。仿真情况与图4和图5类似,不再重复。
以上分析虽然表明能够正确选线,但如果两条相邻线路长度相差过大,那么当长线路发生故障时,故障前后两条线路比值差∆K变化不大,无法正确选线。图8为4 km和40 km两线路比值故障前后波型。
另外,如果消弧线圈补偿前后,其容量无显著变化。例如故障时,如果消弧线圈已经或者接近在最佳补偿状态,那么容量无需改变多少,就能补偿接地电流。因此补偿前后两条线路比值差变化不大,将无法正确选线。图8为线路2故障时,消弧线圈容量极小变化时,补偿前后线路2与线路3零序电流比值K2波形变化。
综合以上分析,虽然选线存在某些局限性,但在实际应用中,还是有极强的适应性。
3 结论
目前,电网运行对电能质量、人身和设备安全等提出更加严格的要求,采用谐振接地技术是中低压电网中性点接地方式发展的总趋势。零序电流比值选线方法算法简单,实现容易,不需要延误切除阻尼电阻,有足够快的响应速度和良好的应用前景。
摘要：在小电流接地电网发生单相接地故障时,由于消弧线圈的补偿,接地残流过小,难以准确选线。分析现有小电流选线原理和方法,总结提出零序电流比值选线法。它根据消弧线圈容量变化前后,零序电流比值变化趋势不同,确定接地故障线路。对该方法进行理论分析,推导出零序电流比值关系式。并利用Matlab工具进行仿真分析,结果符合理论推导。此方法不需要延缓切除阻尼电阻,有足够快的响应速度,算法简单,实现容易,对配电网当前状态和长远发展有良好适应性。
关键词：小电流接地,零序电流比值,单相接地故障,选线,消弧线圈
参考文献
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