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分析零序TA性能及其對漏電保護器的影響
更新時間:2019-07-01 發布:www.hpujid.live

摘要本文從漏電庇護器的一個重要部件——零序TA進手,較為周全地分析互感器的性能指標和對漏電庇護器的影響,著重論述了影響互感器性能指標的身分,和若何將零序互感器性能指標與漏電庇護器的性能統一起來。


  關頭詞性能指標影響身分分析





  零序TA(以下簡稱互感器)是一個丈量漏電電流的部件。它在漏電庇護器中與其他部門的毗連見圖1,圖1清晰地講明互感器在整個漏電庇護器中的位置及重要作用。要保證整個漏電庇護器的質量,就應當重視互感器的性能指標,并恰當地分析互感器的各性能指標黑白對漏電庇護器的影響。


  互感器凡是是在一個具有閉合磁路的鐵芯上繞一定匝數的線圈作為副方繞組(即二次繞組)和原方繞組(即一次導線)組成。圖2是互感器的結構示意圖。其中I1暗示一次導線上流過的電流,U2暗示二次繞組上感應的電勢。


  1 活絡度


  活絡度是指互感器二次繞組感應電勢對漏電電流的反應能力,可以表述為在一定的漏電情況下,分歧的互感器所感應的電勢U2越高,說明其活絡度越高。現在先從互感器空載的情況下(二次繞組上未帶負載)來分析互感器的活絡度與哪些身分有關。為便于分析,我們可以將圖2轉換成圖3的等效電路形式。原方I1是一次導線上流過的電流、N1是原方的匝數,U1是N1匝情況下的感應電勢;U2是二次繞組上感應電勢、N2為二次繞組的匝數。憑據電工學可得:


  U1=4.44fN1BS=4.44fN21μI1S   1


  若是疏忽消耗,則可以獲得


  U2=U1(N2/N1)=4.44fN1N2μI1S   2


  式中f為頻率;μ為鐵芯的導磁率;S為鐵芯的截面積。假設一次導線中流過的電流是一定的條件下,從②式中可以得出以下結論:


  (1)活絡度與原、副方的匝數有關。一次導線、二次繞組的匝數越多,活絡度越高。但大都情況下,一次導線就是被庇護線路,增加其匝數不現實,現實使用時都是只能穿過一匝,即N1=1匝;增加二次繞組的匝數可以提高互感器的活絡度,若是界說匝比N=N2/N1=N2;則②式可以寫為


  U2=4.44fNμI1S    1


  即提高二次繞組的匝數從而提高匝比N,可以提高活絡度。要注重的是匝比N的提高雖然可以提高活絡度,但必需與下面談到的性能指標聯系起來,不能一味地肆意提高N,下文會對此作出說明。


  (2)當匝比和鐵芯面積肯定后,活絡度與鐵芯的導磁率成正比。這意味著采用高導磁率的材料做鐵芯是提高活絡度的重要手段。同時,我們在推導計較式時疏忽了消耗,所以活絡度還與鐵芯磁路的長短、采用環形鐵芯提高哄騙率而削減漏磁等多種身分有關。


  不成否認,活絡度是一個重要的指標,參見圖1,對放年夜電路來說,其放年夜倍數是一定值,只有互感用具有對漏電一定的反應能力,才能往進行放年夜及后續電路的處置。凡是一個較好的方案是綜合斟酌并肯定后續電路的參數,保證這些電路的正常運行,然后合理地以電路參數為依據,計劃出互感器的活絡度指標,然后憑據前面的分析,合理選擇鐵芯材料,憑據其固有特征,恰當肯定匝比,才能把互感器與后續電路聯系起來。


  前面是在互感器二次繞組空載的情況下分析其活絡度這一性能指標,現實運用中互感器需與放年夜電路配接,是以應當斟酌互感器帶上負載的情況。比力成熟的方式是在互感器的二次繞組上并接一個調整電阻,然后再與放年夜電路毗連。這樣做的益處在于:1用二次繞組上并接的調整電阻對U2進行調整,由于該電阻并接于二次繞組,所以對互感器的最終輸出值起到衰減作用,選用年夜小合適的電阻,使活絡度更合適要求,趨于合理。2削減了放年夜電路輸進電阻對互感器的影響。由于有了并接的調整電阻,使得放年夜電路的輸進電阻接進后作為互感器的負載時幾近可以疏忽放年夜電路對互感器的影響,由于放年夜電路的輸進電阻遠年夜于調整電阻。3選用調整電阻對于分歧μ值的鐵芯、分歧匝比的條件下能將互感器的輸出值可統一到一個肯定的范圍內,利于后續電路。


  2 線性度


  所謂線性度是指互感器的輸出電壓變化量與輸進電流變化量之比是一常數,換句話就是I1變化幾多,U2也變化幾多。互感器線性度指標的黑白,對漏電庇護器的性能有很年夜影響,直接關系到漏電庇護器的穩定性和可行性。只有互感用具備優秀的線性,則能反應出真實的線路狀態,而這正是從事漏電庇護工作想到達的目的。影響線性度的身分很多,可以從以下幾點加以說明:


  (1)鐵芯導磁率μ,其計較公式為:


  μ=B/H=B/(N×1)


  鐵芯的導磁率是一個不定值。查閱有關資料,其曲線不是線性變化的,見圖4。從它的變化曲線上可以看出μ值在整個變化區域內長短線性的,a—b段μ值上升,至b點時μ值最年夜,然后又下跌到c點。針對這一現象,應當經由過程年夜量的頻頻實驗來尋覓到這樣一個區域:μ值不應太低,否則活絡度遭到影響,同時μ值變化相對呈線性。


  (2)鐵芯的伏安特征,其曲線見圖5。基本方式是不竭地改變輸進電流,用毫伏表測出N1為1匝時鐵芯的輸出電壓值。然后畫出其輸出電壓與輸進電流之間的曲線,無妨將圖5曲線分為三段,可以看出:a段講明鐵芯肇端的輸出值很低,電流不竭增加而輸出電壓變化不較著,只有在電流增加到一定數值后,鐵芯才有輸出電壓值;b段顯示出隨著電流的增加,鐵芯輸出電壓比力較著,也隨之增加,這一段可以認為它是線性變化;c段講明當鐵芯輸出電流到最年夜值后,隨著電流的增加而鐵芯的輸出電壓不再繼續增加,反而趨于平穩,甚至呈下降趨向,說明鐵芯已達飽和狀態。因而b段是可以采用的一段區域,它對互感器的線性度指標起重要作用。




  (3)匝比N=N2/N1。在分析活絡度指標時已談到匝比是一個不容輕忽的身分,不單如斯,匝比對線性度的影響很年夜。凡是N1=1匝,故而匝比N=N2/N1就能夠簡化為N=N2,即與二次繞組的匝數有關。選擇合理的二次繞組匝數,才能實現對互感器線性度的控制。憑據筆者的實踐與實驗,對匝比的合理選擇現實上是回結為想法避開前面所計議的兩個身分:鐵芯μ值和鐵芯伏安特征中的非線性部門,而找到一個較為理想的工作區。正由于如斯,匝比的選擇應與鐵芯μ值、鐵芯伏安特征、鐵芯截面年夜小及磁路和長度聯系起來。


  (4)調整電阻的作用。


  在前面已分析調整電阻對活絡度及與放年夜電路毗連時的一些情況,事實上,調整電阻的作用還在于它最終能協調前面所談到的三點身分,使得互感器的線性輸出成為可能。具體地說,經由過程年夜量實驗找出鐵芯μ值和鐵芯伏安特征中的合適區域,也就是一個合適的工作點,用匝比N來實現活絡度,最后由調整電阻為協調,這一方面控制活絡度,使活絡度知足設計要求;另外一方面則經由過程調整電阻的頻頻調整,而使互感器的輸出呈線性變化。對活絡度和線性度兩項指標而言,它們之間是不矛盾的,完全是統一的。

(5)其他身分。其他對互感器的線性度的影響身分還有諸如鐵芯熱處置工藝的黑白、鐵芯截面年夜小等,不再逐一詳述。


  若何針對上述所談到的身分,充實斟酌、合理哄騙,以使互感器有一個線性的輸出特征是設計者和生產者的重要課題。在我們的持久索求與實踐中應總結出自己的一套成熟生產指標,知足了互感器所必需具有的“合適活絡度”和“優秀線性度”這樣兩個基賦性能參數,真正體現出“質量為本”的作風。


  3 平衡特征


  理想情況下,當被庇護線路上沒有漏電電流時,互感器應不會有輸出值,然而由于互感器自己鐵芯各點導磁率μ值不均或磁路的不服衡,造成二次繞組中也有感應電勢,仍有輸出值,這就是平衡特征的基本概念。在一定的負載情況下,若是感應出的電勢越年夜,則互感器的平衡特征越差。


  不難想象,互感器的平衡特征對漏電庇護器的影響是:若是平衡特征獲得重視并較好地解決,使感應出的電勢被控制在很小數值,就能有用地避免漏電庇護器的誤動;相反,若是平衡特征很差,那末互感器輸出值是由于平衡特征欠好而釀成的,也就不能反應真實情況,而且漏電庇護器發生誤動的機遇就更年夜,晦氣于提高供電的靠得住性。


  我們對互感器進行實驗和對比,主要是對互感器通以年夜電流(實驗電流約為2560A,遠遠高于國標劃定的6倍于額定電流的要求)后,觀察該電流對各類互感器發生的不服衡電勢的年夜小。平衡特征實驗中,在年夜電流沖擊瞬間,丈量年夜大都互感器的不服衡電勢未跨越10mV,最低的為1mV左右,即使帶有50mA漏電,變化量也不年夜,沒有引發漏電庇護器的誤動。為了進一步驗證互感器的平衡特征,又在現場進行年夜功率電念頭(40HP)啟動的考核,測試到不服衡電勢最年夜僅為2.5mV,遠沒有到達引發觸保器誤動的水平。


