保护用电流互感器

保护用电流互感器（精选9篇）

保护用电流互感器 第1篇

保护用电流互感器用在系统发生短路或其它电气故障时, 输出的电流能启动保护装置动作和继电器一起切断故障电路, 而该电流须是电气设备正常工作电流的几倍到几十倍。电流互感器一次线圈与电力系统相串联二次近于短路, 阻抗很小, 输出能力有限。它在交流操作中作为电源加大电源势必影响其主要质量指标———电流互感器的准确性。因此为了保证继电器正确动作及时切除故障, 在交流操作设计中必须解决由于电流互感器的比差和角差误差带来的各种装置工作条件问题:在保护装置中特别是速断保护动作时电流互感器在10%误差下要求满足饱和系数。保护装置动作后, 由电流互感器供给掉闸线圈的电流, 要满足输出力, 且最大二次电流与回路中串联元件主触点容量匹配。

1 电流互感器误差的产生原因和采取的措施

1.1 产生误差的原因

电流互感器正常运行时磁势互相平衡, 一次侧电流和二次负载增加都会使电流互感器产生的感应电动势增加, 由此看出电流互感器误差主要是激磁电流造成的。在一次电流大大增加时, 迫主磁通和激磁电流增加而使其误差增大, 在相同的一次电流情况下, 增大二次负载时, 使互感器感应电动势增大而使主磁通增加, 而当线路发生短路或发生操作过电压时, 电流互感器铁心中亦将产生高额剩磁, 使激磁电流增加而导致其误差增大, 且二次负载的功率因数越低误差就越大。

因此, 为改善电流互感器的误差可采取如下措施。

1.2 改善电流互感器误差采取的措施

a) 降低一次电流计算值, 从而可相对提高互感器变比;b) 设法降低电流互感器二次负载和改善二次负载功率因数;c) 铁心退磁处理, 一般可采用大负载退磁法或强磁场退磁法。 (a) 大负载退磁法。是在被退磁的电流互感器二次线圈上接以相当于额定负载10倍~20倍的可变电阻, 在一次线圈通以工频电流, 由0值逐渐上升到额定值的1.2倍, 然后再逐渐下降到0值, 时间不少于10 s, 在此同时, 二次线圈所接可变电阻降到0值或短路, 如此往复2次~3次; (b) 强磁场退磁法。是在被退磁铁心的二次线圈上通以工频电流, 使之由0 A增加到约二次侧线圈额定电流的一半, 然后均匀回降到0 A, 时间不少于10 s, 在未切断电源之前, 将二次线圈短接, 为防止电流过负荷, 应先在电路中接入限流电阻, 如此往复2次~3次并使每次所通入电流按0.5I2N、0.2I2N、0.1I2N (I2N为二次线圈的额定电流, A) 递减。被退磁的电流互感器一次线圈为开路, 不退磁的二次线圈均应接成短路。

退磁用的可变电源必须是感应调压型, 所用可变电阻可以是滑动接触型, 但其中不得出现接触不良产生火花现象。

2 电流互感器的饱和倍数和最大副电流倍数

二次侧接额定负载时的10%倍数, 叫额定10%倍数。电流互感器的饱和倍数, 是指电流互感器在一定二次负载和一定实际误差的规定条件下的最大一次额定电流倍数。通常所提供的是在10%误差条件下, D级铁心电流互感器角误差在7°以下时, 不同负载与一次额定电流倍数的特性曲线。当保护装置与操作电源共用一电流互感器时常常采用分短掉闸方式。此时在保护装置正确动作后, 电流互感器误差允许超过10%, 只须保证可靠的掉闸即可。因而在计算条件下常需要10%及以上误差的倍数特性曲线。

3 电流互感器10%误差曲线的应用

从电流互感器的10%误差曲线可以看出, 随着10%倍数的增加二次负载允许值越来越小。

3.1 电流互感器的短路动作电流选取

在短路故障下保护装置动作时, 电流互感器的最大二次电流倍数对检验二次回路元件工作的稳定性和能否分断短接掉闸线圈是很重要的。一般的继电保护装置, 可按最大整定动作电流校核选取:即电流互感器的二次负载不大于以动作电流与互感器额定电流的倍数在10%误差曲线上查得的对应允许值。按最大整定电流校核后二次电流绝对值必定大于二次整定动作电流, 一定能使保护装置正确动作, 所以不需校核10%误差曲线。

最大二次电流倍数:

式 (1) 中, m2max为最大二次电流倍数;I2max为二次侧最大电流, A;I2N为二次侧额定电流, A。

3.2 10%误差饱和倍数的验算

a) 计算保护装置最大整定值下的电流互感器一次电流倍数:

式 (2) 中, m1'为保护装置最大整定值下的电流互感器一次电流倍数;Iarmax为保护装置动作电流最大整定值 (一般取速断保护整定值) , A;I2N为电流互感器二次额定电流, 5 A;kd为继电器通过电流的分配系数:

式 (3) 中, iR为负载正常工作电流, A;iφ为正常时相电流, A;

b) 计算电流互感器在m1'下的最大负载ZL。选取接入元件最多的一相计算;计算通过Iarmax时各串联元件的阻抗, 查各使用元件的特性曲线:

式 (4) 中, ZR为元件阻抗, Ω;IR为元件通过的电流, A。

计算电流互感器在上述计算条件下的负载阻抗:

式 (5) 中, ZL为电流互感器在上述计算条件下的负载阻抗, Ω;ZR1、ZR2为元件1、2的阻抗, Ω;ZC为元件的容抗, Ω;ZR∑为各元件阻抗和, Ω;

c) 查采用电流互感器的10%误差曲线, 求出对应ZL的10%倍数大于m1', 则可认为合格。

3.3 电流互感器负载的校核

若每个电流互感器所承担的负载阻抗为ZL, 二次电流为Iφ, 与其它电流互感器组成不同的接线方式后, 流经阻抗为ZR的继电器电流为IR。根据电压平衡方程式得每个电流互感器负载特性通式为:

实际应用电流互感器10%误差曲线校核电流互感器的二次负载允许值:402盘区变电所变压器差动保护10 k V侧, 采用LA1—10—400/5型电流互感器, 二次侧接为Y形连接, 10%误差曲线如图1。

变压器10 k V侧最大短路电流是2 875 A。计算故障电流对额定电流的10%倍数M=1.5×2 875/400=10.8 (1.5为非周期系数) 。查图1 10%误差曲线图得10.8倍10%倍数对应的二次负载允许值为0.98Ω。而该电流互感器二次负载是0.82Ω<0.98Ω, 所以利用10%误差曲线校核后该电流互感器二次负载满足要求。

4 结语

以上对电流互感器误差和10%误差曲线应用的分析探讨, 能使电流互感器在满足10%误差曲线各种情况下, 当电力系统发生过载、短路、绝缘、漏电、接地等各种故障时, 电流互感器输出的电流能保证自动保护装置的感受元件和执行元件准确动作, 及时根据电力系统故障情况迅速切断故障设备。电流互感器在电力系统中起到变流和电气隔离作用, 在保护电力系统的安全, 保护设备最少损失和保证人身安全等方面, 有着极其重要的意义。

