淺談電流互感器在低壓配電中的失真問(wèn)題

一、引言

　　 我們天津化工廠(chǎng)屬氯堿化工企業(yè)，我所在的制堿分廠(chǎng)主要將電解工序NaOH溶液，NaOH濃度為32%液堿及電解液經(jīng)過(guò)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(xiāo)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(guò)片堿機制成濃度為99.5%的片堿，進(jìn)行片堿銷(xiāo)售。在我分廠(chǎng)中的各類(lèi)堿泵為低壓配電中的主要負荷，對于帶動(dòng)堿泵的電機的電流監測在各生產(chǎn)工序中是普遍的和必須的。低壓三相異步電動(dòng)機在運行中的電流監測是對泵運行狀況以及工藝運行狀況監控的一個(gè)有效手段，電機電流被作為一項工藝控制指標用來(lái)對設備及工藝進(jìn)行監控，因此對于電流指示的誤差要求越小越好。校正器| 轉換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 記錄儀| 有紙記錄儀| 無(wú)紙記錄儀|

　　二、存在的問(wèn)題：

　　在老雙效蒸發(fā)改造為三效蒸發(fā)期間，新的機泵配電安裝后，調試時(shí)我們遇到了這樣的問(wèn)題，就是電流表指示值遠遠低于實(shí)際值，現挑選不同功率電機列表詳述它們的失真情況，具體詳見(jiàn)表1：

　　由上表看出，上面幾臺電機電流指示全部失真，互感器與電流表連接導線(xiàn)長(cháng)度都大于50米，導線(xiàn)越長(cháng)，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(pán)面50%的范圍內變動(dòng)，操作工難以發(fā)現電機電流的升降波動(dòng)，當負荷電流很小時(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機泵的控制及直觀(guān)監控，不能及時(shí)發(fā)現電流的波動(dòng)，給操作工的操作帶來(lái)了很大的不便。

　　 三、問(wèn)題的原因分析：

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

　　 1、首先從設計上對于電流互感器變比的選擇來(lái)看，設計要求電流互感器額定一次電流的確定，應保證其在正常運行中實(shí)際負荷電流達到額定值的60%左右，至少應不小于30%。當實(shí)際負荷電流小于30%時(shí)，應采用二次繞組具有抽頭的多變比電流互感器，或0.5S、0.2S級電流互感器、或具有較高額定短時(shí)熱電流和動(dòng)穩定電流的電流互感器。由上表看出實(shí)際負荷電流值都在額定值的60%左右，實(shí)際生產(chǎn)運行中電流值大部分時(shí)間在此范圍內，此例中37KW、30KW、22KW電機的電流互感器變比，符合設計要求；18.5KW電機的變比為75/5，選型上略大。

　　 2、從二次負荷來(lái)看，當二次回路端子間連接導線(xiàn)和指示儀表的總阻抗小于或大于互感器的銘牌上標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，它是二次回路在規定功率因數和額定二次電流下所汲取的，本例中為10VA�，F在回路中實(shí)際阻抗有二次導線(xiàn)阻抗、連接導線(xiàn)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線(xiàn)的線(xiàn)阻,VA

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

　　而R_l =(ρ*L/S)*I² ①

　　ρ---導線(xiàn)電阻率，55℃時(shí)銅線(xiàn)電阻率為0.0202Ω.mm²/m

　　L---導線(xiàn)長(cháng)度,m

　　S---導線(xiàn)截面積，mm²

　　I---互感器額定二次電流，本廠(chǎng)互感器為5A

　　由公式可看出，導線(xiàn)的線(xiàn)阻與長(cháng)度成正比，截面積成反比，導線(xiàn)越長(cháng)，線(xiàn)阻越大，而R_c是固定的，則R與電流表的連接導線(xiàn)的長(cháng)度成正比，導線(xiàn)越長(cháng)，誤差越大。本例中，互感器與電流表連接導線(xiàn)為截面積1.5mm²的多芯控制電纜，并將表1中的長(cháng)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

　　 從以上計算得出4臺電機的總阻抗都遠遠大于互感器的額定二次負荷，P08a、P05a的總的回路阻抗遠大于P01d、P02c，電機電流的失真也大。

　　 3、其次從互感器結構上看，選用的電流互感器為0.5級LMZ系列電流互感器，0.5級在額定電流的100%時(shí)，誤差不超過(guò)±5%，本型互感器5～600A的鐵心為環(huán)型卷鐵心，二次線(xiàn)圈沿鐵心環(huán)狀均勻分布，為樹(shù)脂澆注作絕緣。中間窗孔供一次母線(xiàn)通過(guò)之用。本型互感器其優(yōu)點(diǎn)是可在110%的額定電流下長(cháng)期運行。但其缺點(diǎn)在于：A、由于母線(xiàn)穿孔，當一次母線(xiàn)在穿孔中位置發(fā)生變化時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生誤差。B、因為是母線(xiàn)穿心式，一次一般取一匝，當額定電流低的時(shí)候，安匝數也就低，誤差就增大。C、而對于0.5級的電流互感器，其精確度較低，鐵心質(zhì)量也相對較差。

　　4、互感器的準確度是和負荷電流相聯(lián)系的，負載電流在額定電流的120%以?xún)�，負載越大，電流互感器誤差越��；當負載電流在額定電流的120%～165%之間時(shí)，隨著(zhù)負載電流增大，電流互感器誤差增大，但在允許范圍內逐漸趨于平衡。這是因為在設計電流互感器時(shí)，決定電流互感器過(guò)載能力的飽和倍數一般最小為額定電流2～3倍，互感器在額定頻率下，其比差及相角差應符合下表：

　　也就是說(shuō)電流互感器在100%負荷時(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(wèn)題的解決方案：

　　 對于電源頻率為非正弦波的改造涉及面廣，影響因素很多，屬系統工程，可行性不大；而負荷電流的大小是由工藝設備條件所決定，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)。根據公式①，總阻抗與導線(xiàn)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(lái)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(lái)采用的多芯控制電纜，線(xiàn)纜芯數有富裕，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(xiàn)圈，一次線(xiàn)圈只布置在一個(gè)柱的二次線(xiàn)圈之外，并有磁分路作為補償誤差之用。這種互感器是采用內外雙線(xiàn)圈對誤差進(jìn)行補償的，一次用多匝，安匝數相對來(lái)說(shuō)可以做得高一點(diǎn)，再就是一次線(xiàn)是固定在絕緣體內的，不會(huì )發(fā)生位置變化，所以誤差相對LMZ系列互感器來(lái)說(shuō)小很多。

　　 五、結論：

　　在根據實(shí)際情況沒(méi)有更換電纜，僅更換了電流互感器，用盡量少的費用進(jìn)行了改造，改造后的電流指示值見(jiàn)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，并且改造費用不多，是經(jīng)濟可行的。