摘要:在化工企業(yè)中對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)測是對(duì)工藝運(yùn)行狀況及機(jī)泵運(yùn)行狀況監(jiān)控的有效手段,文中對(duì)于電機(jī)電流指示值失真的問題,進(jìn)行了原因分析,并提出了解決措施。
關(guān)鍵詞:電流互感器 變比 總阻抗 失真
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   一、引言
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技術(shù)頻道

淺談電流互感器在低壓配電中的失真問題

摘要:在化工企業(yè)中對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)測是對(duì)工藝運(yùn)行狀況及機(jī)泵運(yùn)行狀況監(jiān)控的有效手段,文中對(duì)于電機(jī)電流指示值失真的問題,進(jìn)行了原因分析,并提出了解決措施。
關(guān)鍵詞:電流互感器 變比 總阻抗 失真
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   一、引言
   我們天津化工廠屬氯堿化工企業(yè),我所在的制堿分廠主要將電解工序NaOH溶液,NaOH濃度為32%液堿及電解液經(jīng)過蒸發(fā)工序,包括三效順流蒸發(fā)及降膜雙效逆流蒸發(fā),制成濃度為42%、45%、50%的液堿,這些液堿一部分直接做為產(chǎn)品銷售,一部分45%--50%液堿被輸送固堿工序進(jìn)行大鍋熬制,再經(jīng)過片堿機(jī)制成濃度為99.5%的片堿,進(jìn)行片堿銷售。在我分廠中的各類堿泵為低壓配電中的主要負(fù)荷,對(duì)于帶動(dòng)堿泵的電機(jī)的電流監(jiān)測在各生產(chǎn)工序中是普遍的和必須的。低壓三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的電流監(jiān)測是對(duì)泵運(yùn)行狀況以及工藝運(yùn)行狀況監(jiān)控的一個(gè)有效手段,電機(jī)電流被作為一項(xiàng)工藝控制指標(biāo)用來對(duì)設(shè)備及工藝進(jìn)行監(jiān)控,因此對(duì)于電流指示的誤差要求越小越好。
  二、存在的問題:
  在老雙效蒸發(fā)改造為三效蒸發(fā)期間,新的機(jī)泵配電安裝后,調(diào)試時(shí)我們遇到了這樣的問題,就是電流表指示值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際值,現(xiàn)挑選不同功率電機(jī)列表詳述它們的失真情況,具體詳見表1:

工藝位號(hào)
電機(jī)功率(kW)
互感器變比
互感器與電流表連接導(dǎo)線長度(米)
實(shí)際電流值I1(A)
電流表指示值I2(A)
失真率I2/I1(%)
P01d
37
100/5
80
67
37
55%
P08a
18.5
75/5
120
29
9
31%
P02c
30
100/5
50
56
30
54%
P05a
22
75/5
110
30
9
0%

