电流互感器二次侧开路过电压保护器的机理及过程分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.comHIGHVOLTAGEENGINEERINGVo1．23No4电流互感器二次侧开路过电压7保护器的机理及过程分析ThePrincipleandPhysicsProcessofOvervoltag~Protection。i。connryTcminalsofC台肥联合太太学(合肥⋯23O022：)程程晓晓虹虹】fZ‘一引中科院等离子体物理研究所(台肥230031)互摘要介绍一种性能优良的电流互感器二次开路过电压保护器的原理、物理过程分析和CTB“蘧酣电—涤溅关K目键w词0th盟eprotectio髓n

2、dev迦iceCT垫B墨prinCc、翠ilp一lC．’。。pr叶nyslicesIpI}r{ocess稠／一’劲‘)d-卡，1引言和小盒热内开，小关盒(雾特用耐殊高材．低料温加且T绝缘制性成能好)密的封环氧在材一料个制＼丫—、西}『=-_。对安装孔，可供现场安装，其结构如图1．图2所示．图外形结构图圈内部结构图其电路原理如图3所示．该装置跨接于CT二次侧出口或引线两端．当CT正常工作时，CTB中仅有极微小的漏电流(5A以下)，且对CT二次侧仪表的i员l量精度和设备正常运行无任何影响．如果CT二RTcTB次开路，电压大于其工作电压标称值，CTB

3、自动限压．在几十ms后．限压值降低至短路，并长期稳定在短路状态，直至故障消除．由于热开关的短接作用，该保护器为一次性使用的性能图3电路原理图3ZnO非线性电阻的特性分析维普资讯http://www.cqvip.com1997年12月高电压技术第23卷第4期·79·CTB的核心组成部件ZnO非线性电阻具有非线性伏安特性、负电压温度系数、瞬闻抑制过电压的敏感元件。3．1伏安特性高能zn0非线性电阻的伏安特性如图4所示．可用式(1停￡示Ⅲ：U—CI⋯(1)图4氧化锌伏安特性式中：U为ZnO端电压(V)；1为通过ZnO电流(A)；为材料常数：a为非线性

4、系数．从式(1)可知，越大，残压比越小，限压特性越好。伏安特性的主要特性为阀值电压c，，当c，<时，，≈0(A级)：当c，>U。时，，剧增，而当c，上升到一定值时，上升趋势将大大减小，趋于一条水平线．那么，如果CTB上的电压大于，其电压维持在工作电压等级上，而限压响应时同、限压大小等指标取决于电阻片材料成分，微观结构．高能ZnO电阻片以高纯度ZnO为主要成分．幌合适量的辩加物，如SbO、Bi：O、CoO、MnO等盎属化合物。经过造粒成型后，在高温下烧结成金属氧化物。其中各元素的摩尔量选配，烧结温度的调节及时间的控制，对上述各参数指标有着直接关系

5、．CTB设计要求CT二次开路，CTB在50ns内完成响应动作，并且将电压限制在设计的标称电压上．也就是说，保护器是瞬间限压的，ZnO片是瞬间完成启动限压的。3．2温度特性从电子探针显微镜分析仪拍摄的ZnO片二次电子图像可以清楚地看到，几m到几十m的ZnO片烧结微粒被以Bi2O为主要成分的漆加物形成的晶界层所包厨。该晶界层赋于电阻片为非线性特性，静态电阻率可达10D·cm以上，而ZnO烧结粒子的电阻率值仅为1～10D·om，显然，电极间的所施电压几乎都集中于晶界层问。在电场强度的作用下，ZnO晶粒和晶界层的界面势垒降低，热电子穿过势垒区产生电流．

6、势垒区越大．ZnO片吸收的能量越大，温升也随之增大。可表示为：AT=，-f·△／p--c-Q(2)式中：AT为电阻片吸收能量后的温升值(℃)：为流过电阻片的电流最大峰值(A)：AR为势垒区的等效电阻(D)；p为ZnO片比重(g／om)；c为ZnO片热系数(Cal／g·℃)：s为ZnO片体积(cm)：Q为热当量(J／Ca1)，值为4．18；I为电阻片导通至热平衡的时问(s)．当CT二次开路瞬间，CTB中ZnO片的温升与势垒区的等效电阻成比例关系．由于晶界层的阻值是非线性，CTB上流过的电流为CT二次侧电流是恒定的，所以温升AT的变化规律亦为非线性

7、．在电流恒定条件下，ZnO片具有负电压温度系数的特性可表示为：a一(％／℃)(3)式(3)表明，在电流恒定时．温度的上升会引起电阻片上电压的下降．由于值一般仅为_0．05％／℃．因此，ZnO片温度上升较慢时．电压只是渐渐下降．4试验结果及物理过程分析试验线路如图5所示．图中CT为试验用电流互感器；为负载电阻；FR为高能氧化锌电阻后备保护；KM为常闭触头：FL为电流输出：FY为电压输出．试验波形由光线示波器录取，反映真实的CTB工作电压、电流，如图6所示．FL图5试验线路图维普资讯http://www.cqvip.com·80·Dec．1997H

8、IGHVOLTAGEENGINEERINGV0I23N0．4试验时将CT二次侧负载开路，使KM常闭触头断电流一时同波形开．从试验波形图中可知，电流一时