摘要：论述了电流互感器10%误差曲线和误差的产生原因及现场应用励磁特性曲线进行10%误差曲线校核的方法。在现场继电保护整定中, 具有一定实际意义。

保护用电流互感器 第2篇

① 一定要检查指针是否对准零刻度线，如果指针在零刻度线偏右处，使用后测量出的数据会比真实值偏大。因此，若发现指针设有指零刻度，一定要进行调整后再使用。

② 估测待测电路的电流强度。若小于0.6安培，选00.6安培量程。若在0.6安培3安培之间，选03安培量程。在不能预先估计被电流大小的情况下，可先拿电路的一个线头迅速试触电流表较大量程的一个接线柱，如指针偏转很小，则可换较小的量程;如指针偏转较大且在量程之内，则可接较大的量程;如指针迅速偏转且超过量程，则所用的电流表不能测量。

(2)联入电路时

① 必须把安培表串联在待测电路中。

② 必须使电流从“+”接线柱流入安培表，从“-”接线柱流出安培表。

③ 严禁将安培表直接连到电源的两极上。

(3)联入电路后：电路接完后，在正式接通电源前必须先试触，同时观看安培表的指针偏转情况：

① 指针不偏转：可能电路有断开的地方。

② 指针偏转过激，超过满刻度又被弹回，说明量程选小了。

③ 指针偏转很小，说明量程选大了。

④ 指针反向偏转，接线柱接反了。

(4)读数

如何选择10kV保护用电流互感器 第3篇

1.1 保护用电流互感器的分级

保护用电流互感器按其功能特性分级如下:P类:准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差, 无剩磁限值。TPS级: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制值规定。TPX级: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, 无剩磁限值。TPY级: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, 有剩磁限值。GB/T14285《继电保护和安全自动装置技术规程》规定, 330k V及以上系统及变压器保护宜采用TPY级电流互感器;220k V系统及变压器保护可采用P级、TPX级等电流互感器;l10k V及以下系统保护可采用P级电流互感器。故现在厂家所生产的10k V保护电流互感器一般均为P级电流互感器。

1.2 保护用电流互感器主要参数的定义及标称

保护用电流互感器除按额定电流、额定电压、动热稳定电流、机械荷载及温升选择外, 主要还需考虑电流互感器的变比、额定容量、准确等级及准确限值系数。

GB1208《电流互感器》中规定:对保护用电流互感器, 主要要求电流达额定电流很多倍时仍需保持一定的准确度。同时规定了一般保护用电流互感器的一些定义, 其中:额定准确限值一次电流指互感器能满足复合误差要求的最大一次电流值。

准确级指对互感器所给定的等级, 其误差在规定使用条件下应在规定的限值之内。准确级的标称以该准确级在额定准确限值一次电流下所规定的最大允许复合误差百分数标称, 其后标以字母"P" (表示保护) 。标准准确级有5P和10P, 即在额定准确限值一次电流时, 复合误差限值为5%和1O%。

准确限值系数指额定准确限值一次电流与额定一次电流之比值, 常用标准值为5、l0、15、20、30、40。

我们通常选择保护电流互感器时, 所标示的如10P20即表示在最大2O倍的电流互感器额定电流下, 允许复合误差为10%, 如果电流互感器的变比为150/5, 则在3000A的最大一次电流下, 其综合误差限值为10%, 若通过电流互感器的一次电流超过其一次额定电流的2O倍, 则误差将超过10%, 甚至使电流互感器严重饱和, 造成保护不动作或越级跳闸。

2 选择保护用电流互感器时存在的主要问题

在实际应用中, 特别是在10k V用户配电设计中, 设计人员虽然标示了电流互感器的准确级及准确限值系数, 但实际并不能满足电流互感器准确限值系数的要求, 现针对某工程分析如下:

2.1 概况。

某用户配电室工程, 10k V电源引自上一级l10k V变电站, 配电室内设2台800k VA变压器, 变压器阻抗为6%, 电压比为10k V/0.4k V;10k V主接线为单母线分段, 10k V进线及出线设保护装置, 10k V进线电流互感器变比为150/5, 出线电流互感器变比为75/5, 进出线电流互感器的准确级及准确限值系数选择为10P20;算得配电室10k V出线三相短路电流有效值Ik为8k A。

2.2 电流互感器动热稳定校验。

选择电流互感器时, 应按短路电流校验电流互感器的动热稳定, 本工程电流互感器选用型号为LZZBJ9-10, 由其查得1s热稳定电流Ith=21k A, 额定动稳定电流Idyn:52.5k A。10k V进线过电流保护动作时间为0.5s, 出线过电流保护动作时间为0.3s。电流互感器动稳定应满足ip3≤Idyn, 热稳定应满足Qt≤I2tht。Ip3=2.55Ik=20k A, 满足ip3≤Idyn。Qt=Ik2=82×0.5=32, I2tht=212×1=441, 满足Qt≤I2tht。由此可见, 进出线电流互感器的动热稳定都满足要求, 则当短路电流通过电流互感器时, 不会发生过热起火或爆炸的现象。

2.3 电流互感器准确限值系数的确定

(1) 由已知条件可知, 当10k V线路短路时, 电流互感器通过的短路电流有效值为8000A, 若出线电流互感器变比为75/5, 则电流互感器的额定一次电流为75A, 额定准确限值一次电流为75×20=1500A, 其实际准确限值系数达到了8000A/75A=107, 我们知道, 准确限值系数指额定准确限值一次电流与额定一次电流之比值, 常用标准值为5、1O、l5、2O、3O、4O等, 同时, 对于电流互感器, 实际通过的一次电流 (8000A) 为其额定准确限值一次电流 (1500A) 的5倍, 而额定准确限值一次电流指互感器能满足复合误差要求的最大一次电流, 这将导致此电流互感器铁心饱和, 一次电流全部用来维持铁心磁通, 造成二次电流误差增大, 波形严重畸变、缺损, 甚至没有输出, 使保护不能正确动作。

(2) 改进措施:可将电流互感器的准确限值系数依然定为20, 其额定准确限值一次电流为8000A, 则互感器的额定~次电流应为8000A/20=400A, 即应选择400/5, 10P20的保护用电流互感器, 但缺点是若电流互感器的变比太大, 将使二次整定电流过小。也可将电流互感器的准确限值系数定为4O, 则互感器的额定一次电流应为8000A/40=200A, 即可选择200/5, 10P40的保护用电流互感器, 但此电流互感器的外形尺寸比10P20的尺寸大许多, 造价高, 且目前生产的厂家较少。

采用以上2种措施, 才能完全满足电流互感器复合误差的要求, 较经济合理的措施应为适当增大电流互感器的变比, 而保持准确限值系数不变。

2.4 电流互感器准确级校验。

定时限过电流保护和电流速断保护一般采用准确级为l OP的电流互感器。由样本查得, LZZBJ9-10, 10P20型的电流互感器额定二次输出容量为15VA, 则其允许二次负荷为0.6, 此电流互感器的实际二次负荷Zfh=√3Rctx+Zk+Rjc=0.072, 其中Rdx为连接导线的电阻, 算得O.0147;Zk为微机保护装置的计算阻抗, 算得为0.004;Rjc为接触电阻 (一般取0.05) 。说明电流互感器的实际二次负荷小于电流互感器的允许二次负荷, 因此, 其复合误差满足<10%的要求。

