李長啟, 向少鋒

(湖北省化學(xué)工業(yè)研究設(shè)計(jì)院, 湖北 武漢 430073)

0 引 言

電流互感器是保證企業(yè)用電安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要工具。電流互感器除應(yīng)滿足測量儀表對準(zhǔn)確度的要求外,尚應(yīng)滿足一次側(cè)回路額定電流、額定電壓、最大負(fù)荷電流及短路時(shí)的動(dòng)、熱穩(wěn)定要求[1]。

本文主要結(jié)合化工企業(yè)工程設(shè)計(jì),分析低壓測量用電流互感器二次側(cè)額定電流的選擇,以及在選擇過程中所需注意的問題。

1 基本原理及相關(guān)規(guī)定

電流互感器是將數(shù)值較大的一次側(cè)電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換成1 A或5 A的二次側(cè)額定電流。正常工作時(shí)電流互感器二次側(cè)處于近似短路狀態(tài),輸出電壓很低,若二次側(cè)繞組開路,會(huì)在二次側(cè)產(chǎn)生數(shù)千伏的過電壓。這不僅給二次側(cè)絕緣造成危害,還會(huì)使互感器過激而燒損,甚至危及運(yùn)行人員的生命安全,故電流互感器二次側(cè)回路不得開路。同時(shí)為防止因一次側(cè)、二次側(cè)線圈之間的絕緣損壞出現(xiàn)高壓擊穿時(shí),將導(dǎo)致高壓竄入低壓,需將二次側(cè)線圈有一點(diǎn)接地,使二次側(cè)線圈保持地電位,從而確保了人身及設(shè)備的安全。

對于低壓系統(tǒng)電流互感器額定二次側(cè)電流的選擇,雖然電力行業(yè)規(guī)程[2]第9.2.2條規(guī)定了1 kV及以下系統(tǒng)電流互感器額定二次側(cè)電流宜采用1 A,但在國家規(guī)范[3]中卻沒有明確這點(diǎn)。另外規(guī)程[2]第3.3.1條規(guī)定“電流互感器額定二次側(cè)電流宜采用1 A,如有利于互感器制作或擴(kuò)建工程,以及某些情況下為降低電流互感器二次側(cè)開路電壓,額定二次側(cè)電流也可采用5 A”。綜合上述要求,電流互感器二次側(cè)額定電流應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際統(tǒng)一考慮。

額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值與額定二次側(cè)電流對應(yīng)關(guān)系如表1所示。根據(jù)規(guī)程[2]第3.3.2條規(guī)定,電流互感器額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值宜采用表1中的數(shù)據(jù),同時(shí)根據(jù)式(1)可推算出二次側(cè)回路允許負(fù)荷Zbp。

表1 額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值與額定二次側(cè)電流對應(yīng)關(guān)系

I2sNZbp=Ss

(1)

式中:IsN——電流互感器的二次側(cè)額定電流;

Zbp——電流互感器的二次側(cè)回路允許負(fù)荷;

Ss——電流互感器的二次側(cè)負(fù)荷。

2 二次側(cè)回路計(jì)算

二次側(cè)是采用5 A還是1 A,與電流互感器的額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值、導(dǎo)線截面、導(dǎo)線長度以及所接儀表均有關(guān)系,下面將以此展開分析。

測量用電流互感器二次側(cè)負(fù)荷可按下式計(jì)算:

Zb=∑KmcZm+KlcZl+Rc

(2)

Zl=ρL/A

(3)

式中:Kmc——儀表接線阻抗換算系數(shù),單相時(shí)為1;

Zm——儀表電流線圈的阻抗;

Klc——連接線阻抗換算系數(shù),單相時(shí)為2;

Zl——連接導(dǎo)線單程的阻抗,可忽略電抗,僅計(jì)及電阻;

Rc——接觸電阻,可取0.05～0.10 Ω;

ρ——線路導(dǎo)電率,銅取0.018 6 Ω·mm2/m;

L——線測量回路線路計(jì)算長度;

A——線測量回路線路截面積。

根據(jù)規(guī)范[3]第8.1.5條規(guī)定,對一般測量回路電纜芯線截面,當(dāng)二次側(cè)電流為5 A時(shí),不宜小于4 mm2,二次側(cè)電流為1 A時(shí),不宜小于2.5 mm2。將不同測量線路截面、不同線路長度的功率損耗計(jì)算,額定二次側(cè)1 A時(shí)測量線路的功耗如表2所示;額定二次側(cè)5 A時(shí)測量線路的功耗如表3所示。

表2 額定二次側(cè)1 A時(shí)測量線路的功耗

表3 額定二次側(cè)5 A時(shí)測量線路的功耗

目前電力工程中已采用智能測量儀表,其二次側(cè)負(fù)荷很小,影響互感器額定二次側(cè)負(fù)荷選擇的主要因素是連接電纜長度和截面大小[2]。測量用電流互感器的二次側(cè)負(fù)荷值不應(yīng)超出25%～100%額定負(fù)荷。很多用戶認(rèn)為互感器的額定負(fù)荷選得越大越好,這個(gè)觀點(diǎn)是不正確的,因若二次側(cè)負(fù)荷太大,會(huì)影響電流互感器的測量精度[4-5]。

