淺談電流互感器在低壓配電中的失真問題

淺談電流互感器在低壓配電中的失真問題

一、引言

　　 我們天津化工廠屬氯堿化工企業(yè)，我所在的制堿分廠主要將電解工序NaOH溶液，NaOH濃度為32%液堿及電解液經(jīng)過蒸發(fā)工序，包括三效順流蒸發(fā)及降膜雙效逆流蒸發(fā)，制成濃度為42%、45%、50%的液堿，這些液堿一部分直接做為產(chǎn)品銷售，一部分45%--50%液堿被輸送固堿工序進(jìn)行大鍋熬制，再經(jīng)過片堿機(jī)制成濃度為99.5%的片堿，進(jìn)行片堿銷售。在我分廠中的各類堿泵為低壓配電中的主要負(fù)荷，對(duì)于帶動(dòng)堿泵的電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)在各生產(chǎn)工序中是普遍的和必須的。低壓三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的電流監(jiān)測(cè)是對(duì)泵運(yùn)行狀況以及工藝運(yùn)行狀況監(jiān)控的一個(gè)有效手段，電機(jī)電流被作為一項(xiàng)工藝控制指標(biāo)用來對(duì)設(shè)備及工藝進(jìn)行監(jiān)控，因此對(duì)于電流指示的誤差要求越小越好。校正器| 轉(zhuǎn)換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 記錄儀| 有紙記錄儀| 無紙記錄儀|

　　二、存在的問題：

　　在老雙效蒸發(fā)改造為三效蒸發(fā)期間，新的機(jī)泵配電安裝后，調(diào)試時(shí)我們遇到了這樣的問題，就是電流表指示值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際值，現(xiàn)挑選不同功率電機(jī)列表詳述它們的失真情況，具體詳見表1：

　　由上表看出，上面幾臺(tái)電機(jī)電流指示全部失真，互感器與電流表連接導(dǎo)線長(zhǎng)度都大于50米，導(dǎo)線越長(zhǎng)，電流表失真越大，P05a及P08a電流表指示值僅為實(shí)際值的30%，電流變化的范圍只在電流表盤面50%的范圍內(nèi)變動(dòng)，操作工難以發(fā)現(xiàn)電機(jī)電流的升降波動(dòng)，當(dāng)負(fù)荷電流很小時(shí)，即空載輕載時(shí)，電流表指示基本為零，操作工會(huì)進(jìn)行誤判斷，直接影響了操作工對(duì)機(jī)泵的控制及直觀監(jiān)控，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流的波動(dòng)，給操作工的操作帶來了很大的不便。

　　 三、問題的原因分析：

　　 工程中選用的電流互感器為L(zhǎng)MZ1—0.5型，精度等級(jí)為0.5級(jí)，額定容量10VA。

　　 1、首先從設(shè)計(jì)上對(duì)于電流互感器變比的選擇來看，設(shè)計(jì)要求電流互感器額定一次電流的確定，應(yīng)保證其在正常運(yùn)行中實(shí)際負(fù)荷電流達(dá)到額定值的60%左右，至少應(yīng)不小于30%。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷電流小于30%時(shí)，應(yīng)采用二次繞組具有抽頭的多變比電流互感器，或0.5S、0.2S級(jí)電流互感器、或具有較高額定短時(shí)熱電流和動(dòng)穩(wěn)定電流的電流互感器。由上表看出實(shí)際負(fù)荷電流值都在額定值的60%左右，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中電流值大部分時(shí)間在此范圍內(nèi)，此例中37KW、30KW、22KW電機(jī)的電流互感器變比，符合設(shè)計(jì)要求；18.5KW電機(jī)的變比為75/5，選型上略大。

　　 2、從二次負(fù)荷來看，當(dāng)二次回路端子間連接導(dǎo)線和指示儀表的總阻抗小于或大于互感器的銘牌上標(biāo)定的額定二次回路阻抗，互感器的指示值都會(huì)失真。額定二次回路阻抗通常以視在功率伏安值表示，它是二次回路在規(guī)定功率因數(shù)和額定二次電流下所汲取的，本例中為10VA。現(xiàn)在回路中實(shí)際阻抗有二次導(dǎo)線阻抗、連接導(dǎo)線的接觸電阻以及電流表的功率消耗，以伏安值表示的回路總阻抗為：

R=R_l+R₂

　　其中

　　R—總阻抗,VA

　　R_l—互感器與電流表間連接導(dǎo)線的線阻,VA

　　R₂—連接導(dǎo)線的接觸電阻取0.1Ω，即0.1×5×5=2.5VA

　　而R_l =(ρ*L/S)*I² ①

　　ρ---導(dǎo)線電阻率，55℃時(shí)銅線電阻率為0.0202Ω.mm²/m

　　L---導(dǎo)線長(zhǎng)度,m

　　S---導(dǎo)線截面積，mm²

　　I---互感器額定二次電流，本廠互感器為5A

　　由公式可看出，導(dǎo)線的線阻與長(zhǎng)度成正比，截面積成反比，導(dǎo)線越長(zhǎng)，線阻越大，而R_c是固定的，則R與電流表的連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度成正比，導(dǎo)線越長(zhǎng)，誤差越大。本例中，互感器與電流表連接導(dǎo)線為截面積1.5mm²的多芯控制電纜，并將表1中的長(zhǎng)度代入公式①中：