结语。通过以上分析可知, 选择适当类型和参数的电流互感器, 保证电流互感器的饱和特性不致影响保护动作性能, 基本要求是在稳态短路电流下的误差不超过规定值。对于10k V用户工程, 因其变压器容量一般较小, 按变压器额定电流所选的电流互感器变比较小, 特别是对于离变电站较近, 短路电流较大的用户配电室, 若仅按变压器额定电流选择电流互感器变比, 势必出现前面实例所说的情况, 造成保护装置不能正确动作。

若所计算的l Ok V短路电流较大, 满足不了电流互感器额定准确限值一次电流的要求, 则应适当提高电流互感器的变比及准确限值系数。建议电流互感器生产厂家对所生产的10k V电流互感器的准确限值系数进一步扩大;同时, 保护装置生产厂家也应采取措施, 以减缓电流互感器的饱和影响, 对于现在设计中常用的微机保护, 宜提出适当的抗饱和要求。

摘要：在10kV配电所设计的过程中, 10kV电流互感器变比的选择是很重要的, 如果选择不当, 就很有可能造成继电保护功能无法实现、动稳定校验不能通过的问题, 应引起设计人员的足够重视。本文根据实例, 就如何选择10kV保护用电流互感器中存在的问题进行简要分析。

关键词：电流互感器,功能特性,定义标称

参考文献

[1]GB1208电流互感器.

[2]DL/T5222导体和电器选择设计技术规定.

[3]GB/T14285继电保护和安全自动装置技术规程.

剩余电流保护装置分析的论文 第4篇

摘要：GB13955-2005《剩余电流动作保护装置的安装和运行》中，对保装装置在直接接触电击和间接接触电击保护的作用已有明确要求。

关键词：剩余电流保护装置电击保护应用

GB13955-2005《剩余电流动作保护装置的安装和运行》中，对保装装置在直接接触电击和间接接触电击保护的作用已有明确要求。

在电气事故中，最为常见的是电击事故。电击事故的发生，一般是由于人体直接触及带电体，接触到因绝缘损坏而漏电的电气设备、或者是站在发生接地故障点的周围而使人体受跨步电压引起的电击;有时人体虽未直接接触高压带电体，但由于超过了安全距离，高压带电体对人体放电，造成单相接地所引起的电击。

这里所讲的电击事故主要是发生于交流50Hz的低压电网中，一般可分为直接接触电击和间接接触电击两类。

1直接接触电击

直接接触是指人体或牲畜与带电部分的接触。由直接接触所引起的电击现象，称为直接接触电击。

直接接触电击往往根据电击时碰到带电导体的相线，又分为单相电击和两相电击等。

单相电击指人体的某一部位与大地接触，而另一部位碰到一相带电导体时而发生电击事故。这时，通过人体的电流回路是从带电的单相导体经人体入地，使人体承受220V相电压而引起的电击事故，严重时会导致死亡。

当发生单相电击时，人体所遭受的伤害程度与电网的运行方式有关。在低压电网中，变压器低压侧中性点有接地和不接地两种系统。

变压器低压侧中性点接地系统是目前广泛采用的220/380V低压网络。如TN系统和TT系统，当处于地电位的人体碰触系统中任一相带电体时，人体所承受的电压是相线对地的电压(即相电压)。此时通过人体的电流，决定于人体与带电体的接触电阻、人体阻抗、人体和鞋子与地面接触处的电阻、以及中性点接地电阻的大小等。

2间接接触电击

间接接触电击是指人体或牲畜与故障情况下变为带电的外露可接近导体的接触。由间接接触所引起的电击现象，称为间接接触电击。

间接接触电击方式，一般分以下几种：

2.1跨步电压电击

由于外力(如雷电、大风等)的破坏等原因，电气设备、避雷针的接地点，或者断落导线着地点附近，将有大量的扩散电流向大地流入，而使周围地面上分布着不同电位，具有双曲线的特点，如图1所示。

跨步电压电击是指人的双脚同时踩在不同电位的地面时，因双脚间具有电位差而引起的电击事故。最大的跨步电压出现在离带电体接地处地面水平距离0.8m处与带电体接地处之间。

当人体遇到跨步电压时，电流也会流过人体。虽然电流没有通过人体的重要器官，仅沿着下半身流过，但当跨步电压较高时，就会发生双脚抽筋，跌倒在地上，由于头脚之间的距离大，故作用于身体上的电压增高，电流相应增大，并且有可能使电流通过人体的重要器官，而引起人身电击死亡事故。

2.2接触电压电击

接触电压是指在同时可触及的两点之间所呈现的电位差。如因电气设备绝缘损坏或发生接地短路故障，而使人体同时接触具有不同电位的两处，这时加在人体两处之间的电压，即为接触电压。由于接触电压引起人体电击，称为接触电压电击。

接触电压的大小是随着人体所站立的位置不同而不同，一般仅是带电设备对地电压的一部分。譬如图1中所示的接触电压Ue，在距接地体周围20m之内是小于带电设备的.对地电压Ue，20m之外是等于带电设备的对地电压。人若站在20m外触及电动机的外壳，则所承受的接触电压为：220-0=220V，即等于带电设备的对地电压。

3直接接触电击保护

直接接触电击保护是防止人体直接触及电气设备的带电导体而造成的电击伤亡事故，剩余电流保护装置在直接接触电击保护中，当基本保护措施失效时，可作为直接接触电击保护的补充保护和后备保护。对于接触电动工具及移动式用电设备的人员，如接触电钻、电锤、脱粒机、潜水泵，鼓风机，电喷砂机、吸尘机，以及临时架设的供电线路等，因为在使用时往往容易发生带电导体和人体直接接触的电击事故。当额定工作电压为安全电压以上时，如果发生了直接接触的电击事故，导致伤亡的危险性较高，所以应在供电回路中安装动作电流为30mA，一般型(无延时)动作的剩余电流动作断路器。

对于手持式电动工具，如电钻、电砂轮、电锯等，如果没有双重绝缘或加强绝缘，当额定工作电压为安全电压以上时，使用时容易发生带电导体和人体直接接触电击事故。所以，这类电动工具也应在供电回路中安装动作电流为30mA，一般型(无延时)动作的剩余电流动作断路器，或使用动作电流为30mA，一般型(无延时)动作的剩余电流动作保护插座。

这里应当强调指出，当人体和带电导体直接接触时，在剩余电流动作保护装置动作切断电源之前，通过人体的电流和剩余电流动作保护装置的动作电流选择无关，它完全由人体触及的电压和人体电阻所决定。

剩余电流动作保护装置不能限制通过人体的故障电流，用于直接接触电击保护的剩余电流保护装置，必须具有一般型(无延时)动作特性，这是对直接接触电击提供安全保护的必要条件。

