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摘要：在化工企业中对电机电流的监测是对工艺运行状况及机泵运行状况监控的有效手段，文中对于电机电流指示值失真的问题，进行了原因分析，并提出了解决措施。
关键词：电流互感器 变比 总阻抗 失真
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一、引言
我们天津化工厂属氯碱化工企业，我所在的制碱分厂主要将电解工序NaOH溶液，NaOH浓度为32%液碱及电解液经过蒸发工序，包括三效顺流蒸发及降膜双效逆流蒸发，制成浓度为42%、45%、50%的液碱，这些液碱一部分直接做为产品销售，一部分45%--50%液碱被输送固碱工序进行大锅熬制，再经过片碱机制成浓度为99.5%的片碱，进行片碱销售。在我分厂中的各类碱泵为低压配电中的主要负荷，对于带动碱泵的电机的电流监测在各生产工序中是普遍的和必须的。低压三相异步电动机在运行中的电流监测是对泵运行状况以及工艺运行状况监控的一个有效手段，电机电流被作为一项工艺控制指标用来对设备及工艺进行监控，因此对于电流指示的误差要求越小越好。
二、存在的问题：
在老双效蒸发改造为三效蒸发期间，新的机泵配电安装后，调试时我们遇到了这样的问题，就是电流表指示值远远低于实际值，现挑选不同功率电机列表详述它们的失真情况，具体详见表1：
由上表看出，上面几台电机电流指示全部失真，互感器与电流表连接导线长度都大于50米，导线越长，电流表失真越大，P05a及P08a电流表指示值仅为实际值的30%，电流变化的范围只在电流表盘面50%的范围内变动，操作工难以发现电机电流的升降波动，当负荷电流很小时，即空载轻载时，电流表指示基本为零，操作工会进行误判断，直接影响了操作工对机泵的控制及直观监控，不能及时发现电流的波动，给操作工的操作带来了很大的不便。
三、问题的原因分析：
工程中选用的电流互感器为LMZ1—0.5型，精度等级为0.5级，额定容量10VA。
1、首先从设计上对于电流互感器变比的选择来看，设计要求电流互感器额定一次电流的确定，应保证其在正常运行中实际负荷电流达到额定值的60%左右，至少应不小于30%。当实际负荷电流小于30%时，应采用二次绕组具有抽头的多变比电流互感器，或0.5S、0.2S级电流互感器、或具有较高额定短时热电流和动稳定电流的电流互感器。由上表看出实际负荷电流值都在额定值的60%左右，实际生产运行中电流值大部分时间在此范围内，此例中37KW、30KW、22KW电机的电流互感器变比，符合设计要求；18.5KW电机的变比为75/5，选型上略大。
2、从二次负荷来看，当二次回路端子间连接导线和指示仪表的总阻抗小于或大于互感器的铭牌上标定的额定二次回路阻抗，互感器的指示值都会失真。额定二次回路阻抗通常以视在功率伏安值表示，它是二次回路在规定功率因数和额定二次电流下所汲取的，本例中为10VA。现在回路中实际阻抗有二次导线阻抗、连接导线的接触电阻以及电流表的功率消耗，以伏安值表示的回路总阻抗为：
R=Rl+R2
其中
R—总阻抗,VA
Rl—互感器与电流表间连接导线的线阻,VA
R2—连接导线的接触电阻取0.1Ω，即0.1×5×5=2.5VA
而 Rl =(ρ*L/S)*I2 ①
ρ---导线电阻率，55℃时铜线电阻率为0.0202Ω.mm2/m
L---导线长度,m
S---导线截面积，mm2
I---互感器额定二次电流，本厂互感器为5A
由公式可看出，导线的线阻与长度成正比，截面积成反比，导线越长，线阻越大，而Rc是固定的，则R与电流表的连接导线的长度成正比，导线越长，误差越大。本例中，互感器与电流表连接导线为截面积1.5mm2的多芯控制电缆，并将表1中的长度代入公式①中：
P01d：Rl =(ρ*L/S)*I2=（0.0202*80/1.5）*52=26.9VA
R2=0.1×5×5=2.5VA
总的回路阻抗伏安值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
总的回路阻抗伏安值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
总的回路阻抗伏安值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
总的回路阻抗伏安值R=Rl+R2=37.0+2.5=39.5VA
从以上计算得出4台电机的总阻抗都远远大于互感器的额定二次负荷，P08a、P05a的总的回路阻抗远大于P01d、P02c，电机电流的失真也大。
3、其次从互感器结构上看，选用的电流互感器为0.5级LMZ系列电流互感器，0.5级在额定电流的100%时，误差不超过±5%，本型互感器5～600A的铁心为环型卷铁心，二次线圈沿铁心环状均匀分布，为树脂浇注作绝缘。中间窗孔供一次母线通过之用。本型互感器其优点是可在110%的额定电流下长期运行。但其缺点在于：A、由于母线穿孔，当一次母线在穿孔中位置发生变化时，就会产生误差。B、因为是母线穿心式，一次一般取一匝，当额定电流低的时候，安匝数也就低，误差就增大。C、而对于0.5级的电流互感器，其精确度较低，铁心质量也相对较差。
4、互感器的准确度是和负荷电流相联系的，负载电流在额定电流的120%以内，负载越大，电流互感器误差越小；当负载电流在额定电流的120%～165%之间时，随着负载电流增大，电流互感器误差增大，但在允许范围内逐渐趋于平衡。这是因为在设计电流互感器时，决定电流互感器过载能力的饱和倍数一般最小为额定电流2～3倍，互感器在额定频率下，其比差及相角差应符合下表：
也就是说电流互感器在100%负荷时误差是最小的，由于小于互感器100%额定电流，就会有负的偏差，即电流表指示值是要小于实际值的。实际电流小于互感器100%额定电流是电流表示值失真的又一原因。
5、电源频率的影响。当一次电流为非正弦波形时，在电流的高次谐波作用下，电流互感器的量值将发生变化。在生产实际中电源的频率由于各种因素，呈非正弦波形式。直接影响了互感器的量值。
四、问题的解决方案：
对于电源频率为非正弦波的改造涉及面广，影响因素很多，属系统工程，可行性不大；而负荷电流的大小是由工艺设备条件所决定，因此我们从以下几点进行了改造。
1、减小总的回路阻抗，从而使互感器的误差向正方向移动。根据公式①，总阻抗与导线截面积成反比，也就是增加互感器与电流表之间连接电缆的截面积，即可减小总的回路阻抗，将原来1.5mm2电缆两芯并成一芯，即连接电缆截面积变为3 mm2，由于原来采用的多芯控制电缆，线缆芯数有富裕，因此采用此法，可不用更换电缆。
2、提高电流互感器的准确度，用LQG系列互感器代替LMZ系列互感器。LQG－0.5型电流互感器的铁心系条形冷轧电工钢片迭成，铁心分上、下两柱，均套有二次线圈，一次线圈只布置在一个柱的二次线圈之外，并有磁分路作为补偿误差之用。这种互感器是采用内外双线圈对误差进行补偿的，一次用多匝，安匝数相对来说可以做得高一点，再就是一次线是固定在绝缘体内的，不会发生位置变化，所以误差相对LMZ系列互感器来说小很多。
五、结论：
在根据实际情况没有更换电缆，仅更换了电流互感器，用尽量少的费用进行了改造，改造后的电流指示值见下表：
可以看出指示值与实际值相差很小，采取的措施有效，并且改造费用不多，是经济可行的。