　　P01d：R_l =(ρ*L/S)*I²=（0.0202*80/1.5）*5²=26.9VA

　　 R₂=0.1×5×5=2.5VA

　　 總的回路阻抗伏安值R=R_l+R₂=26.9+2.5=29.4VA

　　P08a：R_l =(ρ*L/S)*I²=（0.0202*120/1.5）*5²=40.4VA

　　 R₂=0.1×5×5=2.5VA

　　 總的回路阻抗伏安值R=R_l+R₂=40.4+2.5=42.9VA

　　P02c：R_l =(ρ*L/S)*I²=（0.0202*50/1.5）*5²=16.8VA

　　R₂=0.1×5×5=2.5VA

　　 總的回路阻抗伏安值R=R_l+R₂=16.8+2.5=19.3VA

　　P05a：R_l =(ρ*L/S)*I²=（0.0202*110/1.5）*5²=37.0VA

　　 R₂=0.1×5×5=2.5VA

　　 總的回路阻抗伏安值R=R_l+R₂=37.0+2.5=39.5VA

　　 從以上計(jì)算得出4臺(tái)電機(jī)的總阻抗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于互感器的額定二次負(fù)荷，P08a、P05a的總的回路阻抗遠(yuǎn)大于P01d、P02c，電機(jī)電流的失真也大。

　　 3、其次從互感器結(jié)構(gòu)上看，選用的電流互感器為0.5級(jí)LMZ系列電流互感器，0.5級(jí)在額定電流的100%時(shí)，誤差不超過±5%，本型互感器5～600A的鐵心為環(huán)型卷鐵心，二次線圈沿鐵心環(huán)狀均勻分布，為樹脂澆注作絕緣。中間窗孔供一次母線通過之用。本型互感器其優(yōu)點(diǎn)是可在110%的額定電流下長(zhǎng)期運(yùn)行。但其缺點(diǎn)在于：A、由于母線穿孔，當(dāng)一次母線在穿孔中位置發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生誤差。B、因?yàn)槭悄妇�穿心式，一次一般取一匝，當(dāng)額定電流低的時(shí)候，安匝數(shù)也就低，誤差就增大。C、而對(duì)于0.5級(jí)的電流互感器，其精確度較低，鐵心質(zhì)量也相對(duì)較差。

　　4、互感器的準(zhǔn)確度是和負(fù)荷電流相聯(lián)系的，負(fù)載電流在額定電流的120%以內(nèi)，負(fù)載越大，電流互感器誤差越�。划�(dāng)負(fù)載電流在額定電流的120%～165%之間時(shí)，隨著負(fù)載電流增大，電流互感器誤差增大，但在允許范圍內(nèi)逐漸趨于平衡。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)電流互感器時(shí)，決定電流互感器過載能力的飽和倍數(shù)一般最小為額定電流2～3倍，互感器在額定頻率下，其比差及相角差應(yīng)符合下表：

　　也就是說電流互感器在100%負(fù)荷時(shí)誤差是最小的，由于小于互感器100%額定電流，就會(huì)有負(fù)的偏差，即電流表指示值是要小于實(shí)際值的。實(shí)際電流小于互感器100%額定電流是電流表示值失真的又一原因。

　　 5、電源頻率的影響。當(dāng)一次電流為非正弦波形時(shí)，在電流的高次諧波作用下，電流互感器的量值將發(fā)生變化。在生產(chǎn)實(shí)際中電源的頻率由于各種因素，呈非正弦波形式。直接影響了互感器的量值。

　　 四、問題的解決方案：

　　 對(duì)于電源頻率為非正弦波的改造涉及面廣，影響因素很多，屬系統(tǒng)工程，可行性不大；而負(fù)荷電流的大小是由工藝設(shè)備條件所決定，因此我們從以下幾點(diǎn)進(jìn)行了改造。

　　 1、減小總的回路阻抗，從而使互感器的誤差向正方向移動(dòng)。根據(jù)公式①，總阻抗與導(dǎo)線截面積成反比，也就是增加互感器與電流表之間連接電纜的截面積，即可減小總的回路阻抗，將原來1.5mm²電纜兩芯并成一芯，即連接電纜截面積變?yōu)?mm²，由于原來采用的多芯控制電纜，線纜芯數(shù)有富裕，因此采用此法，可不用更換電纜。

　　2、提高電流互感器的準(zhǔn)確度，用LQG系列互感器代替LMZ系列互感器。LQG－0.5型電流互感器的鐵心系條形冷軋電工鋼片迭成，鐵心分上、下兩柱，均套有二次線圈，一次線圈只布置在一個(gè)柱的二次線圈之外，并有磁分路作為補(bǔ)償誤差之用。這種互感器是采用內(nèi)外雙線圈對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)�，一次用多匝，安匝�?shù)相對(duì)來說可以做得高一點(diǎn)，再就是一次線是固定在絕緣體內(nèi)的，不會(huì)發(fā)生位置變化，所以誤差相對(duì)LMZ系列互感器來說小很多。

　　 五、結(jié)論：

　　在根據(jù)實(shí)際情況沒有更換電纜，僅更換了電流互感器，用盡量少的費(fèi)用進(jìn)行了改造，改造后的電流指示值見下表：

　　可以看出指示值與實(shí)際值相差很小，采取的措施有效，并且改造費(fèi)用不多，是經(jīng)濟(jì)可行的。