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互感器

第二章互感器

1．教学内容

（1）电流互感器

（2）电压互感器

2．教学基本要求

了解电流互感器和电压互感器的分类、结构；理解原理及接线；掌握型号、误差、准确等级的概念、工作特点及选择方法。

3．重点和难点

各种类型的电流互感器和电压互感器的接线、选择方法。

第一节概述

一.互感器的作用

二.互感器的类型

一.互感器的作用

1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，使测量仪表和保护装置标准化。

2.所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，二次设备的绝缘水平能按低电压设计，结构轻巧，价格便宜。

便于集中管理，可实现远方控制和测量。

3.二次回路不受一次回路的限制。

4.使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。

二.互感器的类型

第二节电磁式电流互感器

一、工作原理

二、测量误差

三、准确级与额定二次负荷

四、分类和结构

五、接线

六、选择

一、工作原理

1、原理

KI=IN1/IN2≈NN2/NN1

注：

虚线为短接线

2.运行特点：

二次回路不允许开路

原因：

正常工作时：

磁动势

，NlIl和N2I2互相抵

消一大部分，激磁磁势NlI0，数值不大。

二次电路开路时：

•N2I2等于零，激磁磁势猛增到NlIl，铁心中磁感应强度猛增，造成铁心磁饱和。

铁心饱和致使随时间变化的磁通Ф的波形由正弦波变为平顶波，在磁通曲线Ф过零前后磁通Ф在短时间内从+Фm变为-Фm，使dФ/dt值很大。

•1.e2=-dФ/dt，磁通急剧变化时，二次绕组内将感应很高的尖顶波电势e2,危及工作人员的安全，威胁仪表和继电器以及连接电缆的绝缘。

•2.磁路的严重饱和还会使铁心严重发热，若不能及时发现和处理，会使电磁式电流互感器烧毁和电缆着火。

•3.在铁心中产生剩磁，影响互感器的特性。

图中二次侧的数值都归算到一次侧

二.测量误差

fi为二次电流的测量值I2乘以额定电流比KI所得的值KII2与实际一次电流Il之差，以后者的百分数表示

三、准确级与额定二次负荷

1.测量用电流互感器的准确级

在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分数来标称。

标准的准确级为0.1、0.2、0.5、l、3和5级。

供特殊用途的为0.2S及0.5S级。

（1）二次负荷在欧姆值为额定负荷值的25％～100％之间的任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不超过限值。

（2）对于0.2S和0.5S级测量用电流互感器，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的25％～100％之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过限值。

（3）对于3级和5级，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的50％～100％之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过限值。

2.保护用电流互感器的准确级

按用途分为：

稳态保护用和暂态保护用

（1）稳态保护：

P、PR、PX

其中P类为准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差的电流互感器；PR类是剩磁系数有规定限值的电流互感器；而PX类是一种低漏磁的电流互感器。

