安全电流（通用11篇）
安全电流 篇1
应用在煤矿、石化等危险性环境的直流电源必须满足防爆的要求。本质安全型直流电源是防爆电源发展的必然趋势[1,2]。所谓本质安全, 即要求在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸混合物[3]。
应用于危险环境的本质安全直流电源通常采用一个隔离整流环节和一个DC-DC变换器级联构成。随着电子技术的发展, 各种电子设备的供电电压越来越低, Buck变换器也将得以广泛应用[2,4]。
但是Buck变换器中含有较大容量的储能元件:电感和电容。因此, 在电感出现断开或输出出现短路故障时, 即使保护电路迅速切断其供电来源仍会产生很大的电火花而不能满足本质安全的要求。
所以, 如何确保Buck变换器在满足电气指标要求的情况下, 尽可能采用较小的电感和电容, 就成为设计本安型Buck变换器的关键[4,5]。
本文将在给定的输入电压和负载变化范围内, 从电感电流的角度, 对Buck变换器的电感峰值电流进行深入分析, 总结出最大峰值电感电流与变换器元器件各参数的关系, 得出变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流。这对应用在危险环境的本质安全型Buck变换器电感的设计具有理论指导意义。
1 Buck变换器的电感电流
Buck变换器的组成如图1所示。
设开关周期为导通时间为则开关频率f=1/TS, 开关导通比d=TON/TS。当变换器工作在连续导电模式 (CCM) 时, 输出电压VO和输入电压Vi的关系为:d=VO/Vi。变换器工作在CCM与DCM的临界电感LC为[4]
当电感时, 变换器工作在CCM;当电感时, 变换器工作在DCM。
1.1 CCM和DCM模式下的峰值电感电流
变换器工作于CCM时, 流过电感的峰值电流ILP为
根据文献[4], 变换器工作于DCM时有
所以, DCM时变换器的峰值电感电流为[4]
由式 (2) 和式 (4) 可知, 变换器工作在CCM和DCM时, 有
可见, 无论变换器工作在CCM还是DCM, 其电感峰值电流ILP均随输入电压Vi的增加而增加, 随负载电阻RL和电感L的增加而减小。
2 Buck变换器的工作区域与最大电感电流
2.1 Buck变换器的工作区域
设输入电压动态范围为:负载动态范围为:[RL, min, RL, max], 则在RL-Vi平面上, 变换器的整个动态工作范围对应一个矩形, 根据公式 (1) 可画出不同的LC对应的曲线, 如图2所示。图中A、B、C点对应的CCM与DCM的临界电感分别为LCA、LCB、LCC。
由图2可见, 当时, 变换器在整个动态范围内均工作在CCM模式, 对应图中LC 1曲线;当L<LCA时, 变换器在整个动态范围内均工作在DCM模式, 对应图中LC 4曲线;当LCA<L<LCC时, 变换器有一部分区域工作在DCM模式, 而另一部分区域则工作在CCM模式, 对应图中曲线LC 2或LC 3。
在设计变换器时, 要满足内部本安和输出纹波电压指标的要求, 电感取值既不能太大也不能太小。因此, 一般将电感设计在LCA<L<LCC范围内, 使变换器在较小功率时工作在DCM, 而功率较大时工作在CCM。
2.2 LCA<L<LCB时的最大峰值电感电流
变换器大部分区域工作在DCM模式而小部分区域工作在CCM模式, 如图3所示, 此时B点处于DCM。
当变换器工作在由BCDFE围成的区域时, 变换器处于DCM模式, 根据式 (4) 可知, 此区域内变换器的最大峰值电感电流为
根据式 (5) 可知, 在范围内在时取得极小值。根据式 (1) 可得LCB为
将式 (7) 代入式 (6) , 得
当变换器工作在由AEF围成的区域时, 变换器工作在CCM模式, 同理, 根据公式 (1) 、式 (2) 、式 (5) 可得此区域内变换器的最大峰值电感电流为
比较式 (8) 、式 (9) 可得
可见, 当时, 变换器在DCM时的最大峰值电感电流比CCM时的最大峰值电感电流大。
2.3 LCB<L<LCC时的最大峰值电感电流
变换器大部分区域工作在CCM模式, 而小部分区域工作在DCM模式, 如图4所示。此时B点处于CCM。
当变换器工作在ABGHD区域内时, 变换器处于CCM模式, 根据式 (2) 可知此区域内变换器的最大峰值电感电流为
当变换器工作在GHC区域内时, 变换器处于DCM模式, 根据式 (4) 可知, 此区域内变换器的最大峰值电感电流为
根据重要不等式a+b≥式 (11) 可得
因为所以, 比较式 (12) 和式 (13) 可得
大峰值电感电流比DCM时的最大峰值电感电流大。由于随着L增加而单调减小, 并在时取得极大值即
2.4 整个动态工作范围内的最大电感电流
根据前面分析, 比较式 (8) 、式 (9) 、式 (10) 、式 (14) 、式 (15) 可得
在整个动态范围内, 当电感取值在LCA<L<LCB范围时, 变换器的峰值电感电流较大。根据前面的分析可知, 最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感LCB就是使得峰值电感电流极大值最低的最小电感。
所以, 在设计Buck变换器时, 从减小峰值电感电流的角度考虑, 电感取值应满足。由上述分析得知, 此时Buck变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流为
综上所述, 当输入电压最高且负载电阻最小时, Buck变换器工作在CCM时的最大峰值电感电流就是变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流。
3 MATLAB仿真分析
采用MATLAB仿真工具对上述的理论分析进行验证。给定Buck变换器的主要指标为:输入电压范围为21V～27V, 负载范围为36Ψ～180Ψ, 输出电压VO=18V, Vpp为2%VO, 工作频率为200kHz, 输出滤波电容值为9μF。
