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電流互感器按安裝地點(diǎn)分,可分為戶內(nèi)式、戶外式、套管式。按安裝方法分,可分為穿墻式、支持式。按絕緣方式分,可分為干式、澆注式、油浸式、充氣式。按一次繞組匝數(shù)分,可分為單匝式、多匝式。單匝式又可分為芯柱型、母線型、套管型。多匝式又可分為線圈型、線環(huán)型、“8”字形、“U”字形、“O”字形、串級型。
此外,還可以按繞組的絕緣類型和鐵芯的構(gòu)造來分類。
電流互感器的類型有很多,以下以單匝式和多匝式電流互感器以及它們的二次繞組為例,分別闡述它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
1.單匝式電流互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)芯柱型電流互感器。芯柱型電流互感器的結(jié)構(gòu)是一次繞組為裝在穿墻瓷套管內(nèi)的銅桿或銅管,穿墻瓷套管作為一次繞組和二次繞組之間、一次繞組對地的主絕緣,鐵芯是用硅鋼片彎成螺旋式制成環(huán)形,這樣可以加快制造過程和減少鐵芯損耗。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是體積小、造價(jià)低廉。在10kV及以下的配電裝置中被廣泛采用。
(2)母線型電流互感器。在額定電壓10--20kV、額定電流2000A及以上時(shí),母線型電流互感器的中間是空的,一次繞組用穿過電流互感器瓷套管的載流母線來代替。
(3)套管型電流互感器。套管型電流互感器的鐵芯用硅鋼片制成環(huán)形,廣泛使用在35kV及以上的變壓器和多油斷路器的絕緣套管上,利用其中的載流導(dǎo)體作為一次繞組,二次繞組繞在環(huán)型鐵芯上。
2.多匝式電流互感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)線圈型電流互感器。線圈型電流互感器的結(jié)構(gòu)是制成支柱式、干式絕緣,從500V到10kV的電流互感器采用環(huán)氧樹脂澆注式絕緣,以代替過去的瓷絕緣,廣泛應(yīng)用于戶內(nèi)。
(2)線環(huán)型電流互感器。線環(huán)型電流互感器的結(jié)構(gòu)是將一次繞組裝在兩個(gè)瓷套管內(nèi),瓷套管上裝有帶二次繞組的鐵芯,鐵芯是用“L”形的硅鋼片疊成。
(3)“8”字形電流互感器。“8”字形電流互感器的結(jié)構(gòu)是一次繞組與帶有二次繞組的鐵芯,好像兩個(gè)互相套著的環(huán),形成一個(gè)“8”字形,鐵芯是由卷成螺旋形的矽鋼片制成。鐵芯及繞組裝在盛有變壓器油的支柱式瓷絕緣外殼內(nèi),在瓷絕緣外殼的頂部裝有可伸縮長度的膨脹器。額定電壓為35~110kV的有2~3個(gè)鐵芯,電壓為220kV的有4個(gè)鐵芯。根據(jù)需要電壓越高,鐵芯的個(gè)數(shù)越多。
(4)“U”字形電流互感器?!癠”字形電流互感器的結(jié)構(gòu)是一次繞組做成“U”字形(現(xiàn)已改進(jìn)為“U”、“O”形等),采用電容結(jié)構(gòu),主絕緣全部包在一次繞組上,可使用環(huán)形鐵芯和C形鐵芯。為了提高主絕緣強(qiáng)度,在絕緣中放置一定數(shù)量的同心圓筒形電容屏,最外層電容屏接地,各電容屏間形成一個(gè)串聯(lián)的電容器組,所以叫做電容型絕緣。由于其電場分布比較接近于均勻,絕緣包制實(shí)行機(jī)械化,在110kV及以上高壓電流互感器中得到廣泛的應(yīng)用。
(5)串級型電流互感器。額定電壓在220kV及以上時(shí),電流互感器采用串級式結(jié)構(gòu),可以節(jié)省大量的絕緣材料。串級式電流互感器由多個(gè)電流互感器相互疊置而成。但由于經(jīng)數(shù)次變流,誤差較大。為了保持一定的準(zhǔn)確度,必須增加導(dǎo)線和鐵芯截面,在一般情況下,串級式電流互感器不宜超過兩個(gè)繞組。
