电流互感器铁心剩磁总结_电流互感器铁芯的选型

2020-02-28 其他工作总结下载本文

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电流互感器铁心剩磁总结电流互感器剩磁的定义

饱和磁通sat：电流互感器二次匝链磁通的最高值，对应于铁心材料的磁饱和（完全饱和状态）。

剩磁通r：铁心在切断励磁电流3min之后剩余的二次匝链磁通值，此励磁电流应大到足以产生饱和磁通sat。

剩磁系数KR：剩磁通与饱和磁通之比值，用百分数表示。

动态剩磁dr：互感器的一次绕组断电以后，铁心中的磁通将从断电这一时刻开始逐渐衰减，这个衰减过程中的磁通称为动态剩磁。

动态剩磁衰减规律为

drxetT2

式中：x——断电瞬间铁心中的磁通，Wb2.铁磁材料磁滞回线及剩磁

2.1磁滞回线及剩磁的形成过程

磁滞回线。（解释说明：铁磁材料的剩磁与电流互感器的剩磁通定义不一样。）

对于同一铁磁材料，选择不同的磁场强度反复磁化时，可得出不同的磁滞回线，将各条磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本磁化曲线，或平均磁化曲线。

从图2系列磁化曲线可以看出，对同一铁磁材料，取低的磁化强度（对应低磁密）反复磁化时，铁磁材料的剩磁也越小（可以认为做伏安特性铁心的剩磁大致对应于磁滞回线上的剩磁）。

软磁性材料的磁滞回线狭窄，近似与基本磁化曲线相重合，所以进行磁路计算时常用基本磁化曲线代替磁滞回线使计算得以简化。

对于互感器做伏安特性时，由于硅钢片铁心磁通远未饱和，铁心会产生剩磁也很小，而且实践证明硅钢片的剩磁不会明显影响保护级的伏安特性及额定电流下的误差，微晶铁心的剩磁也不影响测量级的误差。另根据硅钢片的矫顽力一般约为100/4π A/m,查硅钢片磁化曲线可得对应磁密为1590Gs, 也即矫顽力对应的剩磁为1590Gs（比较低），由于硅钢片铁心工作磁密远未饱和，所以做伏安特性的铁心剩磁也很小。

计量用CT多采用超微晶材料制造，由于矫顽力很小，只需要很小的工作电流（例如额定工作电流）就可以去除剩磁，可以不考虑剩磁的影响。

图1 基本磁化曲线

2.2 铁磁材料的磁滞回线

1）软磁性材料的磁滞回线狭长（见图2a),剩磁和矫顽力都较小，磁滞损耗小，磁导率高，适用于制作各种电机、电器的铁心。软磁材料包括纯铁、铸钢、电工钢及坡莫合金等。

2）硬磁（永磁）性材料，这种材料的磁滞回线面积大（（见图2b),磁化后不易退磁，适宜作永、磁体。硬磁性材料包括铬、钨、钴、镍等合金。

图2 磁滞回线

注：摘自《电路及磁路》

2.3 影响剩磁的因素

电流互感器剩磁的大小除受电流互感器铁心材料及结构影响外，还与以下四个因素有关。1）短路电流开断时间

系统发生短路故障后，保护装置和断路器相继动作，从而断开电流互感器的一次短路电流。剩磁取决于短路电流开断瞬间铁心中的磁通。如果短路电流在不同时间开断，磁通会沿不同的励磁曲线达到不同的剩磁点，剩磁大小不同。2）一次短路电流及其非周期分量

一次短路电流由周期分量和非周期分量两部分构成。非周期性分量对电流互感器i0特性的影响最为严重，它的大小取决于Im和α，即Imcos的值越大，φ随i0的变化越快，剩磁越大。

3）一次回路时间常数

一次回路时间常数τ决定了非周期分量衰减的快慢。τ越大，非周期分量衰减越慢，铁心磁通累积时间越长，容易引起饱和，从而导致较大的剩磁。4）二次负载的功率因数及阻抗值

断路器一般在短路电流过零点时断开，铁心中的剩磁与二次负载的功率因数及阻抗值有关。对于纯电感负载（功率因数cos0），短路电流开断后基本不存在剩磁；对于纯电阻负载（cos1），铁心中会存在较大剩磁(对于二次短接可以理解为纯二次绕组电阻负载）。一般地，实际运行的电流互感器的二次负载功率因数很高，如静态和数字继电器为电阻性负载，短路电

［5］流断开后，剩磁可能接近峰值。

以上四因素主要影响一次电流开断瞬间电流互感器铁心中的磁通。CT剩磁统计

系统发生短路故障后，往往会导致电流互感器存在较大的剩磁，电流互感器剩磁大小取决于一次电流开断瞬间铁心中的磁通。在短路故障时，磁通由稳态周期性短路电流、暂态非周期分量及二次回路阻抗决定，当一次电流在互感器处于饱和时断路器跳闸产生的剩磁可能最大。

运行中的电流互感器普遍存在剩磁，剩磁对电流互感器的危害较大，且剩磁一旦产生，不会自动消失，在正常运行条件下将长期存在。剩磁的存在使电流互感器在励磁曲线上的起始工作点发生了变化，加重了铁心的饱和程度及饱和时间，是产生不平衡电流和导致差动保护误动的重要原因，对系统保护装置动作的可靠性有很大影响。

表1是IEEE Std C37.110-1996《Guide for the application of current transforer used for protective relaying purpose》列举的对230kV 系统141组电流互感器的调查结果，表明运行中的电流互感器剩磁分布不均，不易确定典型值（离散性比较大），剩磁系数最高可达80%。

注1：剩磁系数大剩磁也大。

4.降低剩磁的方法

1）对于测量用互感器，采用磁导率高、剩磁系数小的优质铁心材料，如：非晶合金、坡莫合金等，非晶合金铁心剩磁系数一般小于50%，坡莫合金铁心剩磁系数更低。2）采用PR、TPY、TPZ级互感器，其铁心开小气隙，剩磁系数小于10% 3）对于不适于采用PR、TPY、TPZ级互感器的场合，在选用互感器时应考虑剩磁带来的影响，适当提高准确限值系数或额定电流比，在每次系统大扰动后选择时机对互感器进行退磁。

5.退磁方法

a)闭路退磁法退磁：

在二次绕组上接一个相当于额定负荷10-20倍的电阻（考虑足够的容量）,然后通过检定装置一次回路对一次绕组通以工频电流，由0增至1.2倍的额定电流，然后均匀缓慢地降至0。b)开路退磁法退磁

对于具有两个或两个以上的二次绕组的电流互感器进行退磁时，其中一个二次绕组接退磁电阻，其余的二次绕组应短路。参考文献

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