首先根据式 (1) 可以计算得出:LCA=13μH, LCB=30μH, LCC=1μ50μH。
(1) 在输入电压21V～27V范围内, 变换器工作在不同模式时的峰值电感电流与负载电阻、输入电压和电感之间的关系, 如图5所示。
从图5可见, 无论变换器工作在CCM还是DCM, 其ILP均随Vi的增加而增加, 随RL和L的增大而减小。
(2) 取L=25μH (LCA<L<LCB) 、L=50μH (LCB<L<LCC) 时, 峰值电感电流与输入电压和负载电阻的变化关系如图6所示。
从图中明显可见, 当时, DCM时的最大峰值电感电流比CCM时的最大峰值电感电流大。当L=50μH (LCB<L<LCC) 时, CCM时的最大峰值电感电流比DCM时的最大峰值电感电流大。
在给定的负载电阻和输入电压范围内, 电感L=25μH时的峰值电感电流明显较L=50μH时的大。所以, 从减小峰值电感电流的角度考虑, 电感取值应满足。
(3) 在时, 变换器的峰值电感电流与负载电阻和输入电压的变化关系如图7所示。
可见, 峰值电感电流在输入电压最高 (27V) 、负载电阻最小时取得最大值, 且最大峰值电感电流随电感的增大而减小。
可见, 仿真结果与理论分析相符。因此, 在设计本安Buck变换器时, 从满足内部本安和减小峰值电感电流的角度考虑, 电感取值应满足。
4 结论
变换器无论工作在CCM还是DCM, 其电感峰值电流均随输入电压的增加而增大, 随负载电阻和电感的增加而减小。
在给定输入电压和负载变化范围内, 在最高输入电压和最小负载电阻时, 且变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是变换器在整个动态工作范围内的最大电感电流。
在设计本安Buck变换器时, 从满足内部本安和减小峰值电感电流的角度考虑, 电感取值应满足。
仿真结果验证了理论分析的正确性。
参考文献
[1]刘晓强.本质安全型防爆直流开关电源及备用电源研究.北京:中国矿业大学博士学位论文, 2001
[2]李达, 范新媛.本安防爆系统综述.石油化工自动化, 2000; (6) :8—10
[3]中国强制性国家标准汇编.电工卷, GB3846.4—2000, 北京:中国标准出版社, 2003
[4]Liu Shulin, Liu Jian, Yang Yinlin, et alDesign of intrinsically safe Buck DC/DC converters.Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines&Systems, 2005;9:1327—1331
[5]刘树林, 刘健, 寇蕾.开关变换器的本质安全特性分析和设计.电工技术学报, 2006, 21 (5) :36—42
安全电流 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
安全电流 篇3
复杂局域网尤其是经消弧线圈接地的电网，在接地情况下，如何准确及时选出故障线路对于配电自动化的实现有着重要的意义。因此，对小电流接地系统单相接地故障的研究具有及其重大的意义。而利用故障参数法就是直接利用接地故障引起的电气量的变化特点来实现接地选线。根据所选定的检测量的不同，又有利用稳态故障信息和暂态故障信息之分。并对零序电流补偿法、零序电流群体比幅法、零序电流比相法、零序电流群体比幅比相法、零序电流有功分量法、残流增量法、零序导纳法、能量法、首半波法、基于小波变换的暂态零序电流选线法等方法的大致介绍及优缺点的分析，并对现有选线系统中所遇到的问题提出了解决办法。
一、基于零序电流比值变化的小电流接地选线方法的分析阐述
在中性点非直接接地系统中，若其中一条出线发生单相接地故障，全系统都会出现零序电压，在这个零序电压的作用下，系统中会出现零序电流。对于非故障线而言，零序电流就是该线路的零序电容电流，方向为母线流向电路；对于故障线路而言，在中性点不接地系统中（图1 中开关K断开） ，故障线路中的零序电流为非故障线路零序电流总和，方向为线路流向母线，由此可知道故障线路和非故障线路的零序电流方向是相反的。在中性点经消弧线圈接地的系统中（图1 中开关K 闭合） ，故障线路中的零序电流为非故障线零序电流与消弧线圈中的电感电流之和，方向为母线流向线路。
图1 单相接地故障系统的零序网络图
1. 理论情况的算法分析
（1）中性点不接地系统
①非故障线路之间的对地零序电流比值
非故障线路中的零序电流就是该线路的对地电容电流。若一个三条线路的系统中线路3的A 相接地。非故障线路Ⅰ、Ⅱ中的对地零序电流为：
，（1）
式中： U0 为系统出现的零序电压； C0 i为出线Ⅰ、Ⅱ的零序电容；ω为零序电流、电压的角频率。由此可见，在中性点不接地系统中两条线路的零序电流的比值为
（2）
由此可知线路1和线路2的零序电流比值应该是等于两条线路的电容的比值。且由于在故障的时候线路1的零序电流和线路2的零序电流都是由母线流向线路，所以线路1和线路2的零序电流的比值应该是一个正值。由此可以推出任何两条非故障线路的零序电流的比值应该是一个与两条线路电容比相等的正的数值。
②非故障线路和故障线路之间的零序电流比值
故障线路中，由于线路3是故障线路，零序电压在该线路中产生，零序电流由线路流向母线，与非故障线路的零序电流流向相反，数值等于非故障线路的对地零序电流之和。则非故障线路1和故障线路3的对地零序电流比值为：
（3）
由式子（3）可见，线路1和线路3的对地零序电流的比值是一个绝对值小于1的负数数值。所以可以知道非故障线路和故障线路的比值是一个绝对值小于1的负数，符号和数值上都区别于任何非故障线路的对地零序电流的比值。且由式子（3）比值可以根据绝对值和1的比较，绝对值大于1证明故障线路在分子，绝对值小于1说明故障线路在分子。
（2）中性点经消弧线圈接地系统
①非故障线路之间零序电流比值
