低壓雙繞組電流互感器的設計及應用

楊廣亮、張國強/江蘇安科瑞電器制造有限公司

摘    要：對饋線眾多的低壓配電線路，目前主要有以下方法來實現系統監測：1.采用電流互感器接多功能電力監控儀加485通訊表實現多路系統監測；2采用電流互感器接變送器來實現；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，實現對眾多終端配電線路進行遙測的智能配電方案。該方案具有成本低、投資少、安裝接線簡便等優點，有利于低壓智能配電的進一步推廣和應用。
關鍵詞：低壓雙繞組 電流互感器 工作原理 應用

1　 引言
　　低壓電流互感器具有體積小、質量輕、準確度高、容量大、安裝方便等特點，且測量范圍比較大，二次輸出信號或1A，但對于遠程傳輸和系統監控采集就沒有辦法來實現信息傳遞，通過變送器或電力儀表。針對市場需求，我公司開發出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,可直接用于系統采集和遠傳,與ARTU-M32配套使用,可簡化系統結構,降低成本,提高系統可靠性.

2　 產品設計
2.1  結構特點
　　本產品結構新穎，外形美觀大方,透明翻蓋設計有防竊電裝置,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，該材料具有性能穩定，機械強度高，導磁率*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低壓母線式電流互感器的基礎上進行研發，兼容電纜和銅排安裝方式，根據一次電流的測量范圍，-1250A采用一體式設計方案，主要規格有S-30I、S-40I、S-50II；1250A-6300A采用分體式結構設計，主要規格有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

2.2  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，至P2，主繞組（6）一次繞組匝數為N1，主繞組（6）二次電流I2由端子1S1（1）流出，經過電流表至端子1S2（3），副繞組（5）二次繞組匝數為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的方法來調節誤差，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；雙繞組電流互感器的電動勢也類似于電流互感器原理，這里不作詳細介紹。

3　 主要技術指標
　　與常規測量用電流互感器相比，產品主要技術指標見表1

產品技術指標                                                                                                                 表1

4　 應用
　　雙繞組電流互感器由于它既可以輸出或1A，供給電流表測量,又可以輸出交流0-20mA小電流信號，可以應用于遙測系統直接采集上傳，實現了電流信號的遠程測量；由于雙繞組電流互感器過載能力比較強，所以它又可以應用于各種電動機保護回路。
　　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控系統，是低壓智能配電系統的又一種且低成本的解決方案，有利于低壓智能配電進一步推廣和應用。
4.1  應用實例
　　以監控32條低壓饋線并組網為例，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遙測單元測量并遠程，B相電流默認為A相與C相矢量和，見圖4（a）、圖4（b）。

 圖4

4.2  方案性價對比
　　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，遠程輸出為數字信號，后臺采集無需再次A/D轉換，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。其特點是遠程輸出為模擬信號，沒有本地顯示，后臺采集需再次A/D轉換，會應入二次誤差。
　　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*項（顯示方式改為數字式）。
　　綜上對比，雙繞組電流互感器與ARTU-M32配合使用，，可以實現對低壓配電智能化低成本的多回路監控，有利于低壓智能配電進一步推廣和應用。                             

5　 結束語
　　雙繞組電流互感器已在上海、深圳、杭州、濟南、內蒙古等地工礦企業工程配電監控系統中得到應用，降低了投資成本，產生了較好的社會和經濟效益。

　　文章來源于：《電工技術》2009年12期。

參考文獻
[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,2008.09版.
[2] 任致遠，周中.電力電測數字儀表原理與應用指南,中國電力出版社，2007.