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保护用电流互感器工作原理

2019-10-09 15:54
 
  电磁式电流互感器工作原理
 
  我国标准体系与IEC 标准体系基本一致,电力系统中的绝大部分标准和IEC 标准中对应的标准号都是等效的,IEC60044-1 是IEC 标准中对电磁式电流互感器的约束与要求,对应我们国家的标准GB1208,在IEC60044-1 中定义的保护用电流互感器准确等级有5P,10P,5PR,10PR 和PX 五种,在我们国家电力系统中安装的保护用电流互感器中,最常见的准确等级是5P,10P 和PX。
 
  保护用电流互感器和计量用电流互感器的原理是完全一样的,其区别在于保护用电流互感器强调的性能是其承受短路电流的能力,而计量用电流互感器强调的性能是其电流传递的误差大小。所有电磁式电流互感器的结构都如图1 所示,二次线圈和一次线圈都绕在同一个闭合的铁芯上,一次一般为1 匝或数匝,一次的匝数远小于二次的匝数,其匝数比一般情况下都等于其电流之比。
 
 
  电流互感器铁芯的磁感应强度公式是
 
  B = H × u
 
  其中 H 是磁场强度,由线圈中的电流I 和匝数N 决定
 
  B 是铁芯中磁感应场强度(不同于磁场强度H),
 
  u 是铁芯的导磁率,呈现非线性特性如图2 所示
 
  由于 u 呈现非线性因此当铁芯中的磁感应强度B 达到一定的数值时,不再随H 的增加而增加(达到饱和以后磁导率近似于真空磁导率,磁化效应几乎可以忽略),此时互感器的铁芯进入饱和状态。
 
 
  图 1 电流互感器的原理图



 
  图 2 B-H 铁芯磁化曲线
 
  电磁式电流互感器误差产生原因
 
  对于电磁式电流互感器,造成其二次电流Is 产生误差的主要原因是铁芯励磁损耗电流的存在,铁芯励磁损耗主要由铁损和磁滞损耗构成。决定电流互感器损耗的主要因素包括铁芯磁感应强度B 和磁感应强度的频率f,而它们所对应的就是电流互感器二次线圈的电动势Es。
 
  当励磁电动势 Es 的数值和频率确定以后就可以确定互感器的励磁损耗电流If。因为B不可能无限制增大,它受制于材料磁导率u 的限制,B 达到一定数值后就不再增加,因此当频率f 一定时,励磁电动势Es 的数值也就存在一个最大值,不可能无限制增加。电流互感器二次侧的端电压Vs不可能超过这个最大的励磁电动势Es 限制值。
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