非故障线路中零序电流和不接消弧线圈的时候一致，所以上述结论任然适应。即线路的零序电流比值等于两条非故障的线路的对地电容的比值。
②故障线路中零序电流和非故障线路的零序电流比值
此处任然拿三条线路的情况来推断：线路3的A相发生单相接地故障则可以知道
故障线路线路3的零序电流为：
（4）
则在故障的时候非故障线路1和故障线路3的零序电流的比值为：
（5）
由上面的式子可以知道，当过补偿的时候电感数值越大故障相和非故障相的零序电流比值越大，所以在变压器中性点经消弧线圈接地的时候非故障相和故障相的零序电流比值和补偿的电感数值大小有关，电感数值越大，比值越大，且由于在实际系统中，大多采用过补偿 方式，过补偿度为P：5%～8%，所以接地电流的方向与电感电流一致，故障的零序电流也与非故障线中的零序电流方向一致均为母线流向线路，比值是一个正值。非故障线路的零序电流和故障线路的零序电流比值会随着消弧线圈容量变化而变化。当故障线路在分子的时候，则比值会和消弧线圈的容量变化的趋势相反。若故障线路零序电流在分母，则比值变化情况真好相反，由此可根据比值变化情况确定故障线路是位于分子还是分母。
如果出现母线故障，则任意两条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，由此可以判断是母线故障。
由以上分析可知，随着消弧线圈容量的调节变化趋势的不同，可以区别出故障线路和非故障线路。结合上面的中性点不接地情况，在中性点不接地的时候根据不同线路零序电流比值的符号和绝对值大小可以判断哪条线路故障，在中性点经消弧线圈接地的时候可以根据消弧线圈变化趋势判断是那条线路故障，由此提出基于零序电流比值变化的小电流接地选线方法。
二、结语
本章提出了适用于在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中发生单相接地故障时检出故障线路的方法——零序电流比值法。它可以满足接地故障选线的可靠性和灵敏度的要求。零序电流比值法具有以下主要特点：（1）在中性点不接地系统中，非故障线路之间的零序电流比值是一个正数，故障线路和非故障线路之间的零序电流比值是一个负数，若比值大于1则故障线路在分子，若比值的绝对值小于1则故障线路在分子；（2）中性点经消弧线圈接地的系统中，非故障线路之间的比值和中性点不接地时候一致，故障线路和非故障线路之间的比值和消弧线圈的接入容量有关。若故障线路在分母则消弧线圈接入容量越大则，两线路的比值越小，若故障线路在分子，则消弧线圈接入的容量越大，比值越大；
参考文献：
[1] 肖白，束洪春，高峰，等，小电流接地系统单相故障选线方法综述[J].继电器，2001，29（4）：16-20.
[2] 牟龙华.零序电流有功分量方向接地选线保护原理[J].电网技术，1999，23（9）：60-62.
[3] 曾祥君，尹项根，于水源.等.基于注入变频信号法的经消弧线圈接地系统控制与保护新方法[J].中国电机工程学报，2000，20（1）：29-32.
安全电流 篇4
准确级是指在规定的二次负荷变化范围内, 一次电流为额定值时的最大电流误差。准确度等级中含S的电流互感器, 在1.2倍负荷范围内具有较高的精度, 通常取5个负荷点测量其误差小于规定的范围, 不含S的则取4个负荷点测量其误差小于规定的范围。
1.1 测量用电流互感器
0.2级、0.2S、0.5、0.5S等级都属于测量用电流互感器, 其区别在于负荷较小时, 同等级下带S级比不带S级有更高的测量精度;主要是用于负荷变动范围比较大, 而有些时候几乎空载的场合。
在实际负荷电流小于额定电流的30%时, 0.2S级的综合误差明显小于0.2级电流互感器。
1.2 保护型用电流互感器
保护用电流互感器按用途分为稳态保护用 (P) 和暂态保护用 (TP) 两类。两者有着不同的电流特性, 适用于不同情况。
当电力系统发生短路, 暂态电流流过电流互感器时, 在互感器内产生一个暂态过程。如不采取任何措施, 电流互感器铁芯很快趋于饱和。特别是在装有重合闸的线路上, 在第一次故障造成的暂态过程尚未衰减完毕的情况下, 再叠加另一次短路的暂态过程, 由于电流互感器剩磁的存在, 有可能使铁芯更快的饱和。其结果是电流互感器传变电流信息的误差增大, 这可能导致保护误动或拒动, 对电网设备的安全造成危害。
稳态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P。保护级的准确级是以额定准确限值一次电流下的误差标称的。额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数。
(1) TPX级电流互感器。
TPX级电流互感器环形铁芯中不含气隙, 因此并不限制剩磁, 在额定电流和负载下, 其电流误差不超过±5%, 相位差不超过±30度, 在短路过程中, 在电流互感器额定准确级范围内, 其瞬间最大电流误差不超过额定二次对称短路电流峰值的5%, 电流过零时相位差不超过3度。当电流互感器达到饱和时切断一次电流, 则二次电流由饱和状态快速降低到剩磁水平, 因此适用于对保护复归时间要求严格的断路器失灵保护的电流起动元件, 同时这类电流互感器励磁阻较高, 汲出电流小, 适用于电流互感器并接的场合。
(2) TPY级电流互感器。
TPY级电流互感器环形铁芯中带小气隙, 气隙宽度约为磁路总长度的0.05%, 磁路中存在气隙则铁芯很难达到饱和态, 这就使得直流分量便于快速衰减。在额定电流和负荷下, 其电流误差不大于±1%, 相位差不超过±1度, 在短路过程中, 在电流互感器额定准确级范围内, 瞬时最大电流误差小于额定二次短路电流峰值的7.5%, 电流过零时相位差小于4.5度。
TPY级暂态型互感器通常用于500 kV线路的保护。220 kV电力系统的时间常数通常小于60 ms, 而500 kV电力系统的时间常数在80 ms～200 ms范围内, 相对于220 kV系统时间常数增大, 于是其短路电流非周期分量的衰减时间和暂态持续时间也增长, 同时系统容量增大, 短路电流的幅值也相对较大。