4间接接触电击保护

剩余电流保护装置的主要功能是作为间接接触电击保护。作间接接触电击保护的目的，是为了防止用电设备在发生绝缘损坏时，在金属外壳等外露部件上呈现危险接触电压。当电气设备发生故障时，正好人体碰触故障设备的外壳，被电击者与故障回路并联，大部分的故障电流流经保护导体，使剩余电流保护装置立即切断电源。对人体不会造成伤害。

在TN系统间接接触电击保护，必须满足：

ZsIaUO

式中Zs--阻抗，包括电源到故障点间的带电导体，以及故障点到电源之间的保护导体阻抗之和(W);

UO--对地标称交流电压有效值(V);

Ia--保证保护装置在规定的相应时间内自动断开的电流(对剩余电流保护装置即为IΔn)(A)。

在TT系统中间接接触保护必须满足：

RAIa50V

式中RA--接地装置电阻和外露可接近导体的接地电阻之和(W);

Ia--保证保护装置在规定的相应时间内自动断开电流(对剩余电流保护装置即为IΔn)(A);

50V--在一般情况下，允许的接触电压极限值。

一般对于额定电压为220V或380V的固定式电气设备，如水泵、辗米机、磨粉机、排风机、压缩机，以及其他容易和人接触的电气设备，当这些用电设备的金属外壳接地电阻在500W以下时，单机配用的剩余电流保护装置可选用30~50mA一般型(无延时)动作的保护装置;对额定电流在100A以上的大型电气设备，或者带有多台电气设备的供电回路，可以选用50~100mA动作的剩余电流动作保护装置;当用电设备的接地电阻在100W以下时，也可选用动作电流为200~500mA的剩余电流动作断路器，用于间接接触保护的剩余电流动作保护器，可以用一般型(无延时)动作型产品。有些重要的电气设备，为了减少偶然的停电事故，也可以选用延时0.2s的延时型保护装置。

对额定电压为220V家用电气设备，如洗衣机、电冰箱、电熨斗、电视机、电风扇等，经常要和没有经过安全用电专业训练的居民接触，而这些用电设备往往带有频繁操作的插头，容易发生直接接触电击的危险;另一方面按照家用电器安全标准，这些家用电气设备外壳都应有接地保护，因此必须带有接地专用线的三眼插座，有些未经改造的老式住宅没有考虑接地保护设施，一般都不带三眼插座，所以用户往往购买了家用电器后，仍旧将带有接地保护的三眼插头改为二眼插头使用，因此有些家用电器在没有安全保护措施的情况下使用。这样，当用电设备发生漏电碰壳等故障时，设备外壳可呈现和工作电压相同的危险电压，当人体触及时，危险程度和直接接触电击相同。而且在实际应用中，有时还把与外壳相连的接地保护线和电源线接错，而发生电击事故，再加上一些家用电器绝缘差，电击危险性更大。

当家用电器较多，应在住户进户线的电能表后面安装动作电流为30mA一般型(无延时)的小容量剩余电流动作断路器，或剩余电流动作保护插座。

选择保护用电流互感器变比的经验 第5篇

在电网构建中变电器设备的选择、调试和安装阶段, 电厂调度部门的继电保护选择计算的工作人员应该对新变化的电流互感器变比进行科学调试。根据实际状况, 如何对电流互感器变比进行正确选择是电厂调度工作的主要内容, 本文针对应该注意的实际问题进行了分析研究, 进而总结了相关的实际经验。

1 收集完整的电流互感器设备资料

在如何正确选择电流互感器变比的问题上面, 最为重要的关键步骤就是要收集正确的、完整的电流互感器设备的相关基础资料, 通过供电设计施工部门向电流互感器设备运行部门送去电流互感器设备在使用之前的运行资料, 通常包括电流互感器生产设备上的铭牌、铭牌上的具体参数数据, 以及电厂变电站的主要接线线路图, 在运行施工部门了解到了相关资料后要进行相应的审核与确认, 在确认设备资料的准确性和完整性以后再把资料送去给电厂的调度中心部门, 调度中心部门收到相关的资料再次加以核实, 一套完整的、准确的电流互感器设备资料准备环节要从材料的收集工作、核实工作、资料上报工作以及资料的存档工作做起, 在整个电流互感器设备资料的收集工作中, 相应的施工部门、运作部门以及调度中心部门, 都要在各自的工作环节中负责好自身的责任, 对资料的完整性、准确性负责, 从工作经验的角度上来讲, 一定要避免出现电流互感器设备资料同生产运行不相符的情况, 与此同时, 调度中心部门还应该就电流互感器的设备信息资料进行数据整理, 统一数据库, 为今后选择保护用电流互感器变比调整问题打下基础。

2 设计变电站的主要接线线路图

2.1 明确短路电流中电流互感器饱和的问题

随着我国用电用户的不断增多, 社会上用电需求量越来越大的现状, 为了保障供电企业的正常发展和长久性运行, 在选择保护用电流互感器变比的时候, 要尽量选择大一些的, 在针对供电网络修整和改进的过程中, 如果供电系统的母线路阻抗产生了变化, 保护供电电路正常运行的计算工作人员则必须要针对供电网络中的短路电流进行相应的计算, 把计算出来的短路电流的运算结果当做选择新的电流互感器变比的重要参考数据和基础, 除此之外, 还要针对于供电网络的变化会不会引发电路中的短路电流的增大问题, 进而计算在电网运行工作中, 电流互感器设备会不会出现饱和的问题, 因为在电流互感器饱和了以后, 电网中相应的保护用电装置就将不能够正常工作, 从而影响到了整个电网的运行, 影响了电网的稳定性发展, 降低了电网运行的安全性能, 甚至是引发电网安全事故问题[1]。例如在35KV与10KV电路中, 当发生出口型电路短路的时候, 短路电流非常大, 然而实际选择的互感器变比又非常小, 最后导致了电流互感器严重饱和现象的出现, 电流中电流的传变特性变得特别地差, 而且电流互感器的稳定性能也将无法得到保证, 因而要选择在最大工作量运行状态下考虑设备的正常运行过程中的电流, 才能够保障电流互感器的有效运行, 保护用变电装置才能够有效地发挥作用。

2.2 与营销单位沟通后确定变比

在电网运行过程中, 常常出现短路电流过大, 但是电流互感器等设备所能承受的负荷电量较小, 而销售单位在选择要购买的电流互感器设备时, 主要是根据设备中的负荷电量值来确定的, 但是要考虑计算负荷量准确度的时候, 又对变比的选择比较小, 在保护用变比与计算用变比选择的时候存有矛盾性, 所以调度中心必须要与营销单位进行沟通与讨论, 第一点要从保护电网的安全性和电流互感器设备的安全性运行性考虑, 可以按照保护用变比是计算用变比的两倍来进行选择, 在用电负荷度比较轻的时候, 是不可以使用该种接线形式的, 在电流互感器不饱和的情形下, 保护用电变比就可以将计量用变比作为标准了, 因此要使调度中心和营销单位协调沟通, 共同商讨以后再对电流互感器的选择作出决定, 这样不仅能够保障运行设备的安全性能, 又能够保证了计算电流的准确性程度[2]。