  由上表看出,上面幾臺(tái)電機(jī)電流指示全部失真,互感器與電流表連接導(dǎo)線長度都大于50米,導(dǎo)線越長,電流表失真越大,P05a及P08a電流表指示值僅為實(shí)際值的30%,電流變化的范圍只在電流表盤面50%的范圍內(nèi)變動(dòng),操作工難以發(fā)現(xiàn)電機(jī)電流的升降波動(dòng),當(dāng)負(fù)荷電流很小時(shí),即空載輕載時(shí),電流表指示基本為零,操作工會(huì)進(jìn)行誤判斷,直接影響了操作工對(duì)機(jī)泵的控制及直觀監(jiān)控,不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流的波動(dòng),給操作工的操作帶來了很大的不便。
   三、問題的原因分析:
   工程中選用的電流互感器為LMZ1—0.5型,精度等級(jí)為0.5級(jí),額定容量10VA。
   1、首先從設(shè)計(jì)上對(duì)于電流互感器變比的選擇來看,設(shè)計(jì)要求電流互感器額定一次電流的確定,應(yīng)保證其在正常運(yùn)行中實(shí)際負(fù)荷電流達(dá)到額定值的60%左右,至少應(yīng)不小于30%。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷電流小于30%時(shí),應(yīng)采用二次繞組具有抽頭的多變比電流互感器,或0.5S、0.2S級(jí)電流互感器、或具有較高額定短時(shí)熱電流和動(dòng)穩(wěn)定電流的電流互感器。由上表看出實(shí)際負(fù)荷電流值都在額定值的60%左右,實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中電流值大部分時(shí)間在此范圍內(nèi),此例中37KW、30KW、22KW電機(jī)的電流互感器變比,符合設(shè)計(jì)要求;18.5KW電機(jī)的變比為75/5,選型上略大。
   2、從二次負(fù)荷來看,當(dāng)二次回路端子間連接導(dǎo)線和指示儀表的總阻抗小于或大于互感器的銘牌上標(biāo)定的額定二次回路阻抗,互感器的指示值都會(huì)失真。額定二次回路阻抗通常以視在功率伏安值表示,它是二次回路在規(guī)定功率因數(shù)和額定二次電流下所汲取的,本例中為10VA。現(xiàn)在回路中實(shí)際阻抗有二次導(dǎo)線阻抗、連接導(dǎo)線的接觸電阻以及電流表的功率消耗,以伏安值表示的回路總阻抗為:
R=Rl+R2
  其中
  R—總阻抗,VA
  Rl—互感器與電流表間連接導(dǎo)線的線阻,VA
  R2—連接導(dǎo)線的接觸電阻取0.1Ω,即0.1×5×5=2.5VA
  而 Rl =(ρ*L/S)*I2 ①
  ρ---導(dǎo)線電阻率,55℃時(shí)銅線電阻率為0.0202Ω.mm2/m
  L---導(dǎo)線長度,m
  S---導(dǎo)線截面積,mm2
  I---互感器額定二次電流,本廠互感器為5A
  由公式可看出,導(dǎo)線的線阻與長度成正比,截面積成反比,導(dǎo)線越長,線阻越大,而Rc是固定的,則R與電流表的連接導(dǎo)線的長度成正比,導(dǎo)線越長,誤差越大。本例中,互感器與電流表連接導(dǎo)線為截面積1.5mm2的多芯控制電纜,并將表1中的長度代入公式①中:
  P01d:Rl =(ρ*L/S)*I2=(0.0202*80/1.5)*52=26.9VA
   R2=0.1×5×5=2.5VA
   總的回路阻抗伏安值R=Rl+R2 =26.9+2.5=29.4VA
  P08a:Rl =(ρ*L/S)*I2=(0.0202*120/1.5)*52=40.4VA
   R2=0.1×5×5=2.5VA
   總的回路阻抗伏安值R=Rl+R2 =40.4+2.5=42.9VA
  P02c:Rl =(ρ*L/S)*I2=(0.0202*50/1.5)*52=16.8VA
   R2=0.1×5×5=2.5VA
   總的回路阻抗伏安值R=Rl+R2 =16.8+2.5=19.3VA
  P05a:Rl =(ρ*L/S)*I2=(0.0202*110/1.5)*52=37.0VA
   R2=0.1×5×5=2.5VA
   總的回路阻抗伏安值R=Rl+R2=37.0+2.5=39.5VA
   從以上計(jì)算得出4臺(tái)電機(jī)的總阻抗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于互感器的額定二次負(fù)荷,P08a、P05a的總的回路阻抗遠(yuǎn)大于P01d、P02c,電機(jī)電流的失真也大。
   3、其次從互感器結(jié)構(gòu)上看,選用的電流互感器為0.5級(jí)LMZ系列電流互感器,0.5級(jí)在額定電流的100%時(shí),誤差不超過±5%,本型互感器5~600A的鐵心為環(huán)型卷鐵心,二次線圈沿鐵心環(huán)狀均勻分布,為樹脂澆注作絕緣。中間窗孔供一次母線通過之用。本型互感器其優(yōu)點(diǎn)是可在110%的額定電流下長期運(yùn)行。但其缺點(diǎn)在于:A、由于母線穿孔,當(dāng)一次母線在穿孔中位置發(fā)生變化時(shí),就會(huì)產(chǎn)生誤差。B、因?yàn)槭悄妇€穿心式,一次一般取一匝,當(dāng)額定電流低的時(shí)候,安匝數(shù)也就低,誤差就增大。C、而對(duì)于0.5級(jí)的電流互感器,其精確度較低,鐵心質(zhì)量也相對(duì)較差。
  4、互感器的準(zhǔn)確度是和負(fù)荷電流相聯(lián)系的,負(fù)載電流在額定電流的120%以內(nèi),負(fù)載越大,電流互感器誤差越??;當(dāng)負(fù)載電流在額定電流的120%~165%之間時(shí),隨著負(fù)載電流增大,電流互感器誤差增大,但在允許范圍內(nèi)逐漸趨于平衡。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)電流互感器時(shí),決定電流互感器過載能力的飽和倍數(shù)一般最小為額定電流2~3倍,互感器在額定頻率下,其比差及相角差應(yīng)符合下表:


  也就是說電流互感器在100%負(fù)荷時(shí)誤差是最小的,由于小于互感器100%額定電流,就會(huì)有負(fù)的偏差,即電流表指示值是要小于實(shí)際值的。實(shí)際電流小于互感器100%額定電流是電流表示值失真的又一原因。
   5、電源頻率的影響。當(dāng)一次電流為非正弦波形時(shí),在電流的高次諧波作用下,電流互感器的量值將發(fā)生變化。在生產(chǎn)實(shí)際中電源的頻率由于各種因素,呈非正弦波形式。直接影響了互感器的量值。
   四、問題的解決方案:
   對(duì)于電源頻率為非正弦波的改造涉及面廣,影響因素很多,屬系統(tǒng)工程,可行性不大;而負(fù)荷電流的大小是由工藝設(shè)備條件所決定,因此我們從以下幾點(diǎn)進(jìn)行了改造。
   1、減小總的回路阻抗,從而使互感器的誤差向正方向移動(dòng)。根據(jù)公式①,總阻抗與導(dǎo)線截面積成反比,也就是增加互感器與電流表之間連接電纜的截面積,即可減小總的回路阻抗,將原來1.5mm2電纜兩芯并成一芯,即連接電纜截面積變?yōu)? mm2,由于原來采用的多芯控制電纜,線纜芯數(shù)有富裕,因此采用此法,可不用更換電纜。
  2、提高電流互感器的準(zhǔn)確度,用LQG系列互感器代替LMZ系列互感器。LQG-0.5型電流互感器的鐵心系條形冷軋電工鋼片迭成,鐵心分上、下兩柱,均套有二次線圈,一次線圈只布置在一個(gè)柱的二次線圈之外,并有磁分路作為補(bǔ)償誤差之用。這種互感器是采用內(nèi)外雙線圈對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?,一次用多匝,安匝?shù)相對(duì)來說可以做得高一點(diǎn),再就是一次線是固定在絕緣體內(nèi)的,不會(huì)發(fā)生位置變化,所以誤差相對(duì)LMZ系列互感器來說小很多。
   五、結(jié)論:
  在根據(jù)實(shí)際情況沒有更換電纜,僅更換了電流互感器,用盡量少的費(fèi)用進(jìn)行了改造,改造后的電流指示值見下表:

  工藝位號(hào)
電機(jī)功率(KW)
實(shí)際電流值(A)
電流表指示值(A)
失真率
  P01d
  37
  65
  63
  97%
  P08a
  18.5
  32
  30
  94%
  P02c
  30
  55
  54
  98%
  P05a
  22
  36
  34
  94%

  可以看出指示值與實(shí)際值相差很小,采取的措施有效,并且改造費(fèi)用不多,是經(jīng)濟(jì)可行的。

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