油浸倒立式电流互感器设计_魏朝晖

油浸倒立式电流互感器设计

魏朝晖

(沈阳沈变互感器制造有限公司,辽宁沈阳110135)

摘要:介绍了油浸倒立式电流互感器的结构特点和设计要点,指出了其设计中应注意的若干问题。

关键词:电流互感器;油浸式;倒立式;设计

中图分类号:TM452.02 文献标识码:B 文章编号:1001-8425(2000)09-0006-04

近年来电力部门对互感器产品的要求越来越高,并涌现出了许多先进的互感器产品。倒立式电流互感器就是其中最突出的一种,在国内外已被普遍采用。

1　倒立式电流互感器的结构特点

倒立式电流互感器有别于传统的正立式电流互感器产品结构之处,在于将二次绕组及一次绕组集中置于整个产品的上部储油柜内,且主绝缘包扎在二次绕组的外侧。这样,倒立式电流互感器就具有了以下特点:

(1)当一次电流较大时,可采用一次绕组直接穿过二次绕组中心的圆柱形(或管形)母线,使一次绕组的尺寸大大减小。从而一次绕组产生的温升大大降低,且其承受的电动力较小,具有较高的短路电流(动、热稳定电流)承受能力。

(2)当一次电流较小时,可用多匝软(铜)绞线均匀绕在二次绕组的外侧,通过提高安匝数和均匀分布其一次绕组线匝,来提高电流互感器的精度,使其误差精度满足标准的要求;同时,其短路电流(动、热稳定电流)承受能力也会得到一定的提高。

(3)倒立式电流互感器的一、二次绕组均置于产品上部的储油柜内,这样,就有效地避免了正立式电流互感器主绝缘位于产品底部易受潮的环节,减少了主绝缘因受潮而被击穿的可能性,从而提高了产品运行的可靠性。

(4)该互感器只要将二次引线从瓷件中引至产品底部的低电压区即可。这样,产品的瓷件尺寸就可大大缩小,瓷件的制造容易了很多,且其成本也会大大降低。

倒立式电流互感器外形如图1所示

。

图1　倒立式电流互感器外形图

(5)正立式电流互感器的一次绕组多为U字形或链形结构,其返回导体所产生的磁场对二次绕组

表2　K与谐波次数n的关系

n357911......49 (101)

K0.670.650.640.630.62……0.59……0.58

因此,在图7中可绘出K z-u(ξ1=3)曲线。该曲线系杂散损耗增量的一个偏低的估算。

当钢材具有较低的μ和较高的ρ时,如μ=100,ρ=0.3,则ξ1≈1.02,也即相当于b1≈10mm的铜导线,故b1=10mm的K e-u曲线可看作为另一根K z -u(ξ1=1.02)曲线。该曲线系杂散损耗增量的一个偏高的估算。

由于杂散损耗的复杂性,故K z系数仅能在某些特定情况下,影响脉波电流杂散损耗增量的估算。

(待续)

第37卷　第9期2000年9月 变压器

TRANSFORMER

Vol.37

September

No.9

2000

性能的影响是不可低估的,特别是在一次绕组电流较大(或安匝数较高)的情况下尤为突出。如不采取有效措施,往往会造成保护复合误差超出标准规定和设计值;如果要使其满足要求,则需在结构上采取一些特殊措施。例如,美国标准ANSIC 57.13—1978中的“C ”级,英国标准BS 3938中的“X ”级,及IEC 标准中的“TPS ”级,往往需要采取特殊的措施(如按磁场的变化情况分布二次绕组的匝数等),就会使产品结构复杂化。而倒立式电流互感器则可有效地避免这一问题的产生,其一次绕组采取中心穿越式或多匝均匀分布式,其一次绕组返回导体产生的磁场不均匀现象得以消除,对产品性能的影响可以避免或忽略。

2　倒立式电流互感器的设计要点

电流互感器(CT )是一种专门用作变换电流的特种变压器,其主要功能就是供电力系统作电流、电能测量及继电保护用。其工作原理见图2

。

图2　电流互感器工作原理图

2.1　额定安匝的确定

电流互感器是将一次电流变换成标准的二次电

流。由于励磁电流的存在,变换的二次电流与理想值总有一定的误差,而控制其误差值在标准允许的范围内正是电流互感器设计的关键。误差计算的公式如下:

比差:

f (%)=-I 2(Z 2+Z b )L ×104

4.44fN 2S μ(I 1N 1)sin (α+β)×100

角差:δ(′)=I 2(Z 2+Z b )L ×104

4.44fN 2S μ(I 1N 1)

c os (α+β)×3440

式中　I 2二次电流,A

Z 2二次绕组阻抗,ΨZ b 二次负荷阻抗,ΨL

平均磁路长,cm f 电源频率,H z N 2

二次绕组匝数

S 铁心截面积,cm 2

μ铁心材料磁导率,H /c m I 1N 1一次绕组安匝α

二次阻抗角

β铁心损耗角

从式中可以看出,电流互感器的误差与一次安匝(I 1N 1)成反比。当其他条件基本确定以后,一次绕组的安匝数则是影响误差大小的一个关键性参数。一次安匝(I 1N 1)越大,误差也就越小。在实际的倒立式电流互感器设计过程中选取合适的一次安匝(I 1N 1)非常关键:如果一次安匝(I 1N 1)选得太高,铁心截面可以很小,但一次绕组及二次绕组匝数则相应增加,不利于线圈的绕制;如果一次安匝(I 1N 1)选得过低,虽一次绕组及二次绕组匝数很少,铁心截面则要放大很多,造成二次绕组组合尺寸很大,不利于主绝缘的包扎,同时可能使产品头部重量增大,使产品的稳定性和抗震性受到不利影响。

所以,选择合适的一次安匝(I 1N 1),优化设计很关键。根据我们在实际设计中得到的经验,一般情况下一次安匝(I 1N 1)选定在1200～3000安匝之间比较合适。

如果产品本身的额定电流比很小,而要求其承受的短路电流较大时,需增加一次绕组导线的截面(一般提高一次绕组导线的并绕根数)。

如果产品本身的额定电流比很大,虽其一次绕组只需一匝导线即可,但一次绕组的安匝(I 1N 1)数

也会很高,而且不能人为降低。2.2　二次绕组及二次绕组组合结构的设计

当一次安匝确定以后,就可以进行二次绕组的设计计算了。二次绕组的设计原理与传统的正立式产品相同,但一次绕组返回导体所产生的磁场对二次绕组性能的影响可不作考虑,这里就不再介绍了。只提醒一下,在确定二次绕组尺寸时,同时要考虑其组合(装)方便,并尽可能减小其组合尺寸。如果当测量级二次绕组有仪表保安系数(FS )要求,须并联辅助互感器线圈时,则只能在产品底部的底座上或二次绕组支撑架上安排位置。

二次绕组的组合首先要考虑是否有利于进行主绝缘的包扎,即尽量压缩组合的无效空间,使二次绕组相互间的尺寸配合尽量合理。

对于较低电压(110kV 及以下)的倒立式电流互感器,二次组合后的断面形状一般采用方芯即可,其特点是结构比较简单,制造过程简便(见图3a )。对于较高电压(220kV 及以上)的倒立式电流互感器,为了改善其电场分布,往往将二次绕组组合后放在

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　第9期 魏朝晖:油浸倒立式电流互感器设计