(3) TPZ级电流互感器。
TPZ级电流互感器环形铁芯中的气隙较TPY级大, 气隙长度约为磁路总长度的0.1%, 由于气隙较大使铁芯难以饱和, 特别适合用于快速重合闸。磁路气隙大, 则剩磁极小, 基本上可忽略, 铁芯磁化曲线线性度好, 二次回路时间常数小, 能够有效地传变交流分量。
2 不同准确级电流互感器混用带来的危害
如图1所示的是相同变比互感器的2个绕组, 曲线1是5P10级保护用绕组的一、二次电流关系曲线, 曲线2是0.5级测量用绕组的一、二次电流关系曲线, b、B点分别是电流互感器的额定一、二次电流值。从图中可以明显看到, 随着一次侧电流的增大测量用绕组较早到达饱和, 从而保护二次设备不受损害。而保护绕组不易饱和, 保护绕组不易饱和, 当线路发生短路时, 一次侧的电流线性地变换成二次电流, 通往保护测量元件, 使得相应的保护动作, 切除故障部分。
(1) 0.5级绕组当作5P10级绕组使用。
如果在实际应用中把0.5级的测量绕组当作5P10级保护级绕组使用, 系统发生短路, 测量绕组铁心较快进入饱和状态, 铁心饱和后无论一次电流增大多少, 二次电流基本保持不变, 无法正确反应一次侧电流, 使保护无法正确动作, 从而可能导致事故的扩大。
(2) 5P10级绕组当作0.5级绕组使用。
如果将电流互感器的5P10级保护级绕组当作0.5级测量绕组使用, 在正常运行条件下
将导致测量用电流互感器的误差增大, 因为保护用绕组本身在其二次额定电流下对误差的要求不高;另一方面, 当系统发生短路时, 保护绕组的铁心不容易达到饱和状态, 于是二次电流将不断随一次电流增大, 最终造成电流互感器二次设备的损坏。
(3) 0.5级和5P10级二次绕组当作TPY级绕组使用。
如果将电流互感器的0.5级和5P10级二次绕组当作TPY级绕组使用, 则该绕组失去了暂态特性, 无法正常工作, 可能产生误判导致保护误动或拒动。如果将电流互感器的TPY级二次绕组当作0.5级绕组使用, 其对0.5级的影响同样是会产生较大的测量误差。
3 结语
通过对电流互感器几种常见准确等级绕组特性的阐述和分析, 加深对各准确等级应用的理解, 同时通过图例, 分析了混用准确等级可能对电网安全造成的危害, 为今后正确地应用互感器各个绕组积累了经验。
摘要：电流互感器是电网中常用的电力设备, 按其作用可分为测量用电流互感器和保护用电流互感器, 本文对这两类电流互感器不同准确等级的特性进行分析, 阐述了不同准确度等级的适用范围及不同准确度等级混用对电网设备安全的危害。
关键词：电流互感器,准确度等级
参考文献
[1]王晓琪, 郭克勤, 姚敏.剩磁对电流互感器准确级的影响[J].变压器, 1996 (6) :5-9.
神秘的“损伤电流” 篇5
1958年，美国纽约州有一位名叫贝克的医生，他把蝾螈的一条腿切除后，看到伤口周围的肌肉在微微地颤抖。他用一个灵敏度很高的电流计来测量，发现伤口周围有电流!随着电流的作用，蝾螈的断肢就开始再生：起初电流较强，再生速度也较快，后来电流逐渐减小，等到腿完全长好，电流也就消失了。
贝克又用青蛙等动物作实验。这些动物虽然没有断肢再生的本领。可是在它们身上也测到了这种神秘的电流。南于这种电流是动物身体受到损伤之后产生的，贝克医生就称它为“损伤电流”。这种“损伤电流”是从哪儿来的，有什么作用呢?贝克医生认为，动物身体某处的细胞组织受到损伤，疼痛就刺激神经中枢，神经中枢便向有关细胞发m修复组织的信息。损伤的细胞组织依据这种信息指示的修复次序和速度等，对机体进行修复。这种信息的表达方式就是“损伤电流”。
贝克医生还认为，这种“损伤电流”所传递的信息，指示血液把营养输送到损伤部位，形成细胞的原生质，然后伤口上不断地形成新的细胞组织，逐步进行修复。为了证实这个假设，贝克医生和他的学生们继续探索这种神秘的信息。他们用不同强度的电流和青蛙的血液接触，寻找需要多大的强度，才能使血液里的红血球转变为原生质。经过反复试验，他们终于在1970年发现，当电流强度为十亿分之二到三安培的时候，青蛙的红血球就会很快地生成原生质。青蛙损伤电流的“秘密信息”终于被贝克破译。通过多次实验，贝克医生还证实，损伤电流是一种普遍现象，不仅低等动物有，高等动物也有。就拿人来说吧，皮肤破了以后也能产生“损伤电流”，不过比起低等动物来要少得多，所以不能使失去的机体再生。
安全电流 篇6
本文针对低温电流比较仪电阻比较电桥设计了一种精密电流源, 其实现了具有两路可调比例电流源输出的功能, 可用于电阻精密测量的低温电流比较仪电阻电桥控制系统。该电流源具有高控制精度, 低噪声, 高稳定性等特点, 有利于实现数字化控制。
1 低温电流比较仪
1972年Harvey首先提出了低温电流比较仪原理, 其与现在已经比较熟知的磁调制器式电流比较仪相当接近。低温电流比较仪所使用的是利用电桥的安匝数平衡, 即把待比较的两路电流和分别通人同一铁心上的两个绕组和中, 当安匝数达到平衡时有:
用非常灵敏的检测手段来准确检测安匝数平衡条件式 (1) , 即可得到电流比例:
匝数是个无误差的数值, 所以在原理上电流比较仪可以得到极为准确的电流比例。但是实际上式 (1) 并不能完全得到满足, 因为低温电流比较仪的准确度受到一系列因素的限制。所以式 (1) 应表示为:
其中Δ表示安匝数的不平, 此不平衡量为标为L的线圈检测到后送入SQUID的输入线圈Li, 并耦合到SQUID, 最后输出电信号进行反馈, 即通过磁通一电压一电流转换器将不平衡磁通信号转换为电流信号反馈给其中一个线圈, 最终达到安匝平衡式 (3) 。
2 程控低温电流比较仪中可调精密电流源设计的基本结构
2.1 程控低温电流比较仪电流源总体方案设计
根据低温电流比较仪的原理, 结合具体的低温电流比较仪电阻电桥电路程控低温电流比较仪电流源由三部分组成:上位机控制程序、DSP数字控制电路和电流源电路。由Lab VIEW编写的上位机控制程序通过串口向DSP数字控制电路发送指令, DSP数字控制电路接收到上位机指令后, 对数据处理后转化为相应的控制信号。通过模数转换器AD可以把两路电流源的微差反馈到DSP上, 构成闭环控制系统, 保证了电流源输出的比例电流具有较好的稳定性和精度。