3.電流互感器二次繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)由于同一電路中,往往需要數(shù)量很多的電流互感器供給測量儀表、繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置等使用,為了節(jié)省材料和空間,高壓電流互感器常用多個(gè)沒有磁聯(lián)系的獨(dú)立鐵芯和二次繞組,與共同的一次繞組構(gòu)成單電流比、多二次繞組的由流互感器,這樣,一臺電流互感器可當(dāng)多臺使用。
(2)對于110kV及以上的電流互感器,為了適應(yīng)線路電流的變化和減少產(chǎn)品規(guī)格,常把一次繞組分成幾組,通過切換來改變一次繞組的串、并聯(lián),二次繞組中間引出抽頭,以獲得2種或3種電流變比。
(3)為了適應(yīng)線路負(fù)荷電流的變化,有些電流互感器在二次繞組中引出多個(gè)抽頭,用改變二次繞組匝數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)不同的電流變比,以滿足各種負(fù)荷對電流變比的不同要求。
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1.電流互感器的工作特點(diǎn)
(1)運(yùn)行中的電流互感器一次繞組的電流取決于被測量電路中流過的電流,與二次側(cè)的負(fù)荷無關(guān)。這一特點(diǎn)是與變壓器和電壓互感器的情況正好相反。
(2)由于串接在電流互感器二次繞組中的測量儀表、繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置等的線圈阻抗很小,電流互感器在接近于短路的工作狀態(tài)下運(yùn)行。這一特點(diǎn)也是與變壓器和電壓互感器的情況正好相反的。
2.電流互感器的工作原理
電流互感器的工作原理與變壓器和電壓互感器相似,是專門用作變換電流的特種變壓器。它是由閉合的鐵芯和繞組組成,一次繞組的匝數(shù)比較少,串聯(lián)在被測量電流的線路中,線路的電流就是電流互感器的一次電流。二次繞組的匝數(shù)比較多,外部串接有測量儀表、繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置等負(fù)荷。電流互感器在工作時(shí),其二次回路始終是閉合的,但因其各種負(fù)荷的串聯(lián)線圈阻抗很小,電流互感器在工作狀態(tài)下接近于短路,而且其一次電流與二次回路的阻抗無關(guān)。當(dāng)一次繞組中通過一次電流I1時(shí),在鐵芯中產(chǎn)生的磁勢為I1N1,這個(gè)磁勢絕大部分被二次電流I2所產(chǎn)生的磁勢I2N2所平衡,即電流互感器一、二次側(cè)的電流,與其各側(cè)的匝數(shù)成反比,一次側(cè)電流與二次側(cè)電流的比值I1/I2或二次側(cè)匝數(shù)與一次側(cè)匝數(shù)的比值N2/N1,稱為電流互感器的變流比,用符號K1表示。在理想情況下,一次側(cè)電流的向量與二次側(cè)電流的相量相差180°,沒有變比誤差和角誤差。但在實(shí)際工程中,電流互感器的鐵芯同樣會(huì)產(chǎn)生能量損耗和漏磁,使電流互感器產(chǎn)生一定的誤差,即變比誤差和角誤差。
電流互感器的一、二次繞組之間有足夠的絕緣強(qiáng)度,從而保證了所有的低壓二次設(shè)備與高電壓隔離開來。電力線路的電流各不相同,通過電流互感器的一、二次繞組不同匝數(shù)比的配置,可將大小懸殊的線路電流變成大小相當(dāng)、便于測量的電流值。因?yàn)橐淮卫@組的額定電流I1已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,二次繞組的額定電流I2統(tǒng)一規(guī)定為5A和1A,所以,電流互感器的變比也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。
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