由表2可以看出,額定二次側(cè)電流為1 A的電流互感器適合距離較遠(yuǎn)時(shí)采用,導(dǎo)線截面采用2.5 mm2已足夠。比如當(dāng)距離為200 m時(shí),接觸電阻容量按0.1 VA計(jì),電流表按0.7 VA計(jì),總二次側(cè)容量為3.776 VA,可以選擇容量為5 VA或者10 VA的電流互感器。

由表3可以看出,若距離較遠(yuǎn)且又想采用額定二次側(cè)電流為5 A的電流互感器,一方面要提高導(dǎo)線截面,另一方面也要提高二次側(cè)允許容量,非常不經(jīng)濟(jì)。如當(dāng)距離為200 m時(shí),必須采用6 mm2的導(dǎo)線,接觸電阻按2.5 VA計(jì),電流表按0.7 VA計(jì),總二次側(cè)容量為34.2 VA,需要選擇容量為40 VA或者50 VA的電流互感器。其經(jīng)濟(jì)性顯然不如額定二次側(cè)電流為1 A的電流互感器。

3 工程設(shè)計(jì)分析

化工企業(yè)電力變壓器后的低壓配電方案中,以下面三種典型回路進(jìn)行電流互感器的應(yīng)用分析(其他行業(yè)可參考)。

3.1 變壓器主斷路器回路

萬能式斷路器一般由斷路器廠家自帶電流互感器,本文不做討論。另一般在總進(jìn)線處設(shè)置電流互感器,用于電流表或功率表。根據(jù)變壓器容量、低壓母線規(guī)格、一次側(cè)額定電流,可以看出二次側(cè)額定電流是5 A或1 A時(shí)的價(jià)格對比,變壓器后母排電流互感器選型及價(jià)格對比如表4所示。

表4 變壓器后母排電流互感器選型及價(jià)格對比

由表5可以看出,當(dāng)電流互感器二次側(cè)額定電流為1 A時(shí),因其繞線圈數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于二次側(cè)額定電流為5 A的電流互感器,故二次側(cè)額定電流為1 A的電流互感器價(jià)格較5 A要高。變比越大,其之間的價(jià)格差別也越大。

因電流互感器與儀表的距離非常短,此處二次側(cè)額定電路可選5 A或1 A。從價(jià)格方面考慮,變比越大時(shí),5 A的價(jià)格優(yōu)勢就會(huì)越明顯。二次側(cè)額定電流若選擇5 A,其導(dǎo)線和距離可按4 mm2、10 m考慮,容量為2.325 VA,接觸電阻容量按2.5 VA計(jì),電流表按0.7 VA計(jì),總二次側(cè)容量為5.525 VA,則容量為5 VA的電流互感器不能滿足要求,可選擇容量為10 VA、15 VA的電流互感器。

3.2 電動(dòng)機(jī)回路

智能電動(dòng)機(jī)控制器用電流互感器一般由控制器廠家成套供貨,本文不做討論。根據(jù)規(guī)范[3]第3.2.1條規(guī)定,55 kW及以上的電動(dòng)機(jī)以及工藝要求監(jiān)視電流的其他電動(dòng)機(jī),應(yīng)測量交流電流。另根據(jù)石化規(guī)范[4]第9.3.9條規(guī)定,37 kW及以上電動(dòng)機(jī)或工藝需要監(jiān)視電流的電動(dòng)機(jī),機(jī)旁宜裝設(shè)電流表。這兩條結(jié)合起來看,化工工程設(shè)計(jì)一般會(huì)在37 kW及以上電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場操作柱上設(shè)置電流表。

因考慮變配電所需設(shè)置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域之外(若變配電所處于爆炸區(qū)則需正壓通風(fēng)),且部分車間或裝置占地較大,致使現(xiàn)場電動(dòng)機(jī)距離配電柜的距離較遠(yuǎn),一般可達(dá)100～200 m或更遠(yuǎn),此時(shí)電流互感器可選用二次側(cè)額定電流為1 A,控制電纜選用2.5 mm2。若選用二次側(cè)額定電流為5 A的電力互感器,會(huì)因距離增加引起線路負(fù)荷太大,大大增加電流互感器容量,且控制電纜截面也需增加至4 mm2或更大,從經(jīng)濟(jì)性和可操作性來看,顯然不合理。

3.3 饋線回路

低壓饋線回路電流表一般設(shè)置在柜體上,電流互感器與電流表之間的距離非常近。電流互感器二次側(cè)額定電流5 A和1 A均可選用。但應(yīng)注意若選用5 A時(shí),導(dǎo)線截面宜按4 mm2。

4 結(jié) 語

經(jīng)過上述分析,可以看出電流互感器二次側(cè)額定電流5 A和1 A各有其使用范圍及使用要求。對于距離較遠(yuǎn)時(shí),應(yīng)選用二次側(cè)額定電流為1 A的電力互感器。當(dāng)電流互感器與測量儀表距離較近(比如在同一箱柜)時(shí),可以從線圈制造引起價(jià)格不同的經(jīng)濟(jì)性考慮,選用5 A或1 A。若選用額定二次側(cè)電路為5 A的電路互感器,應(yīng)重點(diǎn)注意導(dǎo)線截面、控制距離長度并應(yīng)核算其實(shí)際二次側(cè)容量。