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          只需兩個公式!教你如何進行電流互感器計算

          發布時間:2020-11-06 瀏覽次數:882

          我們將設計一個電流互感器。使用電流互感器可以減小測量變換器原邊電流時的損耗,比如大功率開關電源,由于電流過大所以需要使用電流互感線圈來監測電流以減少損耗。

          電流互感器與一般的電壓變壓器的區別在什么地方呢?這個問題即使是的磁性元件設計人員也很難回答?;镜膮^別在于:變壓器試圖把電壓從原邊變換到副邊,而電流互感器試圖把電流從原邊變換到副邊。電流互感器的電壓大小由負載決定。

          我們通過一個實際的設計例子,可以很好地理解電流互感器的工作原理。

          假設用電流互感器測量變換器的原邊電流,原邊10A電流對應1V電壓。當然,我們可以用一個1V/10A=100mΩ的電阻來測量,但是電阻將造成的損耗為1V×10A=10W,這么大的損耗對幾乎所有的設計來說都是不能接受的。所以,要選用電流互感器,如圖1所示。

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          圖1 用電流檢測互感器減小損耗

          當然,為了減少繞組電阻,我們把原邊的匝數取為1匝,同時為了使電流降到一個比較低的水平,副邊匝數應該比較多。如果副邊匝數為N,由歐姆定律可得(10/N)R=1V,在電阻中消耗的功率為P=(1V)^2/R。我們假設消耗的功率為50mW(也就是說,我們可以使用100mW規格的電阻),這就要求R不得小于20Ω,如果采用20Ω的電阻,由歐姆定律可得副邊匝數N=200。

          現在我們來看磁芯,假設二管是普通的一般的二管,通態電壓大約為1V,電流為10A/200=50mA?;ジ衅鬏敵鲭妷簽?V,加上二管的通態電壓1V,總電壓大約2V。250kHz頻率工作時,磁芯上的磁感應強度不會超過

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          其中4us為一個周期的時間,實際肯定是不到一個周期的。

          由于原邊流過電流的時間不可能超過開關周期(否則,磁芯無法復位)。因此Ae可以很小,而B也不會很大。這個例子里磁芯的尺寸不能通過損耗要求或磁通飽和要求來確定,更大的可能是由原副邊之間的隔離電壓來確定。如果隔離電壓沒有要求,磁芯的大小一般由200匝的繞組所占體積來確定。你可以用40號的導線流過500mA的峰值電流,但是這種導線實在太細,一般的變壓器廠家不會為你繞制。

          實用提示:除非要用,一般情況下不要使用規格小于36號線的導線。

          現在我們來分析為什么不能用電壓變壓器來替代電流互感器?已經知道副邊電壓只有2V,因此原邊電壓為2V/200=100mV。如果輸入直流電壓為48V,那么電流互感器原邊10mV電壓對48V電壓來說是微不足道的——那樣你可以在副邊得到50mA的電流,而對原邊幾乎沒有什么影響。假設另一種情況(不現實的),原邊的輸入直流電壓只有5mV,那么互感器的原邊不可能有10mV的電壓,同時由于原邊阻抗(如反射副邊阻抗)也比較大,決定了副邊根本不可能產生50mA的電流。即使整個5mV電壓全部加在原邊,副邊也只能產生200×5mV=1V的電壓:不能在轉換電阻上產生足夠的電壓。因此,電壓變壓器只能用作變壓器,不能用來檢測電流。

          從另外一個角度來看:雖然輸入電源的電壓為48V時,但是流過電流互感器電流的大小不是由原邊的這個48V電壓決定的,而是其他因素決定的。

          電流互感器是有阻抗限制的電壓變壓器。

          后,我們來看一下電流互感器的誤差情況怎么樣?答案在于電流互感器的基本定義上:感應的是電流。

          實用提示 電流互感中的二管和副邊繞組的電阻不會影響電流的測量,因為(只要阻抗不是大)串聯電路中電流處處相等,與串聯的元件無關。

          實際工作中,是不是使用肖特基二管作為整流二管是沒有關系的:二管的低通態電壓只影響變壓器,不會影響電流互感器。

          如果互感器副邊的電感太小,測量誤差將會增大。也就是激磁電感太小,假設我們要求測量電流的大誤差為1%,原邊電流為10A,那么副邊電流就是50mA,這就意味著要求激磁電流(副邊)應該小于50mA×1%=500μA。激磁電流沒有流過轉換電阻,我們也無法檢測到這個電流,這樣誤差就增大了。我們可以算出副邊電感的小值

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          現在的匝數為200,我們需要AL=16mH/200=400nH的磁環,用普通的小鐵氧體磁環就可以了,這種鐵氧體磁環是很容易找到的。


