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仪用互感器

提示:

将交流大电流或高电压变换成小电流或低电压的测量用互感器,称为仪用互感器。按照用途的不同,仪用互感器分为电流互感器和电压互感器。一、电流互感器电流互感器是一种特殊形式的变压器,它的一次绕组和二次绕组之间没有电的联系,只有磁的联系。在交流电路中,利用电流互感器可将大电流转换为小电流(常为5A),作为测量和


    将交流大电流或高电压变换成小电流或低电压的测量用互感器,称为仪用互感器。按照用途的不同,仪用互感器分为电流互感器和电压互感器。

    一、电流互感器

    电流互感器是一种特殊形式的变压器,它的一次绕组和二次绕组之间没有电的联系,只有磁的联系。

    在交流电路中,利用电流互感器可将大电流转换为小电流(常为5A),作为测量和继电保护用。正常运行的电流互感器,其二次侧所接负载的阻抗很小,相当于短路,二次侧的电压很低,但当电流互感器二次开路时,二次电流为零,而一次电流不变,这时,二次绕组侧可能产生高压,严重威胁设备和人身安全。所以为了安全,运行中的电流互感器是不允许开路的,电流互感器的铁心和二次绕组的一端应可靠接地,在带负载情况下装拆仪表时,必须先把二次绕组短路,才能将仪表的连接线拆开。

    1.电流互感器的选用

    1)电流互感器分高压、低压两种,测低电压只能用低压电流互感器,测高电压只能用高压互感器,两者不能混用。

    2)电流互感器的额定电压应等于被测电路的电压,一次侧的额定电流应大于被测电路最大持续工作电流。

    3)根据被测电流的大小选择电流互感器的电流比。电流互感器电流比的分子部分表示其一次额定电流,分母部分表示其二次额定电流。例如某电流互感器的电流比为15 0/5,表示此电流互感器可通过的一次额定电流为150A,二次额定电流为5A

    4)电流互感器的准确级有0.2级、0.5级、1级、3级等。使用时应根据负载的性质来确定电流互感器的准确等级,如计量用的准确等级要高于保护,电能计量一般选用0.51级,而继电保护选用3级。

5)电流互感器的一次绕组串联在被测电路中,二次绕组与测量仪表、继电器等电流线圈串联使用。

    6)电流互感器的额定容量应满足仪表所消耗的总功率;电流互感器极性不能接反,相序应符合设计要求。

    7)电流互感器二次回路应接线牢固,绝不允许开路和安装熔断器。二次出口处( K2)一点接地,不使用的二次绕组应在接线板处短路并接地,防止二次开路产生高压危及人身和设备的安全。

    2.电流互感器常用接线

    (1) -台电流互感器接线

    如图3-37a所示,它将电流表接于电流互感器的二次侧,适用于测量单相负载电流或三相平衡负载的某一相电流。

    (2)电流互感器星形接线

    如图3-37b所示,它由3个电流互感器和3个电流表组成,可以测量负载平衡或不平衡三相电力系统的三相电流。

    (3)电流互感器不完全星形接线

如图3-37c所示,它由装在L1L3相的电流互感器与三只电流表组成,第三只电流表接在公共线上,它的电流是L1相电流和L3相电流的相量和。这种接线方式比三相星形接线少了一只电流互感器。

 

    3-37  电流互感器接线

a) -台电流互感器接线b)电流互感器星形接线c)电流互感器不完全星形接线

    3.实用经验交流

    (1)电流互感器的极性标志及判别方法

1)电流互感器的极性是指在某一瞬间,一次和二次绕组同时达到高电位的对应端,称为同极性端或同名端。通常在电流互感器的一次侧标有LiL2,二次侧标有K1K2,其中的L1K1L2K2为同名端,在电路中常用“·”或“*”表示,如图3-38所示。

 

3-38  电流互感器极性标志

  2)电流互感器极性接错将产生以下危害:用在继电保护电路中的电流互感器,将引起继电保护装置误动或拒动;用在计量回路中的电流互感器,会使计量及监视仪表失准,还可能使电能表反转。所以接线前必须正确判断电流互感器的极性。

3)通过外形标志判别。图3-39a所示为常用的电流互感器外形,图中标注的L1K1为同名端,L2(在互感器的背面)和K2为同名端。

4)测量法。当电流互感器的极性标注不清时,可按图3-39b所示方法判别,即将万用表置于毫安档或毫伏档,把红表笔与假设的K1相连,黑表笔与假设的K2相连。然后将一只大号干电池的正、负极分别与假设的L1L2相碰,碰触瞬间,若万用表正偏,则假设的K1L1是同名端,否则假设的K1L1为异名端。

 