2.3 变比通知单在施工现场核实以后再返回调度中心

当出现施工设计图纸同现场实际施工情况不相一致的情况时, 在保护用电流互感器设备正式投入使用之前, 都要把电流互感器保护用变比同计算用变比通知单一一发送给真正的施工进行单位, 一定要根据各个部门的相关职责进行发放, 调度中心要下达保护用电的变比, 营销单位要下发计算用的变比, 要把变比通知单经由生产安装部门与现场施工调度调试工作等部门进行核实并且签字盖章以后再次返回到总调度中心, 如果发生变比通知单和施工现场实际工作情况不相一致的现象, 就要返回调度中心以后再一次进一步地进行核实工作, 不断协调, 把修改完成后的最新型的变比通知单再一次进行施工执行, 获得反馈效果, 根据调度中心完成调度以后的准确性变比数据来进行选择保护用电流互感器的变比保护值的确定[3]。

3 结论

综上所述, 从供电企业实际施工情况的角度出发, 关于选择保护用电流互感器变比的工作形式和方法都是比较长期、系统性的工程, 工作量比较大, 工作程序比较繁冗复杂, 本文主要阐述的是一些实际工作当中选择保护用电流互感器变比的经验和总结, 首先是要收集并整理完整的、正确的电流互感器资料, 其次是要设计好变电站施工生产中的主要工作接线线路图, 从而减少设备存在的安全隐患, 保障电网的安全运行, 提升电网的经济效益。

摘要：在电网线路设计当中, 针对大部分的电流互感器变比选择, 电流互感器的设计单位只确定了一定的选择变化范围, 所以供电企业可以根据本身电网的运行要求, 以及供电电网中的设备情况来进行相应地选择。因此选择保护用电流互感器变比的灵活性非常大, 假如变比选择不合适, 就会导致电网中的用电保护功能不能实施, 所以要对电流互感器变比选择加以重视。

关键词：保护用电,电流互感器,变比

参考文献

[1]何奇.电流互感器饱和的检测和补偿等相关问题的研究[D].华南理工大学, 2014.

[2]杨小兵.保护整定计算在电流互感器变比选取中的应用[J].价值工程, 2014 (23) :43-44.

保护用电流互感器 第6篇

高压干式电流互感器是电力系统的重要设备之一,它的运行安全关系到二次计量装置能否真实地反应系统运行状态,是否对保护装置给出准确信号。高压干式电流互感器主绝缘采用电容型结构,正常运行时,一次绕组的末屏必须可靠接地。如果漏接,就会在末屏出现很高的悬浮电压,此电压的长时间作用可致末屏绝缘击穿,对临近点放电,使二次绝缘受损,严重时还会引起套管爆裂。在对高压干式电流互感器进行出厂试验或检修时,经常要做末屏介损试验,但试验结束后,时常忘记将末屏恢复至接地状态,从而造成事故,引起线路跳闸。为此介绍一种接地保护器。在装配互感器时,将接地保护器作为另一末屏接地支路,接在末屏引出端与底座(地电位)间,就能有效杜绝末屏漏接引起的绝缘事故。

1 设计原理

高压干式电流互感器的一次绕组结构如图1所示,为U形结构,内部为绝缘层及电容层交替包绕。绝缘层由聚四氟乙烯薄膜连续缠绕而成,电容层为金属铝箔铺设在绝缘层上,两者多次交替包绕形成同轴圆柱形电容结构,能使径向和轴向电场均匀分布。末屏引线焊接在与最外一层电容屏连接的镀锡铜片上,并经引线可靠接地。

干式电流互感器的绝缘结构等效电路如图2所示,A为互感器的高压端,B为末屏引出端,C为接地端,U为正常运行时加在一次绕组高压端的相电压,C1为一次绕组的电容量。

正常运行时,末屏通过前后引线直接可靠接地,一次对地电压均匀分布在各电容层之间。

若末屏漏接或引线断开,则末屏对地会形成一个等值电容C0,其值远小于一次绕组的电容C1,此时等效电路如图3所示。

根据电容器串联分压原理,末屏与地之间会产生很高的悬浮电压(可以高达几万伏),悬浮电压的长时间作用会造成末屏绝缘击穿,对临近点放电,二次绝缘受损,严重时还会引起套管爆裂。

为了杜绝末屏漏接或引线断开造成的绝缘事故,特引入接地保护器,将它接在末屏引出端与底座压板(地电位)间,作为另一条接地支路。此时互感器绝缘结构的等效电路如图4所示,D为接地保护器,C2为接地保护器的等值电容量。

正常运行时,末屏直接由引线可靠接地,接地保护器所在支路BDC被BC支路短路,无法导通。

在末屏漏接或引线断开时,接地保护器的等值电容将和末屏引出端的悬浮电容并联,并联后BC间的等值电容增大,因此B点的悬浮电位被接地保护器钳制。钳位后电压低于末屏对地能够承受的工频电压,因此可避免绝缘事故的发生。等效电路如图5所示。

2 计算分析

GB 12082006规定,末屏对地能承受的额定短时工频电压(方均根值)为5kV,因此接地保护器应满足下列条件:

(1)接地保护器的耐受电压应大于5kV。

(2)设未接接地保护器时,在末屏漏接或断开情况下产生的悬浮电压为UB,则接地保护器的等值阻抗选取应满足在发生上述状况时使被钳位的悬浮电压U'b5kV。

因为一次绕组为电容型绝缘结构,所以接地保护器的核心零部件也采用电容器,电容器的参数依据上述条件选取。

末屏漏接或断开时的等效电路如图5所示。依据电容分压原理,有:

因C0很小,C0//G2～C2,故式(1)可简化为:

又U'B5kV,代入式(2)得:

对于不同电压等级的电流互感器或不同数目的一次绕组主屏,C1的值也不同。将C1代入式(3),可得C2的最小值。

3 电容器选择

选择电容器时,除了满足上述两个条件外,还应考虑下面几个因素:

(1)体积与成本。根据接地保护器的使用要求,应选择高压聚苯乙烯电容器(CB)。高压聚苯乙烯电容器为铝箔电容与聚苯乙烯薄膜分层卷制而成,属于薄膜介质电容器。根据式(2),C2越大,U'B就越小,但并非越大越好。因为薄膜介质电容器的容值与体积有关,容值越大,体积就越大,价格也就越高。体积太大不但使产品笨重,而且给装配带来诸多不便。

(2)互感器末屏的实际绝缘水平。选择参数时还应考虑互感器末屏的实际绝缘水平,末屏对地能耐受的短时工频电压为5kV,这是标准规定的最小值。实际上,绝大多数厂家的末屏实际绝缘水平都要大于此值,为了减小体积,可以将被钳位的悬浮电压U'B选得稍大一些。此时,接地保护器的耐受电压应大于U'B。