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          變電站的電氣誤操作可能造成大面積停電、設備損壞、人身傷亡,甚至引起電網振蕩瓦解等嚴重后果。為了有用防止電氣誤操作引發的人身和重大設備事故,按照電網公司《防止電氣誤操作裝置管理規定》,明確凡有可能引起事故的一次電氣設備,均應裝設防誤裝置。防誤裝置應實現以下功能:(“五防”功能)防止誤分、誤合斷路器;防止帶負荷拉、合隔離開關;防止帶電掛(合)接地線(接地隔離開關);防止帶接地線(接地隔離開關)合斷路器(隔離開關);防止誤入帶電間隔。變電站防誤閉鎖裝置按動作原理可分為機械、電氣、微機三大類。按《防止電氣誤操作裝置管理規定》中給出的解釋,變電站防誤裝置包括了微機防誤、電氣閉鎖、電磁閉鎖、機械聯鎖、機械程序鎖、機械鎖、帶電顯示裝置等。一、機械防誤裝置機械閉鎖裝置是利用電氣設備的機械聯動部件對相應電氣設備操作構成的閉鎖。機械閉鎖是在高壓開關柜或戶外隔離開關的操作部位之間用互相制約和聯動的機械機構來達到先后動作的閉鎖要求,如下圖1、圖2為西門子PR1(2)隔離開關機械閉鎖裝置圖。機械閉鎖在操作過程中無需使用鑰匙等輔助操作,可以實現隨操作順序的正確進行,自動地步步解鎖。在發生誤操作時,可以實現自動閉鎖,阻止誤操作的進行。機械閉鎖可以實現正向和反向的閉鎖要求,加之閉鎖直觀,強度高,不易損壞,檢修工作量小,操作方便,運行可靠等優點,所以受到運行和檢修人員的廣泛歡迎。然而機械閉鎖裝置一般用于單一電氣設備間隔內部的防誤閉鎖,在開關柜內部及戶外隔離開關等的機械動作相關部位之間應用,比如在隔離開關(手車)與接地隔離開關之間;接地隔離開關(接地線)與柜門之間;同間隔隔離開關與隔離開關(手車)之間等電氣設備之間的閉鎖應具備機械聯鎖功能,對兩開關柜之間或開關柜與柜外電氣設備之間及戶外隔離開關與斷路器(其他隔離開關)之間的閉鎖要求則鞭長莫及。所以在開關柜及戶外隔離開關上,只能以機械閉鎖為主,還需輔以其他閉鎖方法,方能達到全部五防要求。二、電磁閉鎖裝置 電磁鎖是一種安裝在手動操作設備、柜門(網門)等部位的“五防”閉鎖裝置。閉鎖電源通過斷路器、隔離開關、接地閘刀的輔助觸點以及帶電顯示器的觸點接入電磁鎖線圈,利用這些輔助觸點的通斷接通或斷開需閉鎖的隔離開關、開關柜門等電磁鎖電源,利用電磁鎖線圈的勵磁和失磁而實現設備操作的“五防”閉鎖功能。電磁鎖的工作原理如圖3所示。在無拉、合操作時,用電磁鎖鎖住操作機構的轉動部分,即鎖芯1在彈簧2壓力的作用下,鎖入操作機構的小孔內,使操作手柄Ⅲ不能轉動。當需要斷開隔離開關QS時,先跳開斷路器QF,使其輔助動斷觸點閉合,給插座3加上直流操作電源,然后將電鑰匙的插頭4插入插座3內,線圈5中就有電流流過,使電磁鐵6被磁化吸出鎖芯1,鎖就打開了,此時利用操作手柄Ⅲ,即可拉斷隔離開關。隔離開關拉開后,取下電鑰匙插頭4,使線圈5斷電,釋放鎖芯1。鎖芯1在彈簧2壓力的作用下,又鎖入操作機構小孔內,鎖住操作手柄。電磁閉鎖裝置的優點是操作方便,操作中沒有輔助開解鎖動作,是防止誤入帶電間隔的閉鎖環節中不可缺少的閉鎖元件。這種閉鎖裝置原理簡單,實現便捷,非同一體的斷路器設備之間就可實現閉鎖;它在干燥的環境運行比較可靠。電磁閉鎖裝置的缺點是回路中串聯了若干輔助觸點,當其中某一個輔助切換開關切換不到位或觸點接觸不良,就會引起整個回路故障,使正常操作無法完成,使用中還經常受到因電磁鎖受潮銹蝕而導致閉鎖失靈故障的困擾,故維護成本較高。三、電氣閉鎖裝置電氣閉鎖裝置是一種安裝在電動操作設備上,通過斷路器、隔離開關、接地閘刀的輔助觸點,柜門的行程觸點,帶電顯示器的觸點,接通或斷開電氣操作電源而以到“五防”閉鎖目的一種閉鎖裝置。普遍應用于電動操作隔離開關和接地閘刀等設備。接入回路中的輔助接點應滿足可靠通斷的要求,輔助開關應滿足響應一次設備狀態轉換的要求,電氣接線應滿足防止電氣誤操作的要求。