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1、第20卷第2期(总第48期)中国铁道科学1999年6月文章编号:1001-4632(1999)02-0109-05电流互感器次边开路电压分析王学义马隽(铁道部科学研究院)摘要:理论上电流互感器次边开路电压很高。但是实测数值小型低压电流互感器次边开路电压有时并不高。文中运用非线性电路和磁路原理,作出分析探讨,并得到结论。次边开路电压的高低,取决于铁芯是否饱和以及饱和程度的深浅。次边开路电压有时不高只是次边开路电压很高的例外。关键词:电流互感器开路电压铁芯饱和中图分类号:U224.2+4文献标识码:A1前言小型低压电流
2、互感器次边开路电压的实测数值有时并不高,容易令人误解。关于电流互感器次边开路的电磁变化过程,有必要作进一步的分析与探讨。这里只考虑稳态,不考虑暂态。变压器和电压互感器外施交流电压源,故电压是主导物理量,其它变量(如磁通、电压等)都是导出物理量。电流互感器外施交流电流源,故电流是主导物理量,其它变量(如磁通、电压等)都是导出物理量。在演绎推理过程中,需要借助磁化曲线(韦安特性)。为简化计,假设铁心材料的磁滞损失为零,即磁滞回环的面积为零,亦即无论电压控制(如变压器)还是电流控制(如电流互感器)时,磁化曲线B=f(H)
3、均为单值函数。这样,可用基本磁化曲线代表铁磁物质的磁性能,从而近似替代磁滞回环。这种作法历来在电气工程中常用。2理论分析减极性电流互感器如图1所示,图中采用合理定向法,讨论次边开路状态,即负载阻抗Zl=∞,次边电流i2=0。次边绕组感应电势e2只决定于铁心磁通的变化率,即de2=w2(1)dt收稿日期:1999-01-10王学义工程师铁道部科学研究院东郊分院北京100015110中国铁道科学第20卷式中,w2——次边绕组匝数。铁心磁通则取决于原边绕组磁势和铁心磁阻或磁导,即w1i1==w1i1(2)R式中W
4、1——原边绕组匝数;i1——原边绕组电流(电网电流);R——铁心磁阻;——铁心磁导。在数值上,铁心磁导S=(3)图1电流互感器的原理图L式中,——铁心磁导率;S——磁路截面;L——磁路长度。将式(3)代入式(2)得:w1S=i1(4)L将式(4)代入式(1)得:w1w2Sdudi1e2=(+i1)(5)Ldi1dt当(i1)=const时,由式(5)得:图2尖顶波感应电势波形di1e2=M(6)dt式中,M——原边和次边绕组间的线性恒定互感,其值为:SM=w1w2=w1w2(7)L综上所述,当i1为正弦波,
5、且铁心未饱和,即(i1)=const时,由式(4)和式(6)可见,和e2亦为正弦波。否则,即铁心饱和,亦即(i1)≠const时,由式(4)和(5)可见,和e2为非正弦波,这时,(t)为奇次谐波函数,即=1+3+5+⋯,从而出现尖峰电势,如图2所示。因此,只适于基波的感应电势公式不成立,而要采用谐波分析法。由于铁心磁导率的变化规律复杂,其数学表达式不明确,所以磁路的求解,即铁心磁感应强度最大值Bm的确定,通常经过磁化曲线,采用图解分析法。磁化曲线有如下3种情形:1.直流渐增磁场作用下,有原始磁化曲线B
6、=f(H)。2.交变磁场作用下,有基本磁化曲线Bm=f(Hm)。它与原始磁化曲线接近,如图3所示。3.正弦交流电流激励下,有基本磁化曲线Bm=f(2H)铁心未饱和时,磁感应强度B(t)=(t)/S为正弦波;铁心饱和时,B(t)为非正弦波。电流互感器次边开路时,电流i1仍为电网电流,且为正弦波。文献[1]中反应的情况,只局限于线性铁心,即铁心未饱和。因此铁心磁通和次边感应电势e2均为正弦波,即无3、5、⋯⋯第2期电流互感器次边开路电压分析1112次高次谐波。这样,电势瞬时值e不会形成尖顶波。此时,未饱和区域的基本
7、磁化曲线近似为通过原点的直线。正弦稳态下,基波感应电势有效值E2=2!fw2BmS式中,f——电频率,其值取为标准值50Hz。次边感应电势瞬时值e2的波形如图4所示。由图2和图4显见,正弦波感应电势峰值比非正弦波降低许多,即B8、其值等于额定电流,铁心未饱和,试求互感器次边开路电压。由全电流定律,得磁场强度w1i112×50-1-1H===18.18Acm=1818AmL33-1∴Hm=2H=2×1818=2571Am查基本磁化曲线,得Bm=1.49T铁心未饱和时,基波电压和电势U2=E2=2!w2BmS-4=2!×50×120×1.49×1.8×10=7.15V2例2.LMK