(3)现有产品的规格。选择参数时,在满足使用要求的前提下,应尽可能考虑市场上现有的规格。

参数确定后应代入式(2)进行验算,要保证U'B低于互感器末屏的实际绝缘水平,并留有一定裕度。

4 结构简介

某110kV干式TA用接地保护器的结构如图6所示。套管由UPVC饮用水管材锯割而成,堵头由PVC-U上水管专用堵头加工而成。PVC-U绝缘性能好,电气性能优良。套管与堵头用U-PVC给水管粘接剂粘接,这种粘接剂密封性能好且操作简单。所用零部件均属水暖用品标准件,购买容易,加工装配简单且成本低廉。

聚苯乙烯高压电容器应为专业电容器制造商产品。电容器轴向两端引线焊接在两头的固定螺栓上,并对称置于套管之中,套管内用环氧树脂常温浇注。接地保护器整体制作简单快速,易于批量生产。

5 结束语

干式电流互感器在110kV及以下系统中应用广泛。接地保护器的引入,使得互感器的末屏接地实现了双保险,末屏漏接地引起的绝缘问题得以解决,这对实际生产具有重要意义。

参考文献

[1]肖耀荣,高祖绵.互感器原理及设计基础[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2003

保护用电流互感器 第7篇

高压限流熔断器是电力系统中应用非常广泛的保护电器, 具有分断故障电流速度快、动作可靠性高、结构简单、安装方便等优点。但是, 迄今为止, 国际电工委员会 (IEC) 尚未发布过有关互感器保护用高压限流熔断器的国际标准, 因此, 世界各国均是依照自己国家的实际情况进行研制和生产的。目前, 我国熔断器制造厂生产的高压电压互感保护用限流熔断器, 保护范围多数只能做到从很大的过载电流至短路电流故障, 无法满足高压互感器保护的全范围要求。2003年, 提出了一种能适应我国实际使用条件的保护电压互感器用限流熔断器, 首先要求工作在额定电流条件下的熔断器温升必须满足标准规定值, 其时间—电流特性应符合下列规定:在1.3倍额定电流下应在1 h内不熔断, 在2倍额定电流下熔断时间应在100~110 s范围内, 最大开断能力应达到40 k A。

之前的研究表明, 利用ANSYS有限元仿真分析短路故障电流时, 仿真结果与厂家实测值的相对误差在5%以内。但小过载电流时, 熔断时间长, 周围环境变化复杂, 且熔断器各零部件均有散热, 很难使用ANSYS进行仿真。故本文利用ANSYS与开断试验相结合的方式, 设计一种符合上述要求的限流熔断器。

1 设计情况

为清楚表达额定电流倍数与动作时间的关系, 表1列出了设计要求。

熔断器的熔断件———熔体可采用不同直径的三段熔丝串联组成, A段为准0.08 mm的纯银熔体, B段为准0.05 mm的具有覆层效应[1]的纯铜熔体, C段为准0.10 mm的纯银熔体。为保证熔体熔断性能的稳定性, 不利用冶金效应熔断熔体。

将熔断件装入瓷管, 按照正常的生产流程, 完成熔断器的装配制造。

设计的熔断器分0.5 A、1 A、2 A、3.15 A四个额定电流规格, 当前设计的熔断器额定电流为1 A。

2 基于ANSYS的仿真计算

利用有限元计算软件———ANSYS对熔断器进行大短路故障电流情况下的仿真分析。该情况由于弧前过程极短, 石英砂和熔体都不会出现热扩散和热传导, 整个弧前过程可视为绝热过程。使用SOLID 69单元, 对模型进行直接热电耦合分析, 在确定了初始温度和边界条件后, 先对各节点求解熔体上的电场分布, 然后以电场能量为内热源, 求解熔体上的温度分布, 交替进行电流场与温度场的计算, 从而完成熔体熔断过程的模拟。

熔体取长度0.1 mm进行建模、计算, 施加6倍额定电流, 可忽略相变时间, 故不用设定焓值。

有限元分析需要划分网格, 网格的密度和大小直接关系到计算量的大小与准确性, 综合考虑以上因素, 划分实体模型的网格。

因B段熔体的基材为紫铜, 故对材料属性设置采用纯铜的物理参数、密度、热导率、比热容、电阻率, 其中, 铜的熔点为1 083.4℃, 设置初始环境温度条件20℃后, 可开始进行计算。

计算完成后, 通过ANSYS的时间历程后处理器POST1和POST26, 对熔断器的温升与弧前过程进行分析。6倍额定电流下, 0.01 s时熔体的温升情况:0.01 s时, 熔体的温度达到1 400.6℃。其中, 0.008 7 s时温度达到1 082.32℃, 0.008 8 s时温度达到1 106.8℃, 超过铜的熔点, 满足限流熔断器对短路电流弧前时间的性能要求, 达到了设计目的。

3 小过载电流开断试验

该试验是将日常的220 V交流电作为电源进行的, 试验电路如图1所示。

FUSE—测试熔断器A—5 A交流电流表V—交流电压表R—电阻K1—开关K2—熔断器短接开关

根据上述熔体尺寸试制熔断器, 进行2倍额定电流开断试验后, 对熔体长度进行调整, 经过数次、反复的试验调整, 最终选定B段熔体的长度为50 mm, 熔体总长630 mm。

任意制作3只样品, 分别做1.3倍额定电流8 h温升不断试验 (室温为20℃) 。试验过程中试品均未熔断, 且熔管温升情况非常理想, 试验合格, 结果如表2所示。

再另制作3只样品, 分别做2倍额定电流开断试验。试品在110~140 s范围内开断, 基本达到设计目的, 试验合格, 结果如表3所示。

4 结果分析

再利用ANSYS仿真, 求出2倍、10倍额定电流所对应的弧前时间, 与2倍、6倍额定电流所对应的弧前时间插入对数坐标系中, 并拟合曲线, 如图2所示。从弧前时间特性曲线中可以很明显地看出, 该熔断器在不利用冶金效应的前提下, 既能保证熔断器的稳定性, 又具有非常好的开断小过载电流能力。

5 结语

本文利用ANSYS瞬态热电耦合仿真, 计算出了短路故障情况下熔断器的弧前时间, 并且结合小过载电流开断试验, 设计了一种保护互感器用的高压限流熔断器。

该设计方法简单、可靠, 能够减少人力、物力的浪费, 可推广用于设计更大额定电流的限流熔断器。

参考文献

保护用电流互感器 第8篇

牵引变压器是牵引供电系统中的主要电气设备之一,其运行工作状态直接影响到牵引供电系统运行的稳定性和可靠性。由于变压器发生故障时造成的影响很大,故应加强对其继电保护装置功能的调试,以提高电力系统的安全运行水平。

为保证牵引变压器的安全可靠运行,主变压器保护设备必须处于良好的工作状态。因此,各铁路供电技术部门及维护部门均对包括主变压器保护在内的牵引变电所二次保护系统进行定期检修和状态检修,所采用的测试仪器有多种,但不管是便携式测试仪还是其它大功率程控电源测试系统,大部分测试装置均只有三相电流源,对于YN,d11接线牵引变压器及V,v接线牵引变压器等常规接线牵引变压器的差动特性曲线测试可以比较容易的实现,但对于阻抗匹配平衡接线变压器的比率差动特性曲线的测试则较难实现。目前对阻抗匹配平衡变压器差动特性曲线的测试采用的方法多为使用四相甚至六相电流源来完成,这就迫使很多牵引供电部门采购新的测试仪器,提高了硬件成本和对操作人员的技术要求。