2.2 电流源电路设计
电流源采用10V电压参考芯片REF102作为电流源的参考电压, 其具有稳定性为5ppm/1000hr。但在实际电路设计中对SQUID的超导屏蔽并不完全密封, 感应出超导电流会耦合到检测线圈上形成干扰信号。而在超导体中超导电流是不会衰减, 与其相应的磁通也不会衰减 (冻结磁通) 。为了消除冻结磁通对电阻测量过程的干扰, 采用单位增益差分放大器INA105对参考电压进行反向, 用继电器间歇导通其中一路, 从而改变比例线圈中的电流的方向, 并把两种方向相应的测量结果平均, 消除直流干扰的作用, 同时正负换向也可以消除测量回路中热电势的影响。
主从电流源电路不能完全对称, 工作电流在正负换向时会使检测线圈电流在短时间过大造成SQUID的工作点的稳定平衡点发生变化。为减小换向过程中的冲击, 采用一种组合积分电路使电流源缓慢变向, 其电路示意图中的第一个OPA277集成放大器用作缓冲器, 第二个OPA277则为积分放大器。积分时间常数由R6 C2决定, 开关K1, K2由继电器组成的多路选择开关, 分别用于选择参考电压和设置用于调节换向时间的积分电阻。参考电压通过缓慢变向电路后, 其输出电压Vref可以提供给主从动电流源DA作为参考电压。
采用两个相同的DA分别作为其主从电流源电压源, DA选用16位串行DA转换芯片DAC8811, 其参考电压范围为±10V。DA输出电压VIN经过电压—电流转换得到主从动电流源和, 其中开关K1由继电器组成, R8、R9为采样电阻。由于两个电流源共用一个的基准电压, 因此在主从动电流源DA输出后分别设计两个高输入阻抗的跟随器OPA121进行隔离。
SQUID器件的线性范围非常小, 输入稍大即可引起电流跳跃而导致测量过程的不稳定。因此电压电流转换之前采用偏置DA, 其选用16位串行DA转换芯片DAC8832, 其输出范围为±VREF。通过配置偏置DA, 其输出V bias可微调主动电流源输出, 使主从动电流源的输出即使没有SQUID的反馈也接近平衡状态。
由上文可知, 在实际的测量中, 被比较的电阻R1和R2的量值都并不正好等于其名义值, 而比较电桥电路的安匝数平衡方程式 (1) 中的W1和W2都是正整数, 进行比较的目的也是为了求出被比较的两个电阻的调整误差的差值。在有误差的情况下, 即使安匝数平衡方程式 (1) 已被满足, 测量电阻两端电压之差的指零仪也并不指零。为了使电桥能同时满足安匝数平衡和指零仪指零两个条件, 需要进行读数补偿。其方法是采用DAC8832, 使其输出一路电流, 仔细调节电流大小, 使其通过低温电流比较仪的另一个绕组, 此时安匝数平衡方程式 (1) 就变成了
这样, 就能使电桥能同时满足安匝数平衡和指零仪指零两个条件, 从而求出被比较的两个电阻的比值。
2.3 数字控制电路
文中电流源电路中DA和继电器均需要控制信号来驱动, 而DSP具有强大的信号运算和处理能力, 可以实现一些先进的控制理论和高效的控制算法。所以选择DSPTMS320F2812作为控制芯片, 对采样信号进行分析处理, 来产生控制信号。数字控制电路示意图主要包括五部分:
(1) 数字控制电路核心控制芯片DSP, 外部SCI串口通信电路与DSP相连。DSP根据上位机指令执行相应的控制算法和数据处理。
(2) AD模数转换模块:AD选用16位的AD7656, 用于接收前馈值, 测量主从电流源电压差。
(3) LCD 12864液晶模块:用于显示四个DA的设定电压值和AD采集的前反馈电压值。
(4) FPGA模块:选用Altera公司的FPGA EP2C8Q208C8, 为DSP做IO扩展, 用来实现继电器转换的功能。
(5) 光纤模块:本系统使用Agilent光发送器HFBR-1531, 光接收器HFBR-2531组成的光纤模块进行模数隔离, 避免模拟部分和数字部分信号间的相互干扰。
2.4 软件流程
上位机控制程序用于向数字控制电路的DSP发送命令, 配置DA输出电压和选择电流源电路中继电器的状态, 其由Lab VIEW编写。控制程序和仪器总线的通信可由VISA模块实现, 用RS232通讯接口用于计算机PC和数字控制芯片DSP进行通讯。
根据上文所述硬件电路设计要求, DSP需要执行的数字控制程序模块包括:DA配置程序模块, 用于配置主从动电流源DA、偏置DA和补偿DA;继电器控制程序模块, 用于手/自换向控制、前馈选择控制、换向积分电阻的选择控制、主/从动电流源采样电阻选择控制以及SQUID电流反馈电阻选择控制;前馈的AD数据采集程序模块;液晶 (LCD) 显示程序模块。
3 实验结果
使用Fluke公司的8508A对电流源系统进行测量和标定, 主从动电流输出电流范围为:±100m A, 偏置DA的调节范围为:±20m V。多次配置主从电流源测量其输出电压, 其相对稳定性;相对重复性。
将电流源设置为前馈状态, 根据不同比例的十进制电阻配置主从动电流源输出电流, 测量电阻R1和R2的电压, 并用指零仪测量其的电压差。
4 结束语
本文介绍了一种用于低温电流比较仪的数控电流源设计, 采用两路16位DA电流源输出, 通过配置偏置DA和设定继电器状态的方法实现高精度比例电流输出。实现了系统的模块化和小型化, 并具有控制精确、工作可靠稳定、效率高等优点, 实验证明该电流比例误差, 相对稳定性, 相对重复性, 可以实现对1Ω-10KΩ电阻的测量。
参考文献
[1]K.v.Klitzing, G.Dorda and M.Pepper, New method for high-accuracy determination of the fine-structure constant based on Quantized Hall Resistance, Phys.Rev.Lett.45 (1980) 494-497.