3-39  电流互感器同名端的判别

a)通过外形判别b)测量法判别

    (2)电流互感器二次侧接地的有关规定

    高压电流互感器的一次侧为高压,当一、二次绕组间的绝缘击穿时,高压会通过绝缘损坏的绕组窜入低压侧。如果二次绕组有一点接地,会将高压经接地点引入大地,使二次回路保持地电位,保证人身及设备的安全。注意:高压电流互感器的二次回路有且只许K2端一点接地,否则两接地点间会有电流流过(分流),造成测量误差增大或者影响保护电路的正常动作。

    (3)电流互感器二次回路开路

    1)电流互感器二次回路开路的现象、后果。

    电流互感器二次侧所接负载的阻抗很小,相当于短路,二次侧的电压很低,但当电流互感器二次回路出现开路故障时,二次电流为零,一次电流所产生的磁通迅速增加,铁心磁通饱和,在二次侧可能产生数千伏甚至上万伏的高压,危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝缘结构;开路点可能出现放电现象,产生放电火花及放电声;同时还会引起损耗增大,铁心因发热而产生异味,长时间处于开路状态,会毁坏绝缘层,烧坏互感器。二次开路后,因磁通密度增加和磁通的非正弦性,硅钢片振动,发出异常噪声。计量二次回路开路,与其相连的电流表指示摇摆不定(半开路)、指示降低(接触电阻增大)或无指示(全开路),电能表不转或转速过慢,使计量表、指示仪表不准。保护二次回路开路,保护装置检测不到负载电流会出现拒动或误动(如方向保护、差动保护)。

    2)电流互感器二次开路的原因。二次回路中试验接线端子的结构设计或制造质量上存在缺陷;修试人员工作中的失误或工作时不认真,如恢复接线时接错位置;导线未压在压板的金属片上,而误压在胶木套上;二次回路中电流过大,未使用合适的导线,端子接头压接不紧,致使仪表、继电器、变送器等器件烧坏,都会使电流互感器二次开路。

    3)电流互感器二次开路的处理方法。

    ①运行中发现电流互感器开路,应先分清故障所属电流回路组别、相别,汇报调度。对保护有影响的,应停用相应的保护装置;能够停电的应尽量停电,不能停电的,应转移或降低一次负载,尽量减小电流互感器的一次电流,以降低二次回路的电压。

    ②检查开路点。如修试后出现开路,应对照接线图检查拆过或触动过的接线是否压紧、接错;如平时出现开路故障,应先检查连接端子、仪表接线等容易发生故障的端子及元件。不明显的故障点,可使用短路片或专用短路线,在就近的试验端子上将二次回路短接。若短按时没有火花,表明开路故障在短接点至互感器之间,可逐步向前移动短接点;若短接时发现有火花,说明开路故障在短接点之后。

  ③修复开路点。如果是二次回路接线端子或仪表接线螺钉松动造成的开路,可直接紧固松动的接线;如果是二次同路的元件损坏,应先将短接线短接在开路点之前,但不得断开接地点,然后更换损坏的导线和元件,最后拆除短接线;如果二次电缆中某一导线断线,可用备用线芯代替,否则要更换二次电缆,并埘新电缆进行绝缘电阻测定,更换后还要核对接线。

    注意:检查、修复开路点时,应有人监护,站在绝缘垫上,使用带绝缘柄的工具操作;如果是高压电流互感器二次出口处开路,则限于安全距离,人不能靠近,必须在停电后才能修理;如果电流互感器冒烟、内部有放电响声或引线与外壳间有火花放电,必须停电检修。

    ④恢复保护及供电。故障处理后,汇报调度,投入原来退出的保护,将暂时转移的负载倒回来。

    (4)穿心式电流互感器一次绕组的绕法

    穿心式电流互感器的一次绕组就是穿过铁心中心孔的导线。电流互感器的电流比与穿过铁心的匝数有关,穿过中心孔的导线数越多,电流比越小。绕制前,应看清哪是互感器的进线端L1,看清互感器的铭牌上给出的电流比和需要绕的匝数,电流比下面对应的数值即是所要绕的匝数。例如,如果在15 0/5的下面标明1匝,表示采用15 0/5电流比时,只需绕1匝;同理如果50/5的下面标的是3匝,就表示采用50/5电流比时,则需绕3匝。

绕制时,导线从电流互感器的首端L1”串入,匝数即是穿过电流互感器中心孔的次数,穿过中心孔有几根导线就是几匝,不要误以为绕在铁心外面的导线数为匝数。若为1匝,就直接穿过,若为两匝,穿过后,再绕回穿过一次,依次类推,直至所要的匝数。图3- 40所示为穿心式电流互感器一次绕组的绕法。

 