因此,本文在分析阻抗匹配平衡变压器的原次边电流平衡关系的基础上,采用软件编程控制电流源输出的方法,配合特定的接线方式,达到使用三相电流源完成阻抗匹配平衡变压器差动特性曲线的测试。

1 阻抗匹配平衡变压器差动保护实现分析

阻抗匹配平衡变压器是适合我国电气化铁道的发展需要的新型平衡变压器,具有较好的抑制负序电流对电力系统影响、高压侧中性点可以接地、容量利用率较高等优点,己经成为我国电气化铁路牵引变压器的主要接线形式之一,其原边接成星形联结并抽出中性点接地,次边接成三角形,并且B相铁心柱绕组再外延两个支臂,称为平衡绕组,其工作原理接线图如图1所示[1,2]。

变压器保护装置中最重要一项配置差动保护,就是为了防止变压器内部线圈及引出线的相间及匝间短路,以及在中性点直接接地系统侧的引出线和线圈上的接地短路。由于差动保护选择性好,灵敏度高,还应该考虑该保护能躲过励磁涌流和外部短路所产生的不平衡电流,同时应在变压器过励磁时不能误动。因此,其差动保护特性普遍采用的是三段折线式比率制动特性(见图2),图中IDZ为差动动作电流,ISD为差动速断电流,Ibr1、Ibr 2为第一和第二折线点对应的制动电流,K1、K2为第一和第二段折线斜率[1,3]。

阻抗匹配平衡变压器达到阻抗匹配时次边电流与原边电流的线性映射关系式为[1,3]

考虑微机保护的具体接线形式(见图3)[3],主变高压侧引入保护装置的电流设为。

并设分别为变压器次边两相电流平衡变换到原边的三相电流向量,在保护装置内部算法中考虑K的影响及变压器一、二次侧流互变比的不平衡后,则原、次边电流平衡方程为[1,3]。

式中:KPH为平衡系数。

则差动电流为

制动电流为

2 差动保护比率制动特性曲线的测试

在对微机型主变保护的比率制动特性进行检测时,要求分别对保护的A相、B相、C相的差动动作特性进行测试,以确定保护装置在任何一相差动动作时均能正确地发出跳闸命令,故测试时必须对三相中的每一相的动作情况进行检查,但整个微机保护中的差动动作信号,不论是哪一相动作,均通过一个统一的出口,因此为了获得每一相的差动保护动作情况,测试其中任何一相的动作情况时,必须保证其它两相可靠不动作,即需要按照式(3)的关系使其它两相的差动电流为零。

以A相差动保护特性测试为例,应在主变保护电流输入端子IA、Iα加入电流,并使得ICDA大于等于差动动作电流整定值。但此时由于式(3)的关系,必然使得和不为零,若不在保护装置的IB、IC及Iβ端子加入合适的电流予以平衡,在IA、Iα端子上电流逐渐增大时,必然造成B、C相差动电流ICDB、ICDC增大,导致保护动作,这样的话,仅靠保护出口信号就很难判断是哪一相的差动动作,因而无法完成对某一特定相别的比率差动保护特性曲线的测试。为使ICDB、ICDC不会达到或超过差动保护动作值,必须在保护装置的相应输入端提供合适的电流用以保证平衡关系,现在多采取的是在原有测试仪器上添加电流源输出或购置多电流源测试仪器,按照一定的算法由程序控制保证各相电流的平衡关系,这样必将加大硬件成本和操作复杂性。

针对许多供电段已经拥有了配置了三相程控电流源的测试仪器的实际情况,如何使用现有的测试仪器的三相电流源,配合一定的接线方式和软件控制完成差动保护比率特性曲线的测试,而不用更换或增加硬件,是一个应予解决的问题。以下就此问题提出一个解决方案。

2.1 主变差动保护A相比率特性曲线的测试

主变差动保护A相比率特性曲线测试接线方式见图4。

为测试A相比率差动特性曲线,必须保证B相、C相差动保护可靠不动作,而可完成A相差动保护中随着制动电流的变化的各个差动保护动作点的测试。对测试中各相差动电流的分析如下。

(1)B相差动电流分析

在以上接线形式中,主变保护原边电流引入端B相未输入电流即,由式(3)得变压器次边B相平衡电流为,为使ICDB=0,则的电流满足

此时ICDB=0,保证了主变B相差动保护可靠不动作。

(2)C相差动电流分析

在以上接线形式中,测试仪B相和C相电流源分别为主变保护α相和β相提供电流,α相和β相电流被共同送入到主变保护C相,由式(2)得,由式(3)得变压器次边B相平衡电流为,从而使得ICDC=0,保证了主变C相差动保护可靠不动作。

(3)A相差动保护曲线测试的实现

测试过程中,由测试仪器B相、C相电流源提供的的电流的变化首先应满足式(6)的关系。在此基础上,调整测试仪A相电流源的输出。对于每一个不同制动电流所对应的差动动作点,测试开始时,应使测试仪A相电流源的输出满足,使保护各相差动均可靠不动作,然后增大测试仪A相电流源的输出,使增大;同时降低B、C相电流源的输出,达到降低的目的,并保证的电流的变化满足式(6)的关系,直到A相差动保护动作。

2.2 主变差动保护B、C相比率特性曲线的测试

此处仅给出主变差动保护B、C相特性曲线测试接线方式(见图5和图6),具体测试及分析方法可参照A相差动特性曲线的分析。

3 实测结果

利用以上接线方式,利用便携式测试仪,并编制相应的测控程序,针对交大许继生产的WBH-892Z型主变主保护,将其接线形式整定为阻抗匹配平衡接线进行了测试,并对每一测试动作点与保护内部形成的故障报告进行了比对。结果表明,该方法能够正确完成阻抗平衡变压器保护中的比率差动特性曲线测试。测试结果见图7。

4 结论

本文提出了一种利用现有测试仪器的三相程控电流源实现对平衡变压器差动保护特性曲线的测试方法,采用该方法,可以有效地利用现有测试仪器,只要测试人员正确掌握变压器保护与测试仪器之间的测试接线,利用正确的控制方法编制的测控软件,即可完成阻抗匹配平衡变压器差动保护特性曲线的测试。

参考文献

[1]李群湛,连级三,高仕斌.高速铁路电气化工程[M].成都:西南交通大学出版社,2005.196-199.

[2]卢涛.阻抗匹配平衡变压器差动保护动作方程与整定[J].西南交通大学学报,2005,(2):158-162.LU Tao.Operational Equation and Setting of Differential Protection for Impedance Matching Balance Transformer[J].Journal of Southwest Jiaotong University.2005(2):158-162.