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[3]李正坤, 贺青, 张钟华, 刘勇.提高低温电流比较仪测量准确度的几方面措施[J].计量学报, 2004, 25 (4) :289-192.
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安全电流 篇7
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.
安全电流 篇8
关键词：电流互感器,二次电流,二次绕组,绝缘电阻
1 引言
电流互感器电流异常是电流互感器的常见故障, 通常原因有系统负荷不平衡、接线错误、误差超标等, 严重影响测量的准确性及继电保护动作的正确性, 干扰电网正常运行, 除此以外, 电流互感器自身绝缘不良等问题也会引起电流异常, 但容易被忽视, 通过对500k V电流互感器结构的分析, 研究了互感器自身引起电流异常的原因, 并介绍了一起故障案例。
2 故障案例及检查
某500k V变电站5052流变B相电流存在异常, 其中A与B的1S二次绕组电流相角差为110°。该流变由上海MWB互感器有限公司生产, 生产日期2007年11月, 投运日期2013年12月。
为进一步检查5052流变B相电流异常是由流变本体缺陷引起, 将流变端子箱ABC三相电流短接后再次测量三相电流角度, A与B的1S二次绕组电流相角差仍为110°, 故判断故障位置位于5052流变本体。
5052流变停役后打开B相二次接线盒, 发现二次接线盒内潮湿有油迹, 二次引出线密封板处渗油并有放电灼烧痕迹, 如图1所示。
对流变B相二次绕组进行绝缘电阻测试, 1S绕组对地绝缘电阻为0MΩ, 其余绕组对地绝缘电阻均为0.1MΩ, 末屏对地绝缘电阻为0MΩ, 说明二次绕组和末屏绝缘存在问题。后对5052流变B相1S绕组变比极性、比差角差测试, 结果见表1, 5052流变B相介损及电容量测试结果满足规程要求。
3 测试数据判断及原因分析
流变正常运行时, 末屏接地, 由于接线盒内受潮, 末屏附近电场畸变, 并在二次接线盒引出线密封板处发生放电, 出现放电灼烧痕迹, 放电累计发热使得引出线密封板处密封性能下降, 出现渗油现象。受到引出线密封板处放电和渗油影响, 二次绕组引出线不同程度出现放电灼烧痕迹, 绕组对地绝缘也显著下降, 特别是1S二次绕组对地绝缘几乎为零。
与保护小室内该绕组的保护接地点之间形成的一容性阻抗与二次负载并联。此容性阻抗引起二次电流分流, 导致流入继电保护装置电流改变, 但使其相位有10°偏差。1S二次绕组回路图及其向量图如图2所示。其他二次绕组对地绝缘电阻为0.1MΩ, 远大于负载电阻, 分流作用对负载电流幅值和相位影响均很小, 可忽略不计。
4 结论
通过对电流互感器结构分析表明, 电流互感器本体的电流异常故障大多源于二次绕组部分, 检查此类故障时, 应将重点集中于二次绕组部分。
故障实例分析表明, 电流互感器二次绕组绝缘降低与电流互感器保护接地点之间形成分流通道, 导致进入继电保护装置的二次电流改变, 反应出电流异常现象。在日常检修工作中, 对二次绕组绝缘的测试工作应加强重视, 对尽早发现设备隐患有很大帮助。
参考文献
[1]乔立凤.330k V电流互感器电流异常故障分析[J].电子测量技术, 2013.
安全电流 篇9
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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[6]田铭兴,励庆孚.磁饱和式可控电抗器的等效电路及仿真分析[J].电工技术学报,2003,18(6):46-67.TIAN Ming-xing,LI Qing-fu.Calculation and Simulation of a Controllable Reactor of Transformer Type[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2003,18(6):46-67.
专题十四 交变电流 篇10
A. [2]A B. [145]A C. 1.5A D. [22]A
2. 如图2所示为一交变电流的电流图象，该电流的有效值为（ ）
A. [I0] B. [22I0] C. [2I0] D. [I02]
3. 下列所列数据不属于交流电有效值的是（ ）
A. 交流电表的示数 B. 灯泡的额定电压
C. 电容器的耐压值 D. 保险丝的额定电流
4. 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流[E=2202sin100πtV]，那么（ ）
A. 该交变电流的频率是100Hz
B. 当[t=0]时，线圈平面恰好与中性面垂直
C. 当[t=1200s]时，[e]有最大值
D. 该交变电流电动势的有效值为[2202]V
5. 下列四个图象中描述的是正弦式交变电流的是（ ）
6. 如图3是我国民用交流电的电压的图象. 根据图象可知，下列有关家庭用交变电压参数的说法中，错误的是（ ）
A. 电压的最大值是311V
B. 用电压表测出的值是220V
C. 交流电的频率是50Hz
D. 某一时刻的交流电压为[U=311sin50πt]V
7. 某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如图4，下列说法中正确的是（ ）
A. 交变电流的频率为0.02Hz
B. 交变电流的瞬时表达式为[i=5cos50πtA]
C. 在[t=0.01s]时，穿过交流发电机线圈的磁通量最大
D. 若发电机线圈电阻为0.4Ω，则其产生的热功率为5W
8. 如图5，三只白炽灯泡[L1]、[L2]、[L3]分别与线圈[L]、电阻[R]、电容器[C]串联后接在同一个交流电源上，供电电压瞬时值为[U1=Umsinwt]，此时三只灯泡的亮度相同. 现换另一个电源供电，供电电压瞬时值为[U2=Umsinwt2]，则三只灯泡的亮度变化是（ ）
A. [L1]变亮，[L2]不变，[L3]变暗
B. [L1]变暗，[L2]不变，[L3]变亮
C. [L1]变亮，[L2]变亮，[L3]变暗
D. [L1]变暗，[L2]变亮，[L3]变亮
9. 如图6，电路中A、B是两个完全相同的灯泡，[L]是一个自感系数很大，电阻可忽略的自感线圈，[C]是电容很大的电容器. 当S闭合与断开时，A、B灯泡的发光情况是（ ）
图6
A. S刚闭合后，A亮一下又逐渐变暗直至熄灭，B逐渐变亮
B. S刚闭合后，B亮一下又逐渐变暗直至熄灭，A逐渐变亮
C. S闭合足够长时间后，A和B都一样亮
D. S闭合足够长时间后再断开，B立即熄灭，而A逐渐熄灭
