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低壓雙繞組電流互感器的設(shè)計及應(yīng)用
楊廣亮、張國強/江蘇安科瑞電器制造有限公司
對饋線眾多的低壓配電線路，目前主要有以下方法來實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測：1.采用電流互感器接多功能電力監(jiān)控儀加485通訊表實現(xiàn)多路系統(tǒng)監(jiān)測；2采用電流互感器接變送器來實現(xiàn)；、使用上述兩種方案成本高、投資大。本文介紹一種低壓雙繞組電流互感器，它與ARTU-M32配合使用可以，實現(xiàn)對眾多終端配電線路進(jìn)行遙測的智能配電方案。該方案具有成本低、投資少、安裝接線簡便等優(yōu)點，有利于低壓智能配電的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 低壓雙繞組 電流互感器 工作原理 應(yīng)用
1 引言
低壓電流互感器具有體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、容量大、安裝方便等特點，且測量范圍比較大，二次輸出信號5A或1A，但對于遠(yuǎn)程傳輸和系統(tǒng)監(jiān)控采集就沒有辦法來實現(xiàn)信息傳遞，必須通過變送器或電力儀表。針對市場需求，我公司開發(fā)出AKH-0.66S系列雙繞組電流互感器,一次電流測量范圍5-6300A,二次有兩組輸出,一組輸出5A或1A,另一組輸出0-20mA,且一次電流可過載8-10倍,可直接用于系統(tǒng)采集和遠(yuǎn)傳,與ARTU-M32配套使用,可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),降低成本,提高系統(tǒng)可靠性.
2 產(chǎn)品設(shè)計
2.1結(jié)構(gòu)特點
本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎，外形美觀大方,透明翻蓋設(shè)計有防竊電裝置,接線方便。互感器外殼材料采用PC/ABS合金，該材料具有耐高溫、機械強度高、環(huán)保等特點；如圖1(b)、圖2(b)所示，主繞組（6）鐵芯采用有取向冷扎硅鋼片，如圖圖1(b)、圖2(b)所示，副繞組（5）鐵芯采用坡莫合金，該材料具有性能穩(wěn)定，機械強度高，導(dǎo)磁率極高等特點；漆包線采用高強度漆包線，該材料具有絕緣強度高，耐溫性強等特點。
雙繞組電流互感器是在傳統(tǒng)低壓母線式電流互感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)，兼容電纜和銅排安裝方式，根據(jù)一次電流的測量范圍，5A-1250A采用一體式設(shè)計方案，主要規(guī)格有S-30I、S-40I、S-50II；1250A-6300A采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要規(guī)格有S-60II、S-80II、S-100II、S-120II、S-200II為分體式，如圖1(a)、 圖2(a)所示。
1-端子1S1；2-端子2S1；3-端子1S2；4-端子1S2；5-副繞組；6-主繞組
3工作原理
雙繞組電流互感器的工作原理同電流互感器的工作原理，基本工作原理如圖1(b)、圖2(b) 、圖3所示，雙繞組電流互感器一次電流I1由主繞組（6）P1端流進(jìn)，至P2，主繞組（6）一次繞組匝數(shù)為N1，主繞組（6）二次電流I2由端子1S1（1）流出，經(jīng)過電流表至端子1S2（3），副繞組（5）二次繞組匝數(shù)為N2，副繞組（5）輸出端2S1（2）和2S2（4）輸出AC 0-20mA小電流信號，供給測控裝置采集。所以有：
I1×N1+ I2×N2= I0×N1 （1）
I2×N2+I3×N3 = I0′×N2 （2）
由（1）式可得：
I2×N2= I0×N1- I1×N1
由（2）式可得：
I2×N2= I0′×N2 - I3×N3，
所以可得：
I0×N1- I1×N1= I0′×N2 - I3×N3，
即
I0×N1+ I3×N3= I0×N1+ I0′×N2
上述式中I0為主繞組(6)的勵磁電流，I0′為副繞組(5)的勵磁電流。所以主繞組(6)的輸出誤差，可以通過增加鐵芯截面或提高鐵芯性能或通過誤差補償?shù)姆椒▉碚{(diào)節(jié)誤差，而副繞組(5)的誤差的補償是通過共同提高兩個繞組的性能來實現(xiàn)；雙繞組電流互感器的電動勢也類似于電流互感器原理，這里不作詳細(xì)介紹。
圖3
與常規(guī)測量用電流互感器相比，產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)見表1
產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo) 表1
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技術(shù)指標(biāo)
產(chǎn)品類型 |
一次電流 |
二次電流 |
容量 |
精度 |
過載 |
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常規(guī)電流互感器 |
5-6300A |
5A或1A |
一般 |
一般 |
3倍 |
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雙繞組電流互感器 |
5-6300A |
5A或1A
0-20mA |
大 |
高 |
8-10倍 |
雙繞組電流互感器由于它既可以輸出5A或1A，供給電流表測量,又可以輸出交流0-20mA小電流信號，可以應(yīng)用于遙測系統(tǒng)直接采集上傳，實現(xiàn)了電流信號的遠(yuǎn)程測量；由于雙繞組電流互感器過載能力比較強，所以它又可以應(yīng)用于各種電動機保護(hù)回路。
雙繞組電流互感器與ARTU-M32遙測單元配套使用，可以組成低成本的智能化低壓配電多回路監(jiān)控系統(tǒng)，是低壓智能配電系統(tǒng)的又一種高效且低成本的解決方案，有利于低壓智能配電進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
以監(jiān)控32條低壓饋線并組網(wǎng)為例，每條饋線均需測量三相電流。每條饋線的A相、C相電流采用AKH-0.66S雙繞組電流互感器采集，32條饋線用2臺ARTU-M32遙測單元測量并遠(yuǎn)程，B相電流默認(rèn)為A相與C相矢量和，見圖4(a)、圖4(b)。
圖4(a)
圖4(b)
方案１．采用AKH-0.66/S雙繞組電流互感器的硬件成本如下：64只AKH-0.66/S雙繞組電流互感器，約增加成本10560元，64只指針式電流表，約增加成本1600元，2臺ARTU-M32遙測單元，成本7200元,總成本19360元。其特點是本地有指針表顯示電流，遠(yuǎn)程輸出為數(shù)字信號，后臺采集無需再次A/D轉(zhuǎn)換，精度高。
方案2．采用BD-AI的硬件成本如下：64只AKH-0.66電流互感器，約增加成本2560元，64只BD-AI變送器約增加成本43520，總成本46080元。其特點是遠(yuǎn)程輸出為模擬信號，沒有本地顯示，后臺采集需再次A/D轉(zhuǎn)換，會應(yīng)入二次誤差。
方案3．采用PZ72-AI3/C的硬件成本如下：64只AKH-0.66電流互感器，約增加成本2560元，32只PZ72-AI3/C變送器約增加成本37120，總成本39680元。其特點同第一項（顯示方式改為數(shù)字式）。
綜上對比，雙繞組電流互感器與ARTU-M32配合使用，性價比最高，可以實現(xiàn)對低壓配電智能化低成本的多回路監(jiān)控，有利于低壓智能配電進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
5 結(jié)束語
雙繞組電流互感器已在上海、深圳、杭州、濟南、內(nèi)蒙古等地工礦企業(yè)工程配電監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會和經(jīng)濟效益。
參考文獻(xiàn)
[1]江蘇安科瑞電器制造有限公司.電量傳感器選型手冊雙繞組電流互感器使用說明書,200809版.
[2]任致遠(yuǎn)，周中.電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南,中國電力出版社，2007.
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