保护用电流互感器在低压配电系统中的选型方案

分析电流互感器的原理,介绍了保护用电流互感器的种类,分析其特点,结合工程实例分析,谈谈对保护用电流互感器的选用。

分析电流互感器的原理,介绍了保护用电流互感器的种类,分析其特点,结合工程实例分析,谈谈对保护用电流互感器的选用。

摘要:分析电流互感器的原理,介绍了保护用电流互感器的种类,分析其特点,结合工程实例分析,谈谈对保护用电流互感器的选用。

关键词:低压配电系统,保护用电流互感器,工作原理,种类特性,特性曲线选型

1.引言

随着我国电力系统不断完善和发展,低压配电系统的自动化程度不断提高,测量、计量用均形成自动化,而用户对自身用电设备的暂态和稳态保护意识越来越强,为此保护用电流互感器已被广泛地应用于电力保护装置之中。

2.电流互感器工作原理

保护用电流互感器的工作原理与测量用电流互感器的工作原理较为类似,工作原理如图1所示,电流互感器的一次绕组串联在被测线路中,I1为线路电流即电流互感器的一次电流,N1为电流互感器的一次匝数,I2电流互感器二次电流(通常为5A、1A),N2为电流互感器的二次匝数,Z2e为二次回路设备及连接导线阻抗。当一次电流从电流互感器P1端流进,P2端出,在二次Z2e接通的情况下,由电磁感应原理,电流互感器二次绕组有电流I2从S1流过,经Z2e至S2,形成闭合回路。由此可得电流在理想状态下I1×N1=I2×N2,所以有I1/I2=N1/N2=K,K为电流互感器的变比。

图1

3.保护用电流互感器的分类

保护用电流互感器分暂态(TP类)和稳态(P类)条件保护,TP类电流互感器是考虑暂态条件的保护用电流互感器。一般P类保护用电流互感器仅考虑在稳态短路电流情况下保证具有规定的准确性,在具有非周期分量的暂态条件下则可能饱和而使误差远超过允许值。TP类保护用电流互感器则要求在规定工作循环的暂态条件下保证规定的准确性。

3.1TP类电流互感器分以下级别并定义如下:

TPS级(铁心闭合):低漏磁电流互感器,其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定,对剩磁无规定。

TPX级(铁心闭合):准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差(ε),对剩磁无规定。其二次时间常数在数秒以上。

TPY级(小气隙铁心):准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差(ε),剩磁不超过饱和磁通的10%。其二次时间常数在数百毫秒至1秒左右。

TPZ级(大气隙铁心):准确限值规定为在指定的二次时间常数下,具有最大直流偏移的单次通电时的峰值瞬时交流分量误差(εac)。无直流分量误差限值要求。剩磁通实际上可以忽略,其二次时间常数在60~100毫秒左右。

TPS级电流互感器的误差限值见表1,TPS级电流互感器的性能与P类互感器中的PX级电流互感器相当,误差限值条件由匝数比和励磁特性确定,匝数比Kn误差应不超过±0.25%。

励磁特性的二次极限电动势Eal不低于规定值,此电动势幅值增大10%时致使相应励磁电流增大不超过100%。当客户有规定时,在励磁极限二次电动势下测得的励磁电流峰值应不超过规定值,如果未指定限值,则励磁电流应不超过折算到二次侧Ith的10%。对于TPS,由用户规定额定等效二次极限电动势,通常表示如下:Eal≥KsKssc(Rct+Rb)Isn其中Ks为客户给定的暂态系数,Rct由制造厂的设计确定,但在有些使用条件下,为了与其他设备相配合,可由客户提出其限值。

TPX级、TPY级、TPZ级电流互感器的误差限值表1。P类电流互感器的误差限值条件由复合误差规定。TP类电流互感器在暂态情况下的误差限值条件则由瞬时误差规定。这是由于引起互感器误差的励磁电流在暂态情况下一般不是周期分量,只能用瞬时电流描述。主要技术参数见表2。

表1TP类电流互感器误差限值

级别

在额定一次电流下

在准确限值条件下

比值差

(%)

相位差

最大峰值瞬时误差

(%)

min

card

TPX

±0.5

±30

±0.9

ε=10

TPY

±1

±60

±1.8

ε=10

TPZ

±1

180±18

5.3±0.6

εac=10


表2TP类电流互感器规范内容

电流互感器的级别

TPS

TPX

TPY

TPZ

说明

额定一次电流Ipn

由用户提出的规范

额定二次电流Ips

额定频率f

设备最高电压和额定绝缘水平

额定短时热电流Ith

额定动稳定电流Idyn

规范采用的电流比Kn

额定对称短路电流倍数Kssc

规定的一次时间常数Tp

×

工作循环

单:t

双:t’,tfr,t’’

×

×

额定二次负荷电阻Rbn

用户规定的暂态系数Ks

×

×

×

互感器二次绕组电阻Rct

(校正至…℃)

由制造部门提供的补充规范

额定暂态面积系数Ktd

×

额定二次时间常数Tsn

×

×

×

√适用;×不适用






注1:当客户希望获得新设备与现有设备兼容时,在相配合的技术规范中可规定某些参数的限值,例如Ts或Rct。但必须承认不同设计之间可能有些差别。

注2:技术规范包括补充规范,应在产品铭牌上标明,以便用户进行性能校验。

3.2TP类电流互感器的应用特点

(1)TPS级和TPX级电流互感器。TPS级电流互感器除了是低漏磁型外,还要求严格控制匝数比。适用于根据简单环流原理和采用高阻抗继电器的差动保护系统。由于对剩磁不限制,保护继电器的励磁使用极限,通常由试验和现场经验得出的经验公式确定。若在电流互感器已严重饱和时切断一次电流,将使得二次回路中的电流随同磁通由饱和状态快速降低到剩磁水平,保护继电器的复归时间,通常不明显受TPS电流互感器衰减特性的影响。适用于对复归时间要求严格的断路器失灵保护电流检测元件。

TPX级电流互感器的基本特性一般与TPS级相似,只是对误差限值的规定不同。对于TPS和TPX级电流互感器,在t<tmax和Tp<<Ts情况下的C-t-O工作循环中,暂态面积系数计算公式可简化为:

Ktd≈2πfTp(1-错误!未找到引用源。)+1

C-t′-O-tfr-C-t″-O工作循环的暂态面积系数公式可简化为:

Ktd=【ωTp(1-错误!未找到引用源。)-sinωt′】错误!未找到引用源。+ωTp(1-错误!未找到引用源。)+1

由于这类电流互感器二次时间常数Ts较大,在重合闸断电时间tfr铁心磁通衰减很有限,两次通电循环的Ktd值很大,故TPS和TPX互感器不适用于线路重合闸情况。

2)TPY级电流互感器。TPY级电流互感器控制剩磁不大于饱和磁通的10%。有利于C-O-C-O工作循环的准确限值,适用于采用重合闸的线路保护。在从饱和到剩磁状态的转换期间,与相同尺寸和相同二次外接负荷的TPS级或TPX级电流互感器相比,由于磁阻、储能、以及磁通变化量的不同,因而二次回路的电流值较高且持续时间较长。不宜用断路器失灵保护。


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