摘要:电流互感器是电力工程设计中十分重要的一项内容。近年来,随着科技水平的不断提高,我国各项电路设计的要求也越来越严格,尤其是高电压小变比电流互感器的应用,因其应用范围非常广泛,那么在选择和设计时要着重对其安全性和稳定性进行把握。但是实践工作当中,高电压小变比电力互感器的选择和结构设计上还存在一些问题,这些问题导致了电路系统故障的发生,进而影响了电路系统的整体运行效果,因此对高电压小变比电流互感器的选择和特殊结构设计进行了解和掌握是十分有必要的。基于此,本文从小变比电流互感器的选择和结构设计等方面入手进行了相关的研究,并就小变比电流互感器的工作发热特性进行了说明,以供参考。
高电压小变比电流互感器又简称小变比电流互感器,在高电压配电系统中是一种应用非常广泛的电气设备。由于电路系统的复杂性和多样性,所以在选择小变比电流互感器时也要根据实际使用需求选择合适的设备,而且在现代科技水平下,更多新型小变比电流互感器被应用于各行各业当中,其结构和工艺上都具有一定的特殊性,在具体使用过程中也需要多加注意。另外,如果电力系统中的接地保护处理不到位,也经常会引起接地保护和自动装置的误动或者拒动,造成严重的安全事故,所以相关行业工作人员必须对高电压小变比电流互感器的结构特点进行全面掌握,从而选择合适的电流互感器,提高电路安全性。
1、从小变比电流互感器的结构特点来确定设计原则
通常情况下,人们把额定电流低于75A的电流互感器称为小变比电流互感器,常见的小变比电流互感器类型多种多样,其主要结构一般都是半封闭式的,绝缘材料使用的是环氧树脂。大部分小变比电流互感器的动热稳定性能都比较弱,在不同的电路条件下其电流变比会发生不同程度的改变。
变电站的主变压器向下游会分出许多的分支线路,每个线路几乎都需要使用电流互感器进行调节。在电流不同的情况下,各分支线路的负载能力会产生差异,有可能导致主变压器配电线路下的分支线路发生短路,如果电流互感器的动热稳定性能不足以应对短路故障的影响,此时就会导致电流互感器本身发生开裂或者爆炸等现象,进而造成整个电路的系统故障。所以在对电流互感器进行性能检测、调试时,要尤其注意确认其动热稳定性能是否达到要求,尤其是小变比电流互感器,其动热稳定性能更弱,要格外引起注意。
小变比电流互感器短时热电流的持续时间,从1s到4s,短时热电流的倍数,从90~150I1n到200-400I1n,范围较宽泛,同系列的小变比电流互感器保持了相近的短时热电流的能力,满足了一般系统的要求。经过对电流互感器外表面爬电距离的提高,使得产品成为全工况产品,并增强了对环境条件的适应能力。此外,对电流互感器的测量精度进行提高,将电能计量及电流保护绕组进行分离,按照各自独立运行的二次绕组进行选用。
对于结构尺寸小型化的互感器,宜采用薄绝缘、复合式绝缘的方法,减轻产品的重量,保证产品的全封闭结构。对于电流互感器的动热稳定性能的提高,方法为安匝数越小越好,安匝数偏小的前提下要兼顾计量、保护绕组的精度满足国标要求。加大表面的爬电距离或者缩小体积,都可以提高产品的外绝缘能力。首选全封闭结构,但这种结构的选用会带来电流互感器一次及二次绕组的工艺上的困难,要注意对一次绕组、二次绕组的缓冲包扎、屏蔽及误差进行控制。优化产品的结构设计、工艺设计和选用先进的材料是提高小变比电流互感器性能的根本。
小变比电流互感器的动热稳定性能和匝数成反比,由于一次导线的截面受到浇注体的限制,动热稳定性能一般较弱。传统的小变比电流互感器的动热稳定性能普遍较弱,精度较低,针对这方面的问题,采用新型的小变比电流互感器结构设计,能够取得很好的效果。其具有的优势在于外观美观,精度高,双变比和动热稳定性能强,适用的范围较广,适应恶劣的外部环境。以下是两种小变比电流互感器的性能比较。
2、从小变比电流互感器的工作发热特性看选用标准
典型的小变比电流互感器的工作发热特性及等效的电路运行,决定了产品在制造工艺上有很大的区别。短路电流致使一次、二次绕组导体发热集中的状况下,容易发生绝缘热损伤、浇注体内部的电动力集中,器身的各个部位受力不均,使得产品的动热稳定性能不再提高。
产品的绕组采用多股导线并绕工艺,沿着圆环形铁芯进行绕组的径向排列,减少了短路电流的集肤效应,对于导线的有效截面的提高予以了保障,但是也容易引起导线分散排列的情况,使得浇注体内部的线圈在短路电流的作用下,发生发热的情况。选用非晶合金铁芯,可以有效提高产品性能,但是线圈绕制工艺较为复杂,要选用专门的特殊设备,因此,应选用经济耐用的材料,提高产品的利用价值。
选用小变比电流互感器的优势就在于可以根据电路实际需求进行产品设计,降低产品成本。当电路发生短路时,由于电流形成的电动力比较集中,容易造成浇注体内部不均匀受力,从而降低电流互感器的动热稳定性能,所以使用多股导线共同绕制,并且保持线圈均匀排列的方法,可以有效改善浇注体内部线路短路时的受力分布,使浇注体受力更加均匀。与此同时,将小变比电流互感器的铁芯改为圆形环结构,经过热处理操作,可以有效提高材料的利用率。
铁芯材料使用非晶合金,则可以提升电流互感器的精度,还可以减少其线圈匝数,其动热稳定性能将得到改善,对于铜材的消耗也将减少。结构优化过程的主要难点在于如何保证浇注体的成型、多股线圈的整体浇注,其设计成本会有所增加。通过以上表格资料对比可以发现,使用LFZB8-10B结构类型的小变比电流互感器可以有效减少资源浪费,提高产品实际应用价值,是一种值得推广的产品资源。
3、结束语
总而言之,小变比电流互感器的结构较为复杂,由于其类型的多样性,在实际应用过程中会产生不同的实际价值,所以相关行业工作人员要根据实际电路系统需求选择合适的小变比电流互感器,并对其动热稳定性能进行核准检测,以提高电力系统的安全性和稳定性。随着未来科技的进步,小变比电流互感器的设计还要进一步引进先进的技术开发手段,继续深化创新能力。
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