简单介绍电压互感器的误差补偿方式及算式

时间:2021-11-24 13:36:47 浏览:23

1、概述

电压互感器在电磁原理上相当于空载运行的变压器。电压互感器的额外变比为:

kr=Upr/Usr

式中Upr—额外一次电压,V

Usr—额外二次电压,V

这是电压互感器的抱负状况,但实践电压互感器有电流通过,它们在一、二次绕组中产生阻抗压降,使得一、二次电压之比偏离变比,一起一、二次电压在相位上也有差异,这些差异便是电压互感器的差错,其中数值上的差异称作电压差错或比值差,相位上的差异称作相位差。

国家规范对电压互感器的差错有限值规定,如果电压互感器差错超越规定的限值,便需要调整它们到限值以内,即进行差错补偿。

电压互感器的相位差通常较小,无需处理,而电压差错较大,往往超越限值。本文仅涉及差错的补偿话题。

依照GB20840.3-2012中定义电压互感器的电压差错即比值差

ε定义为:

ε=kr·Us-Up/Up×100%

式中Up—实践一次电压V

Us—施加Up时的实践二次电压V

多数情况下,电压互感器的电压差错为负值,即实践二次电压低于相应的一次电压除以变比,设法增大二次电压便可使差错向正方向改变。常用方法是调整匝数,常称匝数补偿。在既定的电压下,削减一次匝数将提高每匝电势,或者增加二次匝数,皆可增大二次电压,缩小电压差错负值。

电压互感器并联在高压电网上,一次电压为体系额外电压,一次绕组匝数一般规划在几万匝,关于0.2级电压互感器,一次绕组补偿匝数能够到达几百匝,所以一次补偿称为整数匝补偿。由于电压互感器二次电压很低(如57.7V100V),二次绕组只要几十匝,即便调整一匝所引起的电压改变百分数就可能超越差错限值,所以,二次不能选用整数匝补偿,需通过辅佐电压互感器将单匝电势进行细分,得到若干分之几匝的电势,相当于选用了分数匝,也可称为分数匝补偿。

下面本文就电压互感器差错补偿方法及差错调理用辅佐电压互感器的规划以及接线进行论说。

2、电压互感器差错补偿的几种方法

电压差错补偿的方法有很多,常常运用的有以下几种。

2.1整数匝补偿

如前所述,这是调整一次绕组匝数的方法,通常是削减一次匝数,获得正值的差错补偿,又称减匝补偿,其补偿原理如下。

若减匝前的每匝电势为:

ezr=Upr/Npr

那么,减匝后的每匝电势将是:

ez=Upr/Np

式中Upr——额外一次电压,V

Npr——额外一次匝数

Np——减匝后的实践一次匝数

明显,每匝电势增加的百分数便是二次电压增加的百分数,则电压差错补偿值为:

εb=εz-εzr/εzr=Npr-Np/Np

εb=Nb/Np×100%

式中,Nb称为补偿匝数。由于Nb一般很小,而实践一次匝数与额外一次匝数的差别也很小,因此差错补偿值通常用下式核算:

εb=Nb/Npr×100%1

2.2辅佐电压互感器补偿

辅佐电压互感器补偿用于调整二次匝数,即相当于分数匝的补偿。依据辅佐电压互感器受电方法不同(即主电压互感器二次绕组为辅佐电压互感器供电的方法不同),可

以有以下几种补偿方法。

2.2.1电压互感器串联补偿方法

由主电压互感器低压侧只要一匝的辅佐绕组给辅佐电压互感器供电,接线原理图如图1所示,将这种补偿方法称作串联补偿。

1的两种计划中,辅佐电压互感器的二次绕组Nf2与主电压互感器二次绕组串联,这样就在主电压互感器的二次回路中叠加了一个电势,从而对差错起到补偿效果。改变图1a)中的Nf2/Nf1或者图1b)中的Nf1就能够调整补偿值,改变Nf2的极性则变补偿值的符号,起到正或负的补偿。

 

a)的计划,辅佐电压互感器绕制Nf2的导线截面应参照3.3节,依据突发短路电流进行选取;而图1b)中辅佐电压互感器的二次绕组Nf2只要1匝或几匝,只要将主电压互感器的二次引出线穿过辅佐电压互感器的铁心窗口即可,图1b)是常常选用的计划。