P类及PR类电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准准确级为：

5P、10P、5PR和10PR。

P类及PR类电流互感器在额定频率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过限值。

（2）暂态保护

能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器称为暂态保护用电流互感器（TP类）。

分为TPS级、TPX级、TPY级和TPZ级。

3.额定容量和额定二次负荷

额定容量Se2指电流互感器在额定二次电流Ie2和额定二次阻

抗Ze2下运行时，二次绕组输出的容量。

由于电磁式电流互感器的额定二次电流为标准值（5A或1A），为了便于计算，有些厂家常提供电磁式电流互感器额定二次阻抗Ze2。

10％误差曲线

保证电流误差不超过一10％的条件下，一次电流的倍数n（n=I1/IN1）与允许最大二次负荷阻抗Z2的关系曲线。

四.分类和结构

1.电磁式电流互感器的分类

（1）按功能：

测量用电流互感器、保护用电流互感器

（2）按安装地点：

户内式、户外式

（3）按安装方式：

穿墙式、支持式、套管式穿

（4）按绝缘方式：

干式、浇注式、油浸式

（5）按一次绕组匝数：

单匝式、多匝式

（6）按变流比：

单变流比、多变流比

五.电磁式电流互感器的接线

1.单相式：

用于测量对称三相负荷的一相电流。

2.星形接线：

用于测量三相负荷电流，以监视每相负荷的不对称情况。

3.两相式接线：

其中一相电流表连接在回线中，回线电流等于A相与C相电流之和，即等于B相电流。

注意：

电流互感器的减极性标示

当一次绕组加直流电压，电流从L1流入绕组时，二次绕组的感应电流从K1端流出。

六.电流互感器的选择

1、按设备种类和型式选择

对于6～20千伏屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。

对于35千伏及以上配电装置，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。

有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

2、按一次额定电压和额定电流选择

电磁式电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足

UN1≥UWIN1≥Iwmax

式中UN1、IN1——电流互感器一次额定电压和额定电流；

Uw、Iwmax——电流互感器安装处一次回路工作电压和最大长期工作电流。

3、按准确级和副边负荷选择

为了保证电流测量仪表的准确级，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。

为了保证电流互感器在一定的准确级下工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2,

SN2≥S2=I2N2Z2

Z2为电流互感器二次负荷阻抗；

IN2为电流互感器二次额定电流。

•Z2=∑KmcZm+KlcZl+Rc

式中∑Zm——接入电流互感器二次电路的仪表串联线圈总阻抗（Ω）；

Zl——二次电路连接导线单程的阻抗（Ω），一般可忽略电抗，仅计及电阻；

Rc——二次电路的接触电阻，一般取0.05～O.1（Ω）；

Kmc——仪表接线的阻抗换算系数；

Klc——连接线的阻抗换算系数。

电流互感器的二次负荷S2不超过相应准确等级下的额定容量SN2，则KlcZl应满足如下条件

•若连接导线的长度和电流互感器接线方式巳定，则连接导线的截面应为

式中

S——导线截面（电流回路采用2.5mm2及以上的铜导线）；

γ——导线的电导系数，铜为57m/（Ω·mm2）；

L——电流互感器安装地点到测量仪表之间实际路径的长度（m）；

4、热稳定校验

电流互感器的热稳定能力以1秒钟允许通过的一次额定电流倍数Kt表示。

故热稳定按下式校验

电流互感器流过短路电流时，不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于邻相之间电流的相互作用会使绝缘瓷帽上也受到外力的作用。