3-40穿心式电流互感器一次绕组的绕法

    (5)从电流表表盘推算配套的电流互感器电流比

    电流表和电流互感器配合使用时,由于电流互感器的二次额定电流一般都是5A,为了读数方便,在电流互感器二次侧接的电流表都是按配用的电流互感器一次额定电流值进行刻度的。所以电流表的最大量限就是电流互感器的一次额定电流,而电流互感器的电流比,就是其一次电流与二次电流之比。因此,如果配电盘某电流表的满刻度为50,则配用电流互感器的电流比就是50/5,同理满刻度为100的电流表,则配用电流互感器的电流比是100/5,……依次类推。

    (6)电流互感器二次侧电流表刻度盘的修正及读数

    有时手头没有与电流互感器电流比一样的电流表,可将现有的电流表电流比改动一下即可。但由于电流互感器二次的额定电流一般为5A,所以额定电流为5A的电流表才可代用。为了读数的方便,在更换电流表时,电流表本身的标注应与电流互感器电流比相同,否则应修正电流表刻度盘的标注,使电流表的满刻度与所配用的电流互感器的一次额定电流相同,分刻度与满刻度同比例增大或缩小。

读数时,被测电流的实际值等于电流表的显示格数除以总格数,再乘以电流互感器一次电流的额定值。

    例如:某电流互感器为200/5,如配用的电流表为5A,满刻度为100个格,试修正电流表的刻度。若电流表读数为60个格,实际电流是多少?

    因电流表的满刻度应与电流互感器一次电流相同,所以满刻度应增大一倍,即为200A,分刻度与满刻度同比例改变。所以原来标定为10的应改为20,标50处应改为100,…… 被测电路的实际电流为(60/100格)×200A =120A

    (7)电流互感器二次侧的串联或并联

    有时,因试验或实际工作需要,而又没有合适的电流互感器,可采用串联或并联的方法来改变电流互感器的电流比或容量。

    1)电流互感器二次绕组的串联接线。两套相同的二次绕组串联时,其电流比、准确度和二次电流都不变,但其容量增加一倍(因自感电动势增加一倍)。所以,若临时需要扩大电流互感器的容量,可将其二次绕组串联接线。

    2)电流互感器二次绕组的并联接线。两套相同的二次绕组并联时,因二次电流将增加一倍,为使二次电流保持原来的额定电流,则一次电流应降低一半使用。所以二次绕组并联时,其容量不变,但其电流比减为原来的一半。所以,若临时需要减小电流互感器的电流比,可将其二次绕组并联接线。

   二、电压互感器

    电压互感器一般用于交流电路中将高压转变为100V的低电压,可作测量、指示和继电保护用,有时也用于电气隔离(如电能表校验台上的电压互感器,将电压由一路分为几路、几十路)。运行中电压互感器的二次侧绕组绝不许短路,所以应在电压互感器的一、二次侧加装熔断器,否则将烧坏电压互感器。

    1)电压互感器的选用

    1)根据被测电压的高低选择电压互感器的额定电压比。

    2)所选择的电压互感器的准确等级应符合规定。

    3)电压互感器的额定容量应满足二次负载所消耗的总功率。

    4)电压互感器的一次侧AX应与被测电路并联,二次侧ax应与测量仪表连接,二次侧不得短路,否则会烧坏电压互感器。

    5)测量功率、相位时,应注意极性。

    6)电压互感器外壳和二次绕组的一端应可靠接地,否则一、二次绕组绝缘损坏时,一次侧所接高压会窜入二次侧,不但容易损坏二次侧低压设备,还可能威胁人身安全。

2.电压互感器的几种常用接线

    3-41所示为电压互感器接线。

    (1)单相电压互感器V/V接线

    3 - 41a所示为由两个单相电压互感器接成的V/V不完全三角形接线,这种接线方式可得到线电压或相对于系统中性点的相电压,不能测量相对地的相电压,由于通过单相电压互感器组合而成,二次绕组的额定电压为100V。适用于中性点不接地或经高阻抗(消弧线圈)接地的电网中,我国10kV配电中的高压计量电压互感器常采用这种接线。

为了安全,常将二次绕组的V相接地,以防止互感器绝缘损坏时,高压窜人低压侧而对设备和人员造成危险。

    (2)三个单相电压互感器丫形接线

    3-41b所示为由3个单相电压互感器构成的丫。/丫。星形接线,电压互感器一次侧始端对应接在三相高压电网,而终端连接在一起并接地。它们的二次绕组的3个终端相连并直接接地,3个始端分别引出UVW三相。