以图1b)为例,辅佐电压互感器的一次绕组匝数为Nf1,由主电压互感器低压侧只要一匝的附加绕组供电,其每匝电势为efz=ezr/Nf1,其中ezr=Usr/Nsr

辅佐电压互感器二次也只要一匝,它与主电压互感器的二次绕组串联,因此主电压互感器二次电压得到补偿电压ub

ub=ezr/Nf1V

因此差错补偿值为:

εb=ub/Usr=ub/ezr·Nsr

εb=1/Nsr·Nf1×100%2

式中Usr——主电压互感器额外二次电压,V

Nsr——主电压互感器额外二次匝数

Nf1——辅佐电压互感器一次绕组匝数

补偿匝数为主电压互感器二次绕组单匝的1/Nf1

2.2.2电压互感器并联补偿方法

由主电压互感器的整个二次绕组给辅佐电压互感器供电,辅佐电压互感器相似主电压互感器的负荷并联在主电压互感器的二次侧,接线方法如图2所示,将这种补偿方法称作并联补偿。

 

从图2可知,辅佐电压互感器的每匝电势为:efz=Usr/Nf1

辅佐电压互感器二次绕组Nf2中的电势便是对主电压互感器二次电压的补偿值,所以该补偿方法对电压差错的补偿值为:

εb=ef·zNf2/Usr

εb=Nf2/Nf1×100%3

式中,Nf1Nf2别离为辅佐电压互感器一、二次绕组的匝数。

实践补偿电压为主电压互感器二次电压的Nf2/Nf1,所以补偿匝数为主电压互感器二次绕组匝数的Nf2/Nf1,效果也是分数匝补偿。

2.2.3辅佐电压互感器并联补偿接线方法

关于无中心抽头的电压互感器二次绕组,辅佐电压互感器并联补偿的接线方法如图2所示。关于频率为60Hz的国家,其电压互感器的要求通常是二次绕组带抽头,关于同一绕组其二次电压有115V115/√3V(或66.4V)两个电压,关于这种电压互感器,当抽头和满匝精确级要求相一起,由于规划时绕组的匝数有必要为整数,满匝和抽头的匝数比满足不了√3的倍数联系,因此形成抽头和满匝的差错差异较大,该差异自身有时就已超越差错限值,这种情况下有必要首要运用辅佐电压互感器独自对抽头或满匝进行分数匝补偿,使抽头和满匝的差错值挨近,然后再从一次侧用整数匝补偿方法将抽头和满匝的差错一起调理到差错限值以内。这种差错调理的接线方法如图3所示。

 

3a)、(b)、(c)是将辅佐电压互感器接在主电压互感器的二次抽头端子X2-X3之间,图3d)、(e)和(f)是将辅佐电压互感器接在主电压互感器的满匝端子X1-X3之间图3c)、(e)的接线用于调接线可一起调整满匝和抽头的差错,当Nf21=Nf22时可用X3引线进行补偿而不用一起运用X1X2两根引线补偿(这两种情况不常用,一般情况下能够从一次侧用整数匝补偿来实现)。如果用N13N23别离代表主电压互感器二次绕组满匝和抽头的匝数,那么,依照2.2.2节的剖析,图3各接线方法下,差错补偿值可如下核算。

3a)、(d)接线方法别离是抽头供电补偿抽头及满匝供电补偿满匝,按式(3)核算。

3b)接线方法是抽头供电补偿满匝,核算方法为:

εb=Nf2/Nf1·N23/N13×100%4

3e)接线方法是满匝供电补偿抽头,核算方法为:

εb=Nf2/Nf1·N13/N23×100%5

3c)接线方法,满匝和抽头的差错补偿值可别离按式(4)和式(3)核算。

3f)接线方法,满匝和抽头的差错补偿值可别离按式(3)和式(5)核算。

 

3、并联补偿辅佐电压互感器的规划

并联补偿辅佐电压互感器(按图2)一般规划成将Nf1均匀绕在环形铁心上,这样漏抗很小,可近似地以为辅佐电压互感器回路为纯电阻电路,对主电压互感器的相位差的影响能够疏忽。辅佐电压互感器的电源电压便是主电压互感器的二次电压,应依据主电压互感器的二次电压和额外电压因数确认辅佐电压互感器的铁心截面积,依据差错补偿值的要求确认辅佐电压互感器的一次匝数,依据辅佐电压互感器一次绕组中可能呈现的电流选择辅佐电压互感器一次绕组导线,具体步骤如下。