应对不同类型的电流互感器分别进行内部动稳定和外部动稳定校验。

内部动稳定校验应满足如下条件

外部动稳定校验有三种情况：

（1）当产品样本上标明瓷帽端部或接地端的允

许应力Fy时，按下式校验

（2）当产品样本未标明允许应力Fy，而给出相间距离a=0.4m，电流互感器出线（瓷帽）端部至最近一个支柱绝缘子的距离l=0.5m时的动稳定倍数Kdw时

（3）对于母线型电流互感器，当产品样本上标明允许应力Fy时，按下式校验

其中

L——导体平均计算长度（m），为电流互感器长度（m）。

为电流互感器出线（瓷帽）端部至最近一个支柱绝缘子的距离。

对于环氧树脂浇注的母线型电流互感器，可不校验动稳定。

例题见书中6-2

步骤：

1、根据题意原则类型

2、计算最大负荷阻抗

3、计算导线阻抗

4、按截面选导线，导线电阻

5、总电阻与互感器允许最大负荷比较，满足则为止，不满足，选大一级继续

6、稳定校验

第三节电压互感器

第一部分　电磁式电压互感器

一.工作原理Theworkingprinciple

二.测量误差Measuringerrors

三.准确级和额定容量

Accuracygradeandratedpower

四.铁磁谐振及防谐措施

Ferro-resonanceandthemeasuresofdampingferro-resonance

五.分类Classification

一.电磁式电压互感器的原理

1.工作原理

注：

二次侧接地。

2.电磁式电压互感器的特点

电压互感器一次侧的电压（即电网电压）不受互感器二次侧负荷的影响；

接在电压互感器二次侧的阻抗很大，通过的电流很小，电压互感器的工作状态接近于空载状态，二次电压接近于二次电势值，并取决于一次电压值。

额定变比

Ku=Ue1/Ue2

Ue1——电压互感器一次绕组的额定电压

Ue2——电压互感器二次线圈的额定电压

二、电磁式电压互感器的测量误差

等值电路和相量图

影响电压互感器误差的因素

（1）互感器一、二次绕组的电阻和感抗；

（2）激磁电流Io；

（3）二次负荷电流I2；

（4）二次负荷的功率因数cosφ2。

三.准确级和额定容量

1.电压互感器的准确级：

是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时误差的最大限值。

2.额定容量

对应于每个准确级，每台电压互感器规定一个额定容量。

在功率因数为0.8（滞后）时，额定容量标准值为10、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。

电压误差和相位差限值

四.铁磁谐振及防谐措施

1、铁磁谐振及危害

当电力系统操作或其它暂态过程引起互感器暂态饱和而感抗降低时，与电力网中的分布电容或杂散电容在一定条件下可能形成铁磁谐振。

铁磁谐振产生的过电流和／或高电压可能造成互感器损坏。

特别是低频谐振时，互感器相应的励磁阻抗大为降低而导致铁心深度饱和，励磁电流急剧增大，高达额定值的数十倍至百倍以上，从而严重损坏互感器。

2对铁磁谐振的防谐措施

在中性点不接地系统中：

1）在电压互感器开口三角或互感器中性点与地之间接入专用的消谐器；

2）选用三相防谐振电压互感器

3）增加对地电容破坏谐振条件

在中性点直接接地系统中：

采用人为破坏谐振条件

五.电磁式电压互感器分类

（1）按安装地点分为户内式和户外式。

（2）按相数分为单相式和三相式。

（3）按线圈数可分为双线圈和三线圈。

（4）按绝缘结构可分为干式、浇注式、充气式和油浸式。

油浸电磁式电压互感器的结构

油浸式电压互感器按其结构可分为普通式和串级式。

额定电压3～35kV油浸式电压互感器制成普通式结构，其铁芯和绕组浸在充有变压器油的油箱内，绕组通过固定在箱盖上的瓷套管引出。

电压为60kV及以上的电压互感器普遍制成串级式结构。

这种结构的主要特点是：

绕组和铁心采用分级绝缘，以简化绝缘结构；铁心和绕组放在瓷箱中，瓷箱兼作高压出线套管和油箱。

第二部分电容分压式电压互感器

一.工作原理

二.电磁式和电容分压式电压互感器的接线

三.对电压互感器接线的要求

一.工作原理

1、原理

UC2==KU1

其中：

K—分压比，

K=；

U1—装置的相对地电压,改变C1和C2的比值，可得到不同的分压比。

L—补偿电抗，可补偿电容分压器的内阻抗。

L’－高频阻断线圈，提高零序保护装置的灵敏度

TV—中间变压器，将测量仪表经中间变压器TV后与分压器连接，减小分压器的输出电流以减少误差。

rd—阻尼电阻，在TV付边单独设置一只线圈，接入阻尼电阻rd，用以抑制铁磁谐振过电压。

D—阻尼器器，用来在二次侧短路或开路时阻尼某次谐波铁磁谐振过电压。

E、E’—放电间隙，用以保护TV的原绕组和补偿电抗器L、L’，防止因受二次侧短路所产生的过电压而造成的损坏。

利用补偿电抗减小测量误差的原理

电容分压器简化成的含源一端口网络如图所示。

内阻抗Z1为电源短路后，自a和b两点所测得的入端阻抗。

其大小为：

Z1=

当接通负荷后，负荷电流将在Z1上产生压降，使Uc2降低。

在a和b回路中加入一电感L,则内阻抗变为：

当输出电压Uc2与负荷无关。

2.电容式电压互感器的特点

供110kV级及以上中性点直接接地系统测量电压之用

优点：

（1）除作为电压互感器用外，还可将其分压电容兼做高频载波通讯的耦合电容；

（2）电容分压式电压互感器的冲击绝缘强度比电磁式电压互感器高；

3）体积小，重量轻，成本低；

（4）在高压配电装置中占地面积很小。

缺点：

误差特性和暂态特性比电磁式电压互感器差，输出容量较小。

