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解析互感器及其误差原因与补偿方法

EDNChina整理?? 2012年11月21日 ?? 收藏0
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1A,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。

结构原理

  普通电流互感器结构原理:电流互感器的结构较为简单,由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同,一次绕组的匝数(N1)较少,直接串联于电源线路中,一次负荷电流()通过一次绕组时,产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流();二次绕组的匝数(N2)较多,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路,由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数,I1N1=I2N2,电流互感器额定电流比电流互感器实际运行中负荷阻抗很小,二次绕组接近于短路状态,相当于一个短路运行的变压器。

  穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上,与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路,由于穿心式电流互感器不设一次绕组,其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定,穿心匝数越多,变比越小;反之,穿心匝数越少,变比越大,额定电流比:式中I1——穿心一匝时一次额定电流; n——穿心匝数。

  多抽头电流互感器。这种型号的电流互感器,一次绕组不变,在绕制二次绕组时,增加几个抽头,以获得多个不同变比。它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组,其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上,将不同变比的二次绕组抽头引出,接在接线端子座上,每个抽头设置各自的接线端子,这样就形成了多个变比,此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比,调换二次接线端子的接线来改变变比,而不需要更换电流互感器,给使用提供了方便。

  不同变比电流互感器。这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组,而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组,以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要,例如在同一负荷情况下,为了保证电能计量准确,要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右),准确度等级高一些(如1K1.1K2为200/5.0.2级);而用电设备的继电保护,考虑到故障电流的保护系数较大,则要求变比较大一些,准确度等级可以稍低一点(如2K1.2K2为300/5.1级)。

  一次绕组可调,二次多绕组电流互感器。这种电流互感器的特点是变比量程多,而且可以变更,多见于高压电流互感器。其一次绕组分为两段,分别穿过互感器的铁心,二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接,通过变更连接片的位置,使一次绕组形成串联或并联接线,从而改变一次绕组的匝数,以获得不同的变比。带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确度等级的绕组,随着一次绕组连接片位置的变更,一次绕组匝数相应改变,其变比也随之改变,这样就形成了多量程的变比。带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级,可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等,以满足各自不同的使用要求。

  组合式电流电压互感器。组合式互感器由电流互感器和电压互感器组合而成,多安装于高压计量箱、柜,用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心,固定在钢体构架上,浸入装有变压器油的箱体内,其一、二次绕组出线均引出,接在箱体外的高、低压瓷瓶上,形成绝缘、封闭的整体。一次侧与供电线路连接,二次侧与计量装置或继电保护装置连接。根据不同的需要,组合式电流电压互感器分为V/V接线和Y/Y接线两种,以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能。

误差测量

解析互感器及其误差原因与补偿方法

直流法

  用1.5~3V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。

  1.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。

交流法

  补偿量如下:

  Δf=Nx/(N2-Nx)×100%

  匝数补偿

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。电容补偿,直接在二次绕组两端并联电容就可以。其对比差起正补偿作用,补偿大小与二次负荷Z=RiX中X分量成正比,与补偿电容大小成正比;对角差都起到负补偿,补偿大小与二次负荷Z=RiX中R分量成正比,与补偿电容大小成正比。电容补偿是一种比较理想的补偿方法。在微型精密电流互感器中,一般二次绕组直接接运放的电流/电压变换,其二次阻抗基本为0,此时电容补偿的作用就比较小。一般可以在电流/电压变换阶段增加移相电路可以解决角差问题。用户可以根据电流互感器出厂时所带的该互感器的检验报告中检验误差数据进行调整计算移相电路。

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