倒立式電流互感器絕緣設(shè)計(jì)

魏曉耀　岳光華

【摘 要】相比于傳統(tǒng)正立式的電流互感器，倒立式電流互感器在設(shè)計(jì)、制造工藝方面都有較大差異，在實(shí)際應(yīng)用中事故頻發(fā)，其中絕緣事故占據(jù)多數(shù)。基于此，論文對(duì)倒立式電流互感器的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，希望能夠有效地提高倒立式電流互感器的絕緣效果。

【Abstract】Compared with the traditional vertical current transformer， the inverted current transformer has great differences in design and manufacturing technology. In practical application， accidents occur frequently， among which insulation accidents account for the majority. Based on this， this paper deeply analyzes the insulation structure of inverted current transformer， hoping to effectively improve the insulation effect of inverted current transformer.

【關(guān)鍵詞】倒立式;電流互感器;絕緣;設(shè)計(jì)

【Keywords】 inverted type; current transformer; insulation; design

【中圖分類號(hào)】TM452? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）10-0142-02

1 引言

倒立式電流互感器屬于電網(wǎng)中非常重要的電器設(shè)備之一，一旦發(fā)生故障，就會(huì)為整個(gè)電網(wǎng)的安全造成非常嚴(yán)重的影響。又因其與傳統(tǒng)正立式的電流互感絕緣設(shè)計(jì)中存在比較大的區(qū)別，增加了絕緣設(shè)計(jì)的難度。所以，應(yīng)該對(duì)倒立式電流互感器的絕緣設(shè)計(jì)進(jìn)行更加深入的研究。

2 倒立式電流互感絕緣設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)

倒立式電流互感的絕緣設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)為倒置的吊環(huán)性狀。主要由直線和環(huán)部兩個(gè)部分組成。將二次線圈放置到環(huán)部鋁殼中，并放到產(chǎn)品的上部，而后二次引線通過直線部分所具有的鋁管，牽引到產(chǎn)品的下方部位中的接線盒中。在引線管和鋁殼的外部將主絕緣進(jìn)行包扎。在主絕緣的外側(cè)將屏材料進(jìn)行包扎，從而形成電容屏。如果電壓的等級(jí)比較高，且絕緣比較后時(shí)，往往利用多個(gè)主屏結(jié)構(gòu)，從而有效地改善絕緣內(nèi)部所具有的場(chǎng)強(qiáng)。

3 倒立式電流互感器絕緣的初步設(shè)計(jì)

倒立式電流互感器的最外層部分的電容屏和系統(tǒng)的高壓通過電氣進(jìn)行連接，從而構(gòu)成高壓屏，而鋁殼、鋁管接地能夠形成低壓屏，其也被稱作零屏。由零屏、高壓屏以及二者之間的絕緣形成圓柱體電容型的絕緣。在實(shí)際的計(jì)算過程中，將包裹放置在二次線圈鋁殼中的環(huán)部絕緣和引線管所具有的絕緣分別看作成為兩個(gè)同軸結(jié)構(gòu)的電容。對(duì)于同一個(gè)外徑D與內(nèi)徑d的同軸圓柱體電容，絕緣介質(zhì)中的半徑為r處的徑向電場(chǎng)強(qiáng)度E和兩個(gè)電容屏之間的電壓U之間的關(guān)系可以用以下公式來表示：E=。

4 建立倒立式電流互感器絕緣結(jié)構(gòu)模型

4.1 建立直線部分絕緣結(jié)構(gòu)

對(duì)于直線部分的電流互感器電容量來說，可以將其分為兩個(gè)部分進(jìn)行考慮，分別為有端屏部分和無端屏部分。在計(jì)算的過程中，可以不考慮中屏的厚度，將D（0）作為零屏的直徑，各個(gè)端屏之間絕緣的具體厚度為δ（i），這樣一來各個(gè)端屏的之間的直徑為D（i）=D（i-1）+2×δ（i）。使用來表示真空的介電常數(shù)。絕緣的相對(duì)介電常數(shù)為，這樣一來，無端屏部分電容量的計(jì)算公式則為：Cw=。

端屏部位中的電容量主要由兩個(gè)部分構(gòu)成，一部分為端屏之間各個(gè)對(duì)齊的部分，具體的長度表示為：Ld=（i）=L（i-1）-△L（i）。在電容量圖中，使用Cs（i）進(jìn)行表示。另一部分主要指的就是零屏和端屏所具有的對(duì)齊部分，長度表示為：Lp（i）=L（i）=Ld（i），在電容量圖中使用Cp（i）表示。為了能夠確保后方的端屏與第一個(gè)屏之間電容的計(jì)算能夠保持一致，則設(shè)L（0）=L（1），Ld（1）=L（1），Lp（1）=0，與其相同，第一個(gè)端屏所具有電容值的設(shè)置應(yīng)該為Cs（1）=C（1），Cp（1）=0，由此可以計(jì)算出兩個(gè)部分所實(shí)際具有的電容量為：