下圖5為CJ5型電動操作隔離開關的控制回路圖。圖中,QF 表示斷路器輔助觸點,QSE 表示接地閘刀聯鎖觸點,SB表示緊急停止按鈕,KR表示熱繼電器,SBC表示合閘按鈕,YC表示合閘控制器線圈,SBT表示分閘按鈕,YT表示分閘控制器線圈,S1、S2表示合、分行程開關觸點,M表示電動機。四、微機防誤裝置電氣閉鎖、電磁閉鎖和機械閉鎖頻發的失靈,往往被迫使倒閘操作中止,有時不得不請示生產副局長和總工程師等生產負責人強行用“鑰匙”解鎖操作或者將閉鎖裝置拆除。為了防誤閉鎖的困頓局面和生產的需要,一種利用主計算機、電腦鑰匙、電氣編碼鎖、機械編碼鎖等功能元件組成的微機防誤閉鎖系統得到應用和推廣(如下圖6所示)。微機防誤閉鎖系統是將斷路器、隔離開關、接地隔離開關(接地線)、開關柜門的輔助接點,通過微機編碼鎖具實現的閉鎖。將斷路器設備操作程序(規則)或閉鎖邏輯通過軟件系統輸入程序鎖具進行倒閘操作,在電動操作的隔離開關或接地隔離開關機構箱的操作電源回路中加入微機五防接點,防誤功能由微機五防系統獨立完成。微機防誤閉鎖裝置在防誤主機內建立防誤操作閉鎖邏輯數據庫,將現場大量二次電氣閉鎖回路變為計算機中的防誤操作閉鎖規則,防誤主機使用這些規則對每一次模擬預演操作進行邏輯判斷,正確后生成實際操作程序,并將操作內容輸送到電腦鑰匙中。運行人員手持電腦鑰匙到達設備現場,按提示打開對應的閉鎖鎖具,正確無誤地對設備進行操作。操作結束后,電腦鑰匙自動將倒閘操作信息回傳給防誤主機存儲,并即時修改主接線中一次設備狀態,使之與現場設備實際狀態一致。變電站微機防誤系統一般包含以下幾個組成部分1、防誤主機用于運行防誤操作系統的主控軟件,實現系統的核心控制功能;防誤主機可采用高性能工控機或商用機,可在其上進行防誤邏輯約束下的模擬操作預演;根據應用方案的不同,可配備藍牙無線模擬或無線網絡適配器,與掌上電腦及防誤鑰匙進行通訊,完成模擬預演項目的下載、現場操作信息的回傳等主要防誤工作。防誤主機負責存儲一次系統圖以及閉鎖邏輯關系,對模擬過程進行邏輯判斷,形成合乎邏輯要求的操作步驟,通過傳輸適配器將正確的操作步驟傳輸給電腦鑰匙進行操作。通過RS—232接口與變電站監控系統相連,實現信息共享,并與監控系統數據實時同步。2、傳輸適配器及防誤鑰匙傳輸適配器是防誤主機跟電腦鑰匙之間的樞紐,一面負責將防誤主機的正確步驟傳輸給電腦鑰匙,一面負責將電腦鑰匙的回傳信息返回給防誤主機,另外還負責給電腦鑰匙充電。防誤鑰匙的功能與作用是隨所選擇的應用方案而變化的,在基本配置方案中,防誤鑰匙是操作信息的載體,接收并保存防誤主機下傳的操作項目,記錄現場操作過程;同時又是現場倒閘操作的控制與執行者并在現場操作完成后向防誤主機回傳現場操作信息;在標準配置方案與增強配置方案中,防誤鑰匙僅起到通訊與執行的作用;不論是哪種應用方案,均是通過鑰匙與鎖具的插接互連對鎖具進行開、閉鎖操作并采集設備狀態及鎖定狀態,從而實現嚴密的防誤操作控制。3、防誤鎖具整個防誤操作系統的終端執行機構,固定安裝在變電站一次設備上,用于完成對一次設備的鎖定及設備狀態的采集;既能自動檢測一次設備、地線樁和網門的分合狀態,又能自動檢測防誤鎖具自身的鎖定狀態;確保了一次設備的可靠鎖定及設備狀態的可靠檢測。精心選擇的鎖具材料、精益求精的制造工藝、高可靠的測控設計,加之的防雨防塵措施,使防誤鎖具經久耐損。 江西低壓成套設備控制柜 動力配電柜 星三角啟動柜 LW3-12六氟化硫斷路器 固定式成套低壓開關柜 GGD型交流低壓配電柜廠家 GZD(W)系列(微機控制)直流電源柜 GN24-12D帶就帶刀的隔離開關 YF4-12 戶外落地式計量柜 XRNP-35 XRNP1-40.5高壓熔斷器系列 GW4-35戶外隔離開關 GW4-40.5 BZT8 -12高壓雙電源 PRW型戶外高壓交流噴射式熔斷器
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