  影響互感器平衡特征的身分很多,在李家賢同志關于《年夜電念頭起動與觸電庇護裝配誤動的緣由分析》一文中指出:平衡特征“與鐵芯的材料有關,與鐵芯的外形有關,與二次繞圈的排列有關,與屏障罩的尺寸和材料有關等等,它必需經得起來自被庇護線路內部的各類干擾旌旗燈號的影響,也必需抗得住被庇護線路周圍雜散磁場和強電場所帶來的影響”。


  4 過載特征


  當被庇護線路泛起瞬間的接地故障,那末在穿過互感器的一次導線中就會泛起瞬間的年夜電流,這個年夜電流的泛起對互感器沖擊后,若是鐵芯的磁狀態能自動地由瞬間飽和狀態回復到沖擊之前的狀態,而不影響互感器的其他性能參數,就講明互感器有優秀的過載特征。過載特征考查的是互感器的抗年夜電流沖擊的恢復能力,即互感器承受年夜電流沖擊(單相對地短路)的恢復能力,恢復能力越年夜,則互感器的過載特征越好。


  在漏電庇護裝配中,若是由于互感器過載特征差,那末在年夜電流沖擊后,互感器的各項性能參數變差,甚至沒法恢復到沖擊前的狀態,則漏電庇護器就會失往應有的作用,泛起拒動現象。


  鐵芯的材料主要影響互感器的過載特征。選用矯頑力小的鐵芯(如玻鏌合金)作鐵芯材料,該材料具有導磁率高、矯頑力小的優點,因而具有優秀的過載特征,與其他材料相比,玻鏌合金的磁滯回線(Hc)較窄,容易回到初始磁狀態。


  筆者對互感器進行過載實驗,在沖擊前、后劃分記實互感器的輸出值(沖擊前、后通以不異的電流),從實驗記載的數據(內部資料)可以看出:沖擊前、后兩者之間的變化率最年夜為5左右,最小為0.1,甚至基本不變。換句話說,互感器在沖擊前、后的輸出值變化很小,其性能參數基本沒有發生變化。是以,變化率小反映出互感用具有優秀的過載特征,互感器承受年夜電流的沖擊后沒有因鐵芯飽和而使漏電庇護器拒動。


  5 溫度特征


  互感器的溫度特征是指互感器的輸出隨溫度的改變而發生變化的現象。凡是可以選擇一個溫度(例如 25℃)作為參考點,記實下此溫度下的輸出值,然后劃分將互感器置于-5℃和 40℃的情況溫度(國家尺度)下進行丈量,劃分記實互感器的輸出值,并與參考溫度比力,用λ1暗示-5℃溫度時的變化率,用λ2暗示 40℃溫度時的變化率,那末可以獲得


  λ1= ×100 和λ2= ×100


  變化率(λ1和λ2)越小,說明溫度特征越好。溫度特征的黑白主要取決于鐵芯的溫度穩定性,現實上就是取決于鐵芯熱處置工藝水平。


  互感器的溫度特征有正溫度特征和負溫度特征兩種形式。所謂正溫度特征是指隨著溫度的升高,互感器的輸出增加,漏電庇護器的活絡度變高,隨著溫度的下降,互感器的輸出減小,漏電庇護器的活絡度變低;所謂負溫度特征是指隨著溫度的升高,互感器的輸出削減,漏電庇護器的活絡度變低,隨著溫度的下降,互感器的輸出增加,漏電庇護器的活絡度變高。


  為了順應農網改造中低壓配電箱在露天凹凸溫下的持久運行,我們對LJM-150A/250A漏電脈沖繼電器、LJY-150A/250A延時型漏電繼電器做了加倍嚴酷的溫度特征實驗,劃分在-30和 60的溫度下進行凹凸溫整機特征實驗,從記實的數據中反映生產品的技術性能變化極小,完全可在惡劣情況下持久運行,這是產物設計完善的成效。


  筆者在對互感器進行溫度特征實驗后發現,選擇有較好工藝水準的鐵芯生產廠家提供的鐵芯,才能保證互感器有較好的溫度特征,最年夜限度地削減溫度對互感器的影響,從而保證漏電庇護器的性能,不會泛起由于溫度的影響而造成漏電庇護器跨越額定動作電流而拒動,或低于額定不動作電流而誤動的現象。


  以上簡單分析互感器的基賦性能參數和互感器的性能參數對漏電庇護器的影響,經由過程分析得出的一些結論,供廣年夜專家參考。為能有一個更直觀的說明,筆者對以上分析作簡單總結,用表格的形式描寫以下:表1給出互感器的性能參數與主要的影響身分關系;表2是各性能參數的黑白對漏電庇護器的影響成效。


  參考資料


  1.司徒興漢編,觸電漏電庇護電器及其運用,廣東科技出書社,1990.4


  2.李家賢,年夜電念頭起動與觸電庇護裝配誤動的緣由分析,平安雜志,1985.6


  3.《新編實用電子電工手冊》編寫組,新編實用電子電工手冊,科學普及出書社,1991.5


  4.姚林禹編,漏電庇護器分級庇護安裝運行技術,海洋出書社,1993.4

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