3.1一次绕组匝数确认

依据0.2级的差错限值,可选定补偿电压互感器电压差错的补偿规模为±0.05%~0.1%),依据式(3)取Nf2=1,可开始确认辅佐电压互感器一次绕组匝数Nf11000~2000匝。

3.2铁心截面积确认

依据初选的Nf1、主电压互感器二次绕组额外电压Usr、额外电压因数k以及产品运行频率f依据式(6)确认铁心截面Sf

Sf=kUsr/4.44fBNf1×1046

式中k——额外电压因数

Usr——额外二次电压,V

f——额外频率,Hz

B——额外电压因数下铁心中磁密,T

Nf1——辅佐电压互感器最少一次匝数

铁心截面的选取除应考虑正常作业条件下铁心功能的线性度外,还应保证在额外电压因数倍的额外电压下铁心不饱和,一般使B≤1.6T

3.3一次绕组导线直径确认

依据被补偿主电压互感器二次绕组的电流,该电流也是辅佐电压互感器二次绕组中流过的电流,依照辅佐电压互感器一、二次安匝平衡联系可确认一次绕组中电流,即:

If1=If2·Nf2/Nf17

式中If1——辅佐电压互感器一次绕组中电流,A

Nf1——辅佐电压互感器一次绕组匝数

If2——辅佐电压互感器二次绕组中电流,即主电压互感器二次绕组中电流,A

Nf2——辅佐电压互感器二次绕组匝数,即实践补偿匝数

对辅佐电压互感器的导线,除应考虑正常状况和额外电压因数倍的温升外,还要考虑突发短路实验时的发热不超越限值。由于电压互感器的短路阻抗很小,短路电流可达额外电流的数百倍,故应首要依照短路电流来选取导线,然后再核算额外电流密度,当已知短路电流和最大允许短路电流密度时,导线直径可按下式确认。

d=√4IkNf2πNf1δk)(8

式中Ik—主电压互感器二次短路电流,A

δk—最大允许短路电流密度,A/mm2,依照规范,关于铜导线,δk可取160A/mm2

4、辅佐电压互感器运用中的留意事项

从上述辅佐电压互感器的规划中能够知道,辅佐电压互感器一次侧绕组中的电流由主电压互感器二次绕组电流和辅佐电压互感器二次匝数(即实践补偿匝数)与一次匝数之比决定,关于给定的产品和选定的辅佐电压互感器,依照式(7),增加补偿匝数将增大辅佐电压互感器一次电流,辅佐电压互感器一次绕组已选定的导线截面将约束补偿匝数增多。

关于电压互感器在正常作业条件下应满足的温升要求,一般参照各绕组导线核算额外电流密度,依据经历,铜导线在长期运行下的电流密度不宜超越2A/mm2

关于图3c)、(f)的接线方法,辅佐电压互感器一次绕组中的电流应是依照主电压互感器抽头和满匝两个电流别离折算到辅佐电压互感器一次绕组中电流的叠加,这种方法下应留意抽头和满匝补偿匝数之和受辅佐电压互感器一次绕组导线截面的约束。

5、实践测验与理论剖析成果比较

为了验证剖析,借助于实践产品的差错调理进程进行下列暂时测验,未考虑精确级差错限值的要求。产品及辅佐电压互感器的基本参数如表1所示。

 

5.1辅佐电压互感器接在抽头

选用图3c)接线(Nf21=Nf22=4),用X3端子引线穿过辅佐电压互感器窗口正补偿4匝,补偿前后差错成果如表2所示。

 

关于抽头而言,差错补偿值按式(3)核算,补偿值为0.33%,关于满匝而言,补偿值按式(4)核算,补偿值为0.19%,可见,核算成果与表2中差错改变量挨近。

5.2辅佐电压互感器接在满匝

选用图3f)接线(Nf21=Nf22=5),用X3端子引线穿过辅佐电压互感器窗口负补偿5匝,补偿前后差错成果如表3所示。

 

关于满匝而言,差错补偿值按式(3)核算,补偿值为-0.416%,关于抽头而言,补偿值按式(5)核算,补偿值为-0.72%,可见,核算成果与表3差错改变量符合。

在表2和表3的实测成果中,补偿前后相位差改变不大,表明本文中笔者引荐的辅佐电压互感器规划结构漏抗小,对相位差的影响能够疏忽不计,与剖析成果共同。

6、结论

测验成果表明,上面介绍的辅佐电压互感器规划能够直接应用到产品规划中,给出的差错补偿核算公式还可直接辅导产品生产中的差错调理。