二.电磁式和电容式电压互感器的接线

1.单相电压互感器：

测量任意两相之间的线电压

2.两只单相电压互感器接成不完全星形接线（V—V形）

3.三只单相三绕组电压互感器接成星形接线，且原绕组中性点接地

线电压和相对地电压都可测量。

在小接地电流系统中，可用来监视电网对地绝缘的状况。

4.三相三柱式电压互感器的接线可用来测量线电压。

不许用来测量相对地的电压，即不能用来监视电网对地绝缘，因此它的原绕组没有引出的中性点。

5.三相五柱式电压互感器

测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护

6.电容式电压互感器的接线

测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护

适用于110～500kV的中性点直接接地电网中。

三.对电压互感器接线的要求

1.电压互感器的电源侧要有隔离开关。

2.在35kV及以下电压互感器的电源侧加装高压熔断器进行短路保护。

3.电压互感器的负载侧也应加装熔断器，用来保护过负荷。

4.60kV及以上的电压互感器，其电源侧可不装设高压熔断器。

5.三相三柱式电压互感器不能用来进行交流电网的绝缘监察。

6.电压互感器副边的保安接地点不许设在副边熔断器的后边，必须设在副边熔断器的前边。

7.凡需在副边连接交流电网绝缘监视装置的电压互感器，其一次侧中性点必须接地，否则无法进行绝缘监察。

第三部分.电压互感器的选择

1、按装置种类和型式选择

1）对于3～20千伏屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；

对于35千伏配电装置，宜采用电磁式电压互感器。

对于110千伏及以上配电装置，特别是母线上装设的电压互感器,通常采用串级式电磁式电压互感器;当容量和准确等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。

在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有剩余绕组的单相电压互感器组。

在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有剩余绕组的单相电压互感器组。

2）在500kV配电装置中,配置有双套主保护,并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求,电压互感器应具有三个二次绕组,即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组。

3）三相式电压互感器投资省,但仅⒛kV以下才有三相式产品。

为避免电网单相接地时,因零序磁通的磁阻过大,致使过大的零序电流烧坏互感器,则互感器的一次侧三相中性点不允许接地,不能测量相对地电压,故很少采用。

4）三相式电压互感器,当二次侧负荷不对称时,特别是在单相接地时,三相磁路不对称,将增大误差。

故用于接入精度要求较高的计费电能表时,不宜采用三相式电压互感器,可采用三个单相电压互感器组或两个单相电压互感器接成不完全三角形。

2、一次回路电压选择

为了保证电压互感器的安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压U1应在（0.9～1.1）UN1范围内变动，即应满足下列条件：

1.1UN1＞U1＞0.9UN1

式中U1——电网电压；

UN1——电压互感器一次绕组额定电压。

3、二次绕组和电压选择

电压互感器二次绕组数量按所供给仪表和继电器的要求确定。

电压互感器二次回路额定电压必须满足继电保护装置和测量用标准仪表的要求。

电压互感器二次侧额定电压可按表选择。

4、按准确级和二次绕组容量选择

在选择时，应首先根据继电保护装置和测量用标准仪表的接线要求，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，再按照所接仪表的准确级和容量选择电压互感器的准确级和额定容量。

对应于测量仪表所要求的最高准确级的电压互感器的额定二次容量SN2，应不小于电压互感器的二次负荷容量S2，

SN2≥S2

二次负荷容量S2的计算，一般按最大的一相负荷进行验算。

必要时可按表列出的接线方式和计算公式进行每相负荷的计算。

例题书中6-3

1、按题意选择互感器

2、按接线根据公式线负荷

3、根据公式每项负荷

4、按项最大负荷校验

第四节光电式互感器

一种新型的互感器，他们利用半导体集成电路技术、激光技术、光纤传输技术开发研制出了光电式电流互感器（OCT）和光电式电压互感器（OVT）以及组合式光电互感器（OMU）。

具有传统式互感器不可比拟的优点：

•体积小，重量轻；

•无铁心、不存在磁饱和和铁磁谐振问题；

•暂态响应范围大，频率响应宽；

•抗电磁干扰性能佳；

•无油化结构，绝缘可靠、价格低；

•便于向数字化、微机化发展。

光电式电流互感器发展到本世纪末，其原理与结构普遍集中到有源型、无源型及全光纤型三类。

作业

•6-6电压互感器一次绕组及二次绕组的接地各有何作用?

接地方式有何差异?

•2.1（自编）某变电所选用一台LDC-10-600-0.5型电流互感器,当准确度为0.5级时,其额定二次负荷为20VA,二次额定电流为5A。

二次侧所接测量表计最大一相负荷为15VA,连接表计与电流互感器的电缆长25m。

铜导线的电阻率ρ为1.75×Ω・m,接触电阻为0.1Ω,电流互感器采用不完全星形接线,试选择连接电缆的线芯截面。