零磁通電流互感器_大型電力變壓器短路試驗的理想選擇
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- 發布時間：2013/11/18 11:18:28
- 作者：AnyWay中國
一電力變壓器短路試驗
電流互感器的應用非常廣泛，不同場合對其要求的重點也不相同。本文探討一種適用于電力變壓器短路試驗測試的零磁通電流互感器。
電力變壓器的短路阻抗在變壓器短路時起到限制短路電流的作用，為了避免電力變壓器短路時給電網造成過大的沖擊，電力變壓器的短路阻抗比普通變壓器的短路阻抗要大。電力變壓器的短路阻抗必須滿足相關標準的要求。例如：“GB/T6451-2008油浸式電力變壓器的技術參數”規定，31,500kVA的三相三繞組有載調壓電力變壓器的短路阻抗不得低于23%。
圖1為電力變壓器的T型等效電路、近似等效電路及簡化等效電路。
圖1 電力變壓器等效電路
短路阻抗由短路電阻和短路電抗構成，短路電阻越大，銅損越大，因此，必須限制短路電阻，這樣就只能提高短路電抗。也就是說，相同短路阻抗時，電路電阻越小，就要求短路電抗越大，結果就導致電力變壓器短路運行功率因數非常低。大型電力變壓器的短路功率因數通常在0.01～0.05之間。
電力變壓器短路試驗的功率約等于變壓器的銅損，是計算變壓器銅損的重要參數，功率測量不準確，變壓器的銅損就不準確，變壓器的效率計算也就不準確。
因此，低功率因數下有功功率測量準確度是電力變壓器短路試驗的重要技術指標。
電力變壓器短路試驗通常采用功率表和電壓、電流互感器構成的測試系統測量變壓器的原邊輸入功率。
低功率因數下有功功率測量準確度主要取決于測試系統的
角差，而測試系統的角差取決于
功率表角差和電壓、電流
互感器角差。功率因數為0.01時，0.2級電流互感器的角差（10′）將導致功率測量誤差高達30%！（詳見“
不同功率因數下相位誤差對功率測量準確度的影響”）
因此，電力變壓器短路試驗除了采用低角差功率表之外，還應采用低角差電壓互感器和低角差電流互感器。
二零磁通電流互感器工作原理
電磁式互感器的誤差包括比差和角差，產生比差和角差的主要原因是一次繞組中的電流有一小部分用于鐵芯勵磁，這部分電流不會按照變比傳遞到二次繞組，造成二次繞組與一次繞組的安匝數不相等。用于鐵芯勵磁的電流成為勵磁電流，如果有一種辦法，可以讓電磁式電流互感器的勵磁電流等于零，那么，電流互感器將不存在理論誤差，作為工程應用，可以將電磁式電流互感器的比差和角差控制在非常小的范圍內。
本文提出的零磁通電流互感器就是一種這樣的低角差電流互感器。
如圖2所示，零磁通電流互感器具有四個繞組和兩個閉合鐵芯，四個繞組分別為一次繞組NP、二次補償繞組NC、二次測量繞組NS、檢測繞組ND。兩個鐵芯分別為Core1和Core2。
一次繞組NP和二次測量繞組NS同時繞在Core1和Core2上，補償繞組NC繞在Core1上，檢測繞組ND繞在Core2上。
檢測繞組ND連接高阻抗電壓表，繞組電流可以忽略。
補償繞組NC連接一個與被測一次電流頻率相同的可控交流電壓源（自動閉環控制或手動控制均可）。
圖2 零磁通電流互感器工作原理
互感器工作時，一次繞組NP在Core1和Core2中均產生磁通，補償繞組NC只在Core1中產生磁通。
檢測繞組ND只與Core2磁通鉸鏈，并且自身負載阻抗很大，電流可忽略不計，不產生磁通。
調節補償繞組NC的電壓源，二次測量繞組的電流會發生微小的變化，檢測繞組ND輸出電動勢也會發生變化。當檢測繞組ND的電壓表讀數為時，鐵芯Core2中磁通為零。
由于一次繞組NP和二次測量繞組NS均與鐵芯Core2鉸鏈，此時，對于鐵芯Core2而言，一次繞組NP和二次測量繞組NS的在Core2中產生的磁通相同，即一次繞組NP和二次測量繞組NS的安匝數相等：
NP×IP=NS×IS。
零磁通電流互感器的理論誤差等于零，不存在比差和角差。之所以稱為零磁通電流互感器，就是因為鐵芯Core2中的磁通為零，一次繞組NP和二次測量繞組NS的磁通在鐵芯Core2中達到了平衡，因此，也可以稱為磁平衡式電流互感器。
上述零磁通電流互感器，并非不需要勵磁，其勵磁電流由補償繞組NC產生，勵磁磁通建立在鐵芯Core1中。
零磁通電流互感器的補償電壓源可采用手動調節或自動調節，補償繞組的產生的勵磁磁場，必須與一次電流頻率相同，波形相同。手動調節零磁通電流互感器的電壓源通常由另一個互感器連接一次電流獲取。自動調節零磁通電流互感器原理與閉環霍爾電流傳感器非常相似，不同之處在于前者采用線圈檢測零磁通，而后者通過霍爾元件檢測零磁通，前者的鐵芯為閉合鐵芯，受外部磁場的影響小，后者的鐵芯為開口鐵芯，較容易受外部磁場的影響。
三零磁通電流互感器的角差溯源
就工作原理而言，零磁通電流互感器與閉環霍爾電流傳感器較類似，但是，閉環霍爾電流傳感器通常不提供角差指標，并且由于標準和規范的缺失，一般只能通過直接比對的方法進行角差溯源，角差溯源的不確定度較大。
電磁式電流互感器發展歷史較長，產品標準和檢定規程較完善，角差溯源裝置技術成熟，角差溯源標準裝置的不確定度較低，相比之下，零磁通電流互感器的可溯源性較強。
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