电流互感器二次开路产生的高压

时间:2021-07-29 15:10:53 浏览:24

只要是一名电力行业从业者,肯定听过下面这句话:

电压互感器二次侧不允许短路,电流互感器二次侧不允许开路。

不允许短路,因为电压互感器二次侧就相当于一个电压源,负载侧短路的话会产生过流,从而导致发热烧毁互感器。这个很容易理解。

不允许开路,它的原理是这样的:

电流互感器在正常运行时,它的一次磁势与二次磁势是相互平衡的。一旦二次侧开路,二次电流等于零,一次线圈的电动势保持不变,一次电流全部成为励磁电流,这将导致铁芯中磁通量Φ急剧上升,这个急剧上升磁通量可能导致铁芯磁饱或者可能在二次侧感应出较高的电压。

 

电流互感器二次侧开路,究竟电压会有多高呢?

首先我们来看电流互感器的原理。电流互感器相当于一台升压变压器,它的一次绕组很少,通常只有一匝或两匝,而二次绕组很多。我们知道,电流和匝数之比是一个反比的关系,即:I1/I2=N2/N1。举例来说,一台额定变比为1200/5的电流互感器,一侧绕组为1匝,那么二次绕组则有240匝。

同时,我们知道,一台普通的变压器一次侧和二次侧的电压比也与匝数比有关,正好是正比关系,也就是U1/U2=N1/N2。那么对于一台1200/5的电流互感器来说,它的匝数比N1/N2=1/240。如果我们这台电流互感器接在110kV电力系统中,是不是二次侧的电压会有110kV*240这么高呢?

实际并非如此,这也是电流互感器与普通的变压器不同的地方。因为电力系统的电压并非电流互感器一次侧的电压U1。如果电流互感器一次侧的电压为110kV的话,那么电流互感器的一次侧容量将达到110kV*240A这么大,这么大的容量放在变压器来看都是一个庞然大物了。所以,实际上电流互感器的一次侧电压U1是很小的。

电流互感器二次侧开路电压的正确打开姿势

电流互感器二次侧开路时的电压计算公式如下:

我们取一次额定安匝I1nN1n=1200AN2n=240Ac=25.5cm2Lc=75.4cmf=50Hz,铁芯是冷轧硅钢片,卷铁芯,K=4.13×10-2,于是二次开路峰值电压等于

 

注:公式来自《互感器设计原理》

EKL—二次开路电压(峰值),V

N2n—额定二次匝数;

Ac—铁芯有效截面积,cm2

f—电源频率,Hz

Lc—铁芯的平均磁路长,cm

I1n—额定一次电流,A

N1n—额定一次匝数;

K—系数,与铁芯材质和铁芯型式有关,对于冷轧硅钢板卷铁芯取4.13×10-2;叠片铁芯取2.59×10-2

从这个式子可以看出,当电流互感器二次侧电流为5A,二次开路时峰值的电压可以达到7130V。电压已经非常高了,足以对人体构成伤害。

不过这个是理论值,实际根据网友的总结,比这个峰值要小些,但开路电压也很高了。大概是这样一个情况:

二次侧5A的电流互感器,变比2000A以内,开路电压不超过500V;变比4000A以内,开路电压不超过1000V

二次侧1A的电流互感器,变比500以内,开路电压不超过2000V;变比500以上,几千至上万伏。

可参考的另一种开路电压计算方法

举例:500/5的电流互感器,N1/N2=I2/I1=1/100,副边电流是原边的百分之一。如果互感器是原边直接穿母线或者电缆的话,原边相当于1匝,副边有100匝。

当电流互感器的二次负载是10VA的测量仪表时,副边负载阻抗约10/5*5=0.4欧姆。根据电流源的定义,可以认为互感器本身是一个5A的理想电流源和一个阻值较大的内阻的并联,内阻起到了分流的作用。

 

(电流互感器等效的电流源)

我们测量时,希望的是无论测量仪表的阻抗怎么变,只要在互感器负载范围内,电流大小都是恒定的,就是说变化量在精度范围内。这就要求并联内阻的阻值要远大于负载阻抗。同样假设精度0.5%,则副边内阻需在0.4/0.5%=80欧姆以上。此时负载阻抗只要在0.4欧姆之内变化(二次输出小于10VA),电流可认为基本恒定不变(等于原边被测量电流的百分之一)。

为方便计算,我们假设实际产品精度更好,内阻是100欧姆。 此时,反映在副边上的电压U2等于测量仪表两端电压,即U2=5*0.4=2V。电流源的并联内阻上也是2V。损耗=2*2/100=0.04瓦。以上为正常运行情况。

如果二次侧开路,即仪表阻抗为无穷大,则内阻R0上电流为5A,其两端电压U2=5*100=500V,损耗=5*5*100=2500W