10. 在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成份，又有低频成份，经放大后送到下一级，需要把低频成份和高频成份分开，只让低频成份输送到再下一级，我们可以采用图7电路，其中[a、b]应选择的元件是（ ）
A. [a]是电容较大的电容器，[b]是低频扼流圈
B. [a]是电容较大的电容器，[b]是高频扼流圈
C. [a]是电容较小的电容器，[b]是低频扼流圈
D. [a]是电容较小的电容器，[b]是高频扼流圈
11. 如图8所示的理想变 [图8]压器，对于原、副线圈，一定相等的物理量是（ ）
A. 交流电的最大值
B. 磁通量的变化率
C. 电功率
D. 交变电流频率
12. 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成，而不采用一块整硅钢，这是为了（ ）
A. 增大涡流，提高变压器的效率
B. 减小涡流，提高变压器的效率
C. 减小涡流，减小铁芯的发热量
D. 增大涡流，减小铁芯的发热量
13. 理想变压器的原副线圈的匝数比为1∶15，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，副线圈的输出电压为（ ）
A. 90V B. 0.4V C. 6V D. 0
14. 如图9，理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1. 原线圈接入一电压为[u=U0sinωt]的交流电源，副线圈接一个[R]=27.5Ω的负载电阻. 若[U0]=[2202]V，[f]=100πHz，则下述结论正确的是（ ）
A. 副线圈中电压表的读数为55V
B. 副线圈中输出交流电的周期为[1100πs]
C. 原线圈中电流表的读数为0.5A
D. 原线圈中的输入功率为[1102W]
15. 变压器是根据电磁感应原理工作的，理想变压器工作时不损耗能量，不会改变交变电流的周期和频率. 如图10所示的变压器在工作时，要想增大原线圈的输入电流，可以采用的方法是（ ）
A. 同时增加初级线圈的匝数[n1]、减小次级线圈的匝数[n2]
B. 保持滑动变阻器不动，减小次级线圈的匝数[n2]
C. 只将滑动变阻器的滑片向[b]端滑动
D. 只将滑动变阻器的滑片向[a]端滑动
16. 如图11是街头变压器给用户供电的示意图. 输入端接入的电压[u=22002sin100πtV]，输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用[R]表示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，题中电表均为理想交流表，则下列说法正确的是（ ）
A. [V2] 表的读数为[2202]V
B. [A1] 表的示数随[A2] 表的示数的增大而增大
C. 副线圈中交流电的频率为100Hz
D. 用户端闭合开关，则[V2] 表读数不变，[A1] 表读数变大，变压器的输入功率增大
17. 如图12甲，两个相同变压器的副线圈接有相同的灯泡[L1]、[L2]，原线圈接有定值电阻[R]，导轨和金属棒[MN]的电阻不计. 现使金属棒沿轨道向右匀速运动，图12乙中金属棒移动速度大于甲图中棒的移动速度，则在棒运动的过程中（ ）
A. [L1]、[L2]都发光，[L2]比[L1]亮
B. [L1]、[L2]都不发光
C. [L2]发光，[L1]不发光
D. [L1]发光，[L2]不发光
18. 有理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图13. 如果负载电阻的滑片向上移动，则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是（ ）
A. [V1] 、[V2] 不变，[A1] 增大、[A2] 减小，[P]增大
B. [V1] 、[V2] 不变，[A1] 、[A2] 增大，[P]增大
C. [V1] 、[V2] 不变，[A1] 、[A2] 减小，[P]减小
D. [V1] 不变，[V2] 增大，[A1] 减小，[A2] 增大，[P]减小
19. 如图14，一个理想变压器，[O]点为副线圈的中心轴头，电路中的两个电阻的大小相同. 设开关K闭合前后原线圈的电流分别为[I1]和[I2]，则电流[I1]∶[I2]为（ ）
A. 1∶1 B. 2∶1
C. 1∶2 D. 上述三个选项都不正确
20. 如图15是一台理想自耦变压器，在[a、b]之间接正弦交流电，A、V分别为理想交流电流表和交流电压表. 若将调压端的滑动头[P]向上移动，则（ ）
A. 电压表V的示数变大
B. 变压器的输出功率变大
C. 电流表A的示数变小
D. 电流表A的示数变大
21. 如图16，理想变压器副线圈接两个相同的灯泡[L1]和[L2]. 输电线的等效电阻为[R]. 开始时，电键S断开，当S闭合时，下列说法中错误的是（ ）
A. 副线圈两端的输出电压减小
B. 通过灯泡[L1]的电流减小
C. 原线圈中的电流增大
D. 变压器的输入功率减小
22. 远距离输电都采用高压输电，其优点是（ ）
A. 可增大输电电流
B. 可加快输电速度
C. 可增大输电功率
D. 可减少输电线上的能量损失
23. 在远距离输电时，输送的电功率为[P]，输电电压为[U]，所用输电导线的电阻率为[ρ]，截面积为[S]，两地的距离为[L]，输电线上损耗的电功率为[P1]，用户得到的电功率为[P2]. 下列关于[P1]和[P2]的表达式，正确的是（ ）
A. [P2=P（1-2PρLU2S）] B. [P2=P-U2S2ρL]
C. [P1=P2ρLU2S] D. [P1=U2SρL]
24. 关于远距离输电，下面说法正确的是（ ）
A. 在输电功率一定的条件下，根据[P=U2R]可知，导线上损失的电功率与输电电压的平方成正比，与输电线电阻成反比
B. 在输电功率一定的条件下，根据[P=I2R]可知，导线上损失的电功率与输电电流的平方成正比，与输电线电阻成正比
C. 在输电功率一定和输电线选定的的条件下，导线上损失的电功率与输电电压的平方成反比
D. 在输电功率和电压一定的条件下，导线上损失的电功率与输电线的直径的平方成正比
25. 矩形线圈在一匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速转动，产生的交变电动势表达式为[e=311sin314t]V，求：
（1）电动势的最大值、有效值和频率；
（2）若矩形线圈是100匝，线圈平面面积为0.02m2，匀强磁场的磁感应强度[B]是多少；
（3）当线圈平面从中性面开始转过[3π4]时，电动势的瞬时值是多大.
