錢志昊

在電力系統(tǒng)中，電流互感器（CT）的作用是將大電流變成規(guī)定的小電流。該器件廣泛應用于一次線路的電流測量、控制和保護，是電流表、電度表和電流控制系統(tǒng)必不可少的配套元件。CT正常工作時，二次側處于近似短路狀態(tài)，輸出電壓很低。但在運行中如果二次繞組開路，或一次繞組流過異常電流（如雷電流、諧振過電流、電容充電電流、電感啟動電流、一次負載短路電流等）時，二次側產(chǎn)生高壓，這主要因為電流互感器一次側電流由一次匝數(shù)決定，當二次側開路后，電流為零，若要維持功率相等，只能無限上升電壓，直到鐵心飽和。也就是說，電流互感器二次開路，就會在二次側產(chǎn)生數(shù)千伏甚至上萬伏的高尖峰電壓，這不僅給二次系統(tǒng)絕緣造成危害，還會使CT過激勵損壞互感器及與其連接的測量儀表，甚至危及到工作人員的生命安全。因此，電流互感器二次側不能開路，這也是二次側開路的危害所在。

電流互感器開路保護裝置設計

電流互感器防開路（過壓）保護裝置設計主要用于各種CT二次側的異常過電壓保護。保護裝置并接于CT二次繞組兩端，正常運行時保護裝置因泄漏電流極小，呈高阻狀態(tài)；當CT二次回路開路或一次繞組出現(xiàn)異常過流時，保護裝置內部控制器件將迅速導通，將CT二次側短路以消除高壓并給予保護。待故障排除后，電路恢復原狀態(tài)。此時保護器無需手動復位，內部控制器件截止又呈高阻狀態(tài)，互感器又可重新投入正常運行。

保護器內部線路工作原理分析

在圖1所示的保護器內部線路工作原理中可以看到，保護裝置從并接CT端AS1、AS2取樣，經(jīng)D1、D3整流，再經(jīng)瞬態(tài)抑制器二極管TVS（SMAJ33CA）和電容C（47uF/50V）濾波，進行輸入信號采樣。其中加TVS為高頻能保護器件，當TVS兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能在瞬間將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收浪涌功率，使兩極間的電壓嵌位于一個預定值，有效地保護了線路中的元器件。

在保護裝置線路設計中采用TL431三端可調基準電壓源。它的輸出電壓（2.5V～36V）范圍寬，可由TL431參考端Uref電阻來設置。以此來確定Q1（確定Ub電壓）的工作狀態(tài)。當保護裝置檢測有高壓狀況時，Q1（Ue>Ub）飽和導通，Q2截止。電壓通過Q1、D2加至Q3、Q4（Q3、Q4為大功率場效應管）的柵極G端，觸發(fā)Q3、Q4在10ms內導通工作可靠地將二次繞組短接，對CT二次側短路以消除高壓給予保護。

當CT電壓正常時或故障排除后，Q1由導通狀態(tài)轉換放大工作狀態(tài)，Q2截止變換成導通狀態(tài)，但因為有電阻220K限流和壓降，在Q3、Q4的柵極G端的電壓不足以使Q3、Q4導通工作，此時并接至CT的保護裝置自動復位呈高阻抗狀態(tài)，裝置重新進入正常工作狀態(tài)。

結語

目前市場上現(xiàn)有類似保護裝置的不足之處主要體現(xiàn)在：一是內部使用雙向穩(wěn)壓管TVS，會出現(xiàn)過電流能力小的問題，保護裝置不能過大電流或長時間在過電流下工作；二是使用壓敏電阻增加了過流能力，但因本身有電容量，且漏電電流大影響互感器精度；三是保護裝置控制采用繼電器開關，待二次接通（開路故障排除）后開關不能及時恢復將會是其最大的弊端。

本文提出的保護裝置有如下特點：一是響應速度快。在CT兩側有大于30V左右電壓時，保護裝置立即導通（動作時間快，導通時間小于10ms）并處于保護狀態(tài)，且低于安全電壓36V值。導通后可將互感器二次端子電壓限制在2V以內；二是高可靠性和穩(wěn)定性。因控制器件采用場效應管，截止狀態(tài)下漏電流小于1mA，對測量儀表、互感器精度的影響可以忽略不計。最為關鍵的是，保護裝置內部采用瞬態(tài)抑制器二極管TVS作為限壓元件，再配以合理的內部控制電路，有效地解決了保護裝置溫度過高的現(xiàn)象，導通后設備可長時間工作。根據(jù)CT的大小保護裝置最大過電流可以達到40A。在與市場上同類產(chǎn)品比較后，本CT保護裝置具有顯著的技術優(yōu)勢。