简析零序电流保护与剩余电流保护 第9篇

关键词：零序电流保护,剩余电流保护,应用

1 引言

在此次“麻涌、望牛墩、长安和南头配电房变压器低压总屏更新改造工程”中,设备厂家混淆了零序保护和剩余电流保护在接地故障保护方面的应用,误认我司所须采用的零序保护为剩余电流保护,未将不平衡电流纳入保护范围,达不到要求。现将2种保护的异同加以分析。

2 零序电流保护与剩余电流保护基本原理

在国家标准GB50054-95《低压配电设计规范》第4.4.10条明确指出了采用接地故障保护的两种方法,即零序电流保护与剩余电流保护(亦称漏电电流保护)[1]。这两种电流保护的基本工作原理相同,但使用范围、安装等要求却有所不同。

零序电流保护具体应用可在三相线路上各装一个电流互感器(CT),或让三相导线一起穿过一零序CT,也可在中性线N上安装一个零序CT,利用这些CT来检测三相的电流矢量和,即零序电流IO,IA+IB+IC=IO,当线路上所接的三相负荷完全平衡时(无接地故障,且不考虑线路、电器设备的泄漏电流),IO=0;当线路上所接的三相负荷不平衡,则IO=IN,此时的零序电流为不平衡电流IN;当某一相发生接地故障时,必然产生一个单相接地故障电流Id,此时检测到的零序电流IO=IN+Id,是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。

剩余电流保护的具体做法是在被测的三相导线路上与中性N上各装一个CT,或让三相导线与N线一起穿过一个零序CT,得到三相导线与中性线N的电流矢量和IA+IB+IC+IN,当没有发生单相接地故障时,无论三相负荷平衡与否,则此矢量和为零(严格讲为线路与设备的正常泄漏电流);当发生某一相接地故障时,故障电流会通过保护线PE及与地相关连的金属构件,即IA+IB+IC+IN≠0,此时数值为接地故障电流Id加正常泄漏电流。

从以上分析可看出,零序电流保护和剩余电流保护两者的基本原理都是基于基尔霍夫电流定律:流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零,即ΣI=0,并且都用零序CT作为取样元件。在线路与电器设备正常情况下,各相电流的矢量和等于零(对零序电流保护假定不考虑不平衡电流),因此,零序CT的二次侧绕组无信号输出(零序电流保护时躲过不平衡电流),执行元件不动作。当发生接地故障时,各相电流的矢量和不为零,故障电流的零序CT的环形铁芯中产生磁通,零序CT的二次侧感应电压使执行元件动作,带动脱扣装置,切换供电网络,达到接地故障保护的目的。

3 零序电流保护与剩余电流保护在应用上的异同

零序电流保护一般适合使用于TN接地系统。因为当发生一相接地时,对TN-S系统Id回路阻抗包括相线阻抗Z1、PE线阻抗ZPE和接触阻抗Zf,即Zs=Z1+ZPE+Zf;对于TN-C系统,Id回路阻抗包括相线阻抗Z1、PEN线阻抗ZPEN和接触电阻Zf,即ZS=Z1+ZPEN+Zf;对于TN-C-S系统,Id回路阻抗包括相线阻抗Z1、PEN线阻抗ZPEN,PE线阻抗ZPE和接触电阻Zf,即ZS=Z1+ZPEN+ZPE+Zf,产生的单相接地故障电流Id=220/ZS,明显大于无故障时的三相不平衡电流,只要整定合适,就可检测出发生接地故障时的零序电流,以切断故障回路。而对IT系统,一般均是使用工矿企业内的不配出中性线的三相三线配电线路,对供电可靠性要求较高,对单相接地不必要立即切断供电回路,但需发出绝缘破坏监察信号,以维持继续供电一段时间。当单相接地时,该故障线路上流过的零序电流是全系统非故障系统电容电流之和,因而容易检测出接地故障电流,故可用零序电流保护装置来监察相对地第一次接地故障。TT接地系统常应用于工农业、民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统中,常发现三相不平衡电流较大,当发生一相接地时,Id回路阻抗包括相线阻抗Z1,PE线阻抗ZPE,负载侧接地电阻RA和电源侧接地电阻RB,接触阻抗Zf,即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf,接地故障电流Id=220/ZS,由于RA+RB>>Z1+ZPE+Zf,且RA+RB数值一般均较大,很明显TT系统的故障环路阻抗大,产生的单接故障电流Id,远远小于不平衡电流,很难检测出故障电流,故不适用于TT接地系统。

由剩余电流保护工作原理分析可知,它的保护动作整定电流可以从mA级到A级,有相当高的动作灵敏性,因此剩余电流保护装置对于TN、TT、IT接地系统均可适用。但剩余电流保护适用于TN接地系统中的TN-S系统,不能用于TN-C接地系统的馈电主干线保护。因为TN-C接地系统中保护线PE和中性线N合用一根线PEN,PEN在正常工作时流过三相不平衡电流,当单相接地时产生的接地故障电流Id也从PEN线上流过,剩余电流保护装置根本无法检测出是不平衡电流还是接地故障电流,也就是说,已丧失单相接地故障的检测功能。当用于分干线及末端线中时,如果是TN-C接地系统,则应按TN-C-S或局部TT接地处理,剩余电流保护的动作电流整定值(IΔn)一定要躲开正常漏电电流,才可避免误动作。

按《低压配电设计规范》要求,对于相线对地标称电压为220V的TN系统三相四线制配电线路接地故障保护,当用过电流保护不能满足人身遭受电击所允许的最大切断故障时间时,宜采用零序电流保护,但保护整定值不应小于该供电线路中最大不平衡电流,当用过电流保护与零序电流保护均不能满足上述要求时,应采用剩余电流保护。对于TT系统的低压配电线路接地故障保护,当用过电流保护电器不能满足动作特性ZsLA50V时,应采用剩余电流保护。对于IT系统的低压配电线路接地故障保护,当外露可导电部分单独接地时,或发生第二次异相接地故障时,故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求,当外露可导电部分为共同接地,则发生第二次异相接地故障时,故障回路的切断应符合TN系统接地故障保护的要求。

从保护的动作灵敏性与使用安全性来说,剩余电流保护高于零序电流保护,并且零序电流保护不能像剩余电流保护一样应用在单相配电线路上,因此对于三相供配电系统,如果零序电流保护灵敏度足够,并且也适合选用该保护装置的场合,为节约资金,可采用零序保护。

4 结束语

由以上综合分析可知,我司所要求的零序保护比剩余电流保护所实现的接地保护,多一项不平衡电流保护,且可在MICROLOGIC 6.0A上显示(IA+IB+IC)电流数值,方便监测变压器运行状态。但此次所做接地保护由MICRO-LOGIC 6.0A控制,故障跳闸时MICROLOGIC 6.0A上有指示灯显示及故障电流记录。查阅施耐德MICROLOGIC控制器资料,6.0A可实现三段保护+接地保护,7.0A可实现三段保护+零序保护[2]。但MT断路器额定电流最小630A,6.0A接地保护最小整定0.4IN对于我司的小变压器、小负载状况保护存在缺陷(整定值偏大);7.0A的零序保护可整定0.2IN,基本达到要求。

参考文献

[1]GB50054-95.低压配电设计规范[S].