26. 如图17为某学校一套校内备用供电系统，由一台内阻为1Ω的发电机向全校22个教室（每个教室有“220V，40W”的白炽灯6盏）供电. 如果输电线的总电阻[R]是4Ω，升压变压器和降压变压器（都认为是理想变压器）的匝数比分别是1∶4和4∶1，那么：
（1）发电机的输出功率应是多大；
（2）发电机的电动势是多大；
（3）输电效率是多少.
27. 如图18，变压器原线圈输入电压为220V，副线圈输出电压为36V，两只灯泡的额定电压均为36V，[L1]额定功率为12W，[L2]额定功率为6W. 求：
（1）该变压器的原副线圈匝数比.
安全电流 篇11
穿芯式电流互感器是一种常见电工器件, 因其接线简单、安装方便而广泛应用于计量、测量及保护回路中。但是穿芯式电流互感器容量较小, 若在电气设计中考虑不周, 则极易引起极大误差, 造成计量、测量不准, 保护失灵等问题。
1 故障情况
某工程1台37kW低压电机分别可以在低压配电室和机旁操作柱进行启停操作。低压配电室配电柜内三相均装设了电流表, 电流互感器型号为LMZ1-0.5 100/5, 其中A、C相电流互感器二次侧在柜内各接1块电流表, B相电流互感器二次侧串接了2块电流表, 1块在柜内, 1块在约50m远的机旁操作柱上。配电柜内和操作柱上电流表型号均为46L1-A 100/5。
接线完毕进行调试时, 发现电机A、C相电流表指示正常, 而B相柜内及机旁操作柱上电流表数值均偏小, 且与A、C相相差较大。钳形电流表测量电机三相电流平衡, 检查也未发现二次接线错误、虚接等问题。摘除B相至机旁操作柱的电缆和电流表后, 配电柜电流表指示正常。由此判断是信号传输距离过远造成测量误差, 应该与电流互感器带载能力有关。
2 故障分析
电流互感器带载能力取决于它的额定容量。配电柜内电流互感器的额定容量为5VA。随着信号传输距离的增加, 电缆将增长, 而电缆越长, 电流互感器二次负载就越大, 一旦超过规定范围, 就会造成测量误差。
为保证电流互感器的准确度, 应满足要求:
式中, S2N为电流互感器额定二次容量;S2为电流互感器运行时的实际二次容量。
电流互感器运行时的实际二次容量S2为:
式中, I2为电流互感器实际二次电流;0.7为裕度系数;Kjx1为仪表或继电器接线系数;Kjx2为导线接线系数;Zbj为二次回路所串联的仪表、继电器等的电流线圈阻抗;Rdx为二次回路连接导线电阻;Rjc为二次回路连接接触电阻。
导线电阻Rdx=Lρ/A, 其中, L为导线长度, ρ为电阻率, A为导线截面积。回路电缆为kVV22 450/750 4×2.5mm2铜芯电缆, 单程长约50m, 其电阻率在20℃时约为0.017 2Ωmm2/m, 故整个回路的导线电阻Rdx为0.688Ω。
回路采用三相星形接线, Kjx1、Kjx2均为1。查阅相关资料得到46L1-A电流表阻抗Zbj为0.014Ω;Rjc一般取0.05~0.1Ω, 本工程取0.05Ω。因此, 由式 (1) 可得电流互感器运行时的实际二次容量S2为9.212VA。可见, S2N<S2, 实际需要大于额定容量, 这就是B相电流表显示出现很大误差的原因。
3 解决办法
针对B相电流表显示值误差大的原因, 通过分析研究, 提出几种解决办法。
(1) 将B相电流互感器更换为LMZJ1增强容量型, 其额定容量为10VA, 可满足S2N≥S2的要求。
(2) 在B相增加1只5VA的电流互感器, 2只电流互感器二次线圈串联接线。2只相同的电流互感器二次线圈串联时, 其二次回路中的电流不变, 但感应电势E增大1倍, 相应的容量也增大1倍。所以, 在运行中, 因继电保护装置或仪表的需要而扩大电流互感器容量时, 可采取二次绕组串联的接线方法。
(3) 受限于安装空间, 将B相电流互感器更换为增强容量型或增加1只电流互感器与原电流互感器串联接线实施困难时, 可将配电柜内B相电流互感器接法与A、C相统一, 各接1块电流表。然后, 在配电柜电机主电缆任意一相上套1只增强容量型电流互感器或2只串联接线5VA电流互感器专门带操作柱电流表。
(4) 如果在电机端电缆头处可安装电流互感器, 那么配电柜内A、B、C相电流互感器二次电流都不出柜, 而在电机附近安装1只电流互感器专门带操作柱电流表。
(5) 将电流互感器更换为二次额定电流为1A的产品, 相应电流表更换为二次额定电流为1A的产品。根据式 (1) , 忽略电缆电抗等, 当电流互感器容量同为5VA时, 若二次额定电流为5A, 则二次负载Z2为0.408Ω;若二次额定电流为1A, 则二次负载Z2为10.2Ω。由此可知此方法可大幅提高信号传输距离。
根据以上分析并结合实际情况, 最终选择在B相增加1只电流互感器与原电流互感器串联接线的方法, 效果非常理想。
4 结束语