    星形接线可得到线电压和相电压,二次三相线电压为100V,三相对地电压为100/√3V

(3) 三相五柱式电压互感器接线

3 - 41c所示为三相五柱式电压互感器接线。这种接线方式,电压互感器的一次绕组和主二次绕组采用星形接线,并将中性点接地,主二次绕组输出用于测量线电压、相电压(三相线电压为100V,三相对地电压为100/√3V)及监视系统是否平衡或断线等。辅助二次绕组接成开口三角形,它的两端接绝缘监察继电器线圈KA。正常运行时,开口三角形两端只有几伏的不平衡电压,KA不吸合,当系统接地时,开口三角形两端出现零序电压,使KA得电吸合,接通信号回路,发出接地预告信号。

 

    3-41  电压互感器接线

a)单相电压互感器v/v接线b)三个单相电压互感器星形接线

    c)三相五柱式电压互感器接线

    为防止短路,在主二次绕组的各相引出端应装设熔断器,但由于正常运行时,辅助二次绕组输出端没有电压或只有很小的不平衡电压,难于实现熔断器监视,所以电压互感器的开口三角形上不得装设熔断器。当然中性线上也不得装设熔断器。

    这种接线适用于635kV中性点不接地系统中。

    3.实用经验交流

    (1)电压互感器二次侧熔丝熔断

    电压互感器的二次侧熔丝是保护电压互感器的二次绕组及其负载,由于电压互感器二次绕组的阻抗很小,是不允许短路的,当电压互感器二次回路受潮、腐蚀及损伤而发生短路故障时,会导致二次电流增大,二次侧熔丝熔断。

    当二次侧熔丝熔断后,应查明原因并处理故障后才能送电,如检查时未发现异常,可更换同规格的熔丝试送电,如果熔丝再次熔断,说明二次回路有短路故障,切不可再次试送电。

    (2)电压互感器一次侧熔丝熔断

电压互感器一次侧熔丝熔断后,非故障相的电压表指示正常,与故障相有关的电压都有

不同程度的降低。造成电压互感器一次侧熔丝熔断的原因有以下几点:

    1)一般由于电压互感器绝缘击穿,线圈有匝间、层间或相间短路,或一相接地等故障。

    2)铁磁谐振引起过电压或过电流,也会造成一次侧熔丝熔断。应查明原因并采取消谐措施。

    3)电压互感器二次回路故障,而二次短路保护的熔丝又选得过大,短路故障时不能熔断,这时也可能导致一次侧的熔丝熔断。应检查并排除二次回路故障,更换一、二次侧熔丝,且不可用普通熔丝代替标准熔丝。

    修理或更换故障电压互感器高压熔丝时,应有专人监护,工作中应注意保持与带电部分的安全距离。

    (3)电压互感器运行时有异常噪声

    1)绕组匝间短路或接地,有“噼叭”的放电声,这时高压熔丝熔断。一般由于系统过电压,长时间过载运行,使绝缘老化引起。

    2)绕组断线,会在断线处产生放电声,断线相的电压表指示降低或为零。一般由于互感器引出线接线不合理或导线焊接不良,机械强度不够,造成引出线断线。

  3)绕组绝缘击穿引起弧光放电声。一般由于绝缘油受潮、严重缺油或绝缘老化,绕组内有导电杂物,系统过电压击穿引起,严重时可发展成为相间短路。

  4)铁心夹件未夹紧导致铁心松动,有不正常的振动或噪声。

  5)铁心与油箱的放电声。一般由于接地片松动,紧固螺栓没有拧紧。

  6)套管严重破裂放电,套管、引线与外壳间有火花放电声。

  若电压互感器内部有异常声响并有烟雾、跑油等严重故障时,高压侧未装熔断器或高压熔断器不带限流电阻的,应立即断开相应的断路器,保证无电状态下拉开电压互感器隔离开关,切不能用隔离开关直接断开故障的电压互感器,否则可能在断开故障电流时,引起母线短路、设备损坏或人身伤亡。若高压熔断器未熔断,高压侧绝缘未损坏的故障,或是高压熔断器带有限流电阻时,可根据现场规程规定,直接用隔离开关断开检修。

    (4)电压互感器极性的判别

    1)通过外形标志判别。在电压互感器的外壳上常标有AXax,其中AX表示一次绕组,ax表示二次绕组,且AaXx为同名端。

2)测量法。如图3-42所示,将假设的电压互感器的尾端Xx连在一起,闭合开关S,在电压互感器的一次绕组中通入低压交流电U1用交流电压表分别测量U2U3的电压数值,若U2 =U1- U3,则表明Aa为同名端。测试时,应将调压器从“0”位缓慢升高,只要能看清电压表读数即可。

 

3-42交流电压测量法判别

    电压互感器的同名端

此方法同样适用于电压比为5倍以下的电流互感器,但对10以上的电流互感器,由于U2较小,U3U1接近,不易读数,因此不宜采用此方法。

 

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