4.2 環(huán)部

對(duì)于倒立式電流互感器中的環(huán)部來說，其屬于一個(gè)完全不規(guī)則的圓柱體性狀。所以，可以將其轉(zhuǎn)換成為一個(gè)規(guī)則性的圓柱體，而后在進(jìn)行電容量的計(jì)算。

4.3 多主屏結(jié)構(gòu)

電容的分布能夠直接決定電流互感器絕緣內(nèi)部的電壓分布情況，具體為0～b所具有的積分：U試=E（r）dr=S（A）。

將一個(gè)主屏插入絕緣內(nèi)部后，絕緣就會(huì)分成兩個(gè)部分，則新的電壓分布表達(dá)公式為：U試=E（r）dr+E（r）dr=S（A1）+S（A2）。

將兩個(gè)公式進(jìn)行對(duì)比，則得出：S（A）=S（A1）+S（A2）。而后得到如圖2所示的場(chǎng)強(qiáng)分布圖，由此表明，單一位置所具有的絕緣場(chǎng)強(qiáng)的最大值度E1（0）要明顯高于兩個(gè)部分分開后的值

E2（0）。產(chǎn)生這種情況的主要原因就是因?yàn)?，在曲線下方區(qū)域位置所表示的是相同情況下對(duì)電壓耐受值的測(cè)試。在兩種情況下，其面積均相等，但是單獨(dú)部分的面積則是從高電位到低電位之間的曲率增加，在這樣的條件下相對(duì)于處于中間區(qū)域內(nèi)的高電位附近的絕緣承受度明顯過高，而地電位附近中的絕緣場(chǎng)強(qiáng)則有所降低。所以，在電壓等級(jí)比較高時(shí)，應(yīng)該將若干個(gè)主屏插入絕緣內(nèi)部，而后將絕緣分成若干部分，這樣一來就能夠有效地改善電場(chǎng)的實(shí)際分布情況，從而降低絕緣的實(shí)際厚度[1]。

5 絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效方法

5.1 對(duì)絕緣性能造成影響的主要原因

對(duì)于倒立式電流互感絕緣設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來說，其中電容屏的長短、數(shù)量以及位置可以說是絕緣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，通常為了能夠使制作工藝更加簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)也更加方便，而在進(jìn)行電容屏設(shè)計(jì)時(shí)使用等梯度差、等絕緣厚度的原則，但是這并不說明其為最佳的一種選擇。因?yàn)槠僚c屏之間所具有的絕緣厚度會(huì)直接對(duì)絕緣的效果造成影響，比較理想化的情況則是盡量降低屏與屏之間所具有的絕緣厚度，但是這樣的情況也會(huì)在一定程度上增加主屏的個(gè)數(shù)，從而不僅提高了成本，而且也會(huì)增加絕緣包扎的難度。

5.2 優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)與模型

為了能夠進(jìn)一步提高倒立式電流互感器絕緣設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，應(yīng)該不斷地優(yōu)化模型與參數(shù)的設(shè)計(jì)，在確保主屏個(gè)數(shù)恒定，且總梯度差和總絕緣厚度處于一定的條件下，應(yīng)該將各個(gè)屏之間的梯度差和絕緣厚度作為主要的優(yōu)化內(nèi)容，從而將最大電場(chǎng)的強(qiáng)度作為目標(biāo)函數(shù)，而后對(duì)主絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面地優(yōu)化設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語

綜上所述，本文主要根據(jù)倒立式電流互感器的絕緣設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，在實(shí)際的使用過程中，梯度差、端屏的長度等都會(huì)在不同程度上對(duì)倒立式電流互感器的絕緣性能造成影響。所以，應(yīng)該對(duì)絕緣的實(shí)際厚度、梯度差以及長度等進(jìn)行綜合性地考慮，從而確保工藝制作的合理性，在有效降低成本的同時(shí)，也能夠提高絕緣的穩(wěn)定性。

【參考文獻(xiàn)】

【1】楊婧，林曉慶.智能電網(wǎng)電能計(jì)量系統(tǒng)諧波傳變特性研究[J].信息技術(shù)，2019，43（09）：106-110.