東北農(nóng)大變電工程設計課件第3章 互感器

1、第3章 互感器互感器作用及工作原理電壓互感器和電流互感器的連接互感器是電力系統(tǒng)中供測量和保護的重要設備，也是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡元件。它可以將高電壓、大電流轉(zhuǎn)變成低電壓（100V、50V等）和小電流（5、1或0.5A），分別為測量儀表、保護裝置和控制裝置提供電壓或電流信號，反應電氣設備的正常運行和故障情況。無論大、中、小變電站都離不開互感器，互感器分為電壓互感器和電流互感器。一、互感器的種類和作用 互感器是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡元件，用以變換電壓或電流，分別為測量儀表、保護裝置和控制裝置提供電壓或電流信號，反映電氣設備的正常運行和故障情況，分為電壓互感器（TV

2、）和電流互感器（TA） 。 互感器的作用體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈返臉藴手?。，二次設備的絕緣水平可按低壓設計，使測量儀表和繼電保護裝置標準化、小型化，結構輕巧、價格便宜。 一、互感器的種類和作用（2）所有二次設備可用低電壓、小電流的控制電纜來連接，使配電屏內(nèi)布線簡單、安裝方便；便于集中管理，可以實現(xiàn)遠距離控制和測量。（3）二次回路不受一次回路的限制，接線靈活方便。對二次設備進行維護、調(diào)換以及調(diào)整試驗時，不需中斷一次系統(tǒng)的運行。一、互感器的種類和作用（4）使一次設備和二次設備實電氣隔離。使二次設備和工作人員與高電壓部分隔離，保證了設備和人身安全。二次設備出現(xiàn)

3、故障也不會影響到一次側(cè)，提高了一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的安全性和可靠性。（5）取得零序電流、電壓分量供反應接地故障的繼電保護裝置使用。 一、互感器的種類和作用二、電磁式電流互感器的工作原理 電流互感器的一次繞組串聯(lián)于被測量電路內(nèi)，二次繞組與二次回路串聯(lián)。當一次側(cè)流過電流I1時，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，此磁通穿過二次繞組，產(chǎn)生電動勢，在二次回路中產(chǎn)生電流I2。 磁勢平衡方程為：忽略很小的勵磁安匝： 只考慮電流數(shù)值得：電流互感器的額定電流比Ki： 二、電磁式電流互感器的工作原理 三、電磁式電壓互感器的工作原理 電磁式電壓互感器一次繞組與一次被測電力網(wǎng)并聯(lián)，二次繞組與二次測量儀表和繼電器的電壓線圈并聯(lián)。電磁

4、式電壓互感器二次電壓U2近似與一次電壓U1成正比，測出二次電壓，便可確定一次電壓。 在被測電網(wǎng)的相和地之間接有主電容C1和分壓電容C2，Z2為繼電器、儀表等電壓線圈阻抗。電容式電壓互感器實質(zhì)上是一個電容串接的分壓器，被測電網(wǎng)的電壓在電容C1、C2上按反比分壓。1. 分壓原理分壓比 三、電磁式電壓互感器的工作原理 主要由電容分壓器、補償電抗器、中間變壓器、阻尼器及載波裝置、防護間隙等組成。 2. 原理結構三、電磁式電壓互感器的工作原理 電流互感器中的電流誤差及角誤差（a）等值電路 （b）相量圖電流互感器的等值電路及相量圖如圖所示:電流互感器中的電流誤差及角誤差 圖中以二次電流 為基準，畫在第一象

5、限水平軸上，即初相角為 。二次電壓 超前 二次負荷功率因數(shù)角 ， 超前二 次總阻抗角 。鐵芯磁通 超前 90。勵磁磁勢 對 超前鐵芯損耗角 。根據(jù)磁勢平衡原理和相量圖可知，一次側(cè)通過的實際電流與二次電流測量值乘以額定互感比以后所得的值在數(shù)值和相位上都有差異，即有測量誤差。這是由于電流互感器存在勵磁損耗和磁飽和等而引起的。這種誤差通常用電流誤差和角誤差（相對誤差）來表示，其定義為：電流誤差為二次電流測量值乘額定互感比所得的值與實際一次電流之差，以后者的百分數(shù)表示。 由磁勢平衡方程可知，當勵磁損耗很小時，Ki=I1/I2K e=N2/N1 ,故式可以寫成 ()%100111122-=NININIf

6、i角誤差為二次電流相量旋轉(zhuǎn)180后與一次電流相量所夾的角，并規(guī)定 超前于 時，角誤差為正值；反之為負值。 I2N2及I1N1只表示其絕對值的大小，當I1N1 I2N2時，電流誤差為負；反之為正。由相量圖可得， I2N2 - I1N1 Ob-Od=-bd，當i很小時，bdbc，考慮到1弧度3440分，有（分）根據(jù)電磁感應定律，互感電動勢二次回路電壓降等于 ，在誤差不大時， ，則有根據(jù)公式可得電流互感誤差為 （分）電流互感器誤差因素分析電流互感器誤差因素分析 根據(jù)電磁感應定律，互感電動勢 二次回路電壓降等于E2，在誤差不大時，I2 I1 / kn ，則有根據(jù)公式可得電流互感器誤差為電流互感器誤差因

7、素分析電流互感器誤差因素分析Z2 和Z2l 一互感器二次線圈的內(nèi)阻抗和負荷阻抗（歐） （分）電流互感器誤差因素分析式中H 鐵芯磁場強度（安.匝/米） B 磁感應強度（韋/米2） S 鐵芯截面（米2 ） 磁路平均長度（亨/米） 磁芯磁導率（亨/米） 工頻頻率（50赫茲） 電流互感器的誤差主要由勵磁損耗和磁飽和等因素而引起。勵磁損耗的大小直接影響著誤差的大小，而勵磁損耗又主要由互感器的結構參數(shù)決定。 電流互感器誤差因素分析 1一次電流的影響電流互感器誤差因素分析 一次電流I1與互感電勢E2和磁感應強度B成正比，而且還與磁導率及鐵芯損耗角有關。鐵芯損耗角隨磁場強度的大小而變化。 1一次電流的影響電流

8、互感器誤差因素分析 鐵芯的磁場強度越大，鐵芯損耗角就越大。當一次電流I1減小，值將逐漸下降，由于磁導率下降勵磁損耗增大，故誤差fi和i隨I1減小而增大，但由于勵磁損耗角隨磁場強度H減小而減小，故i比fi增加快些。電流互感器誤差因素分析 當系統(tǒng)發(fā)生短路，一次電流為數(shù)倍于額定電流時，由于鐵芯開始飽和，值下降，因而誤差隨I1增加而增大，由于鐵芯損耗角也隨之增大，所以其變化特性曲線fi比i增加快些。 1一次電流的影響電流互感器誤差因素分析 2二次負荷阻抗及功率因數(shù)對誤差的影響 電流互感器誤差因素分析 當功率因數(shù)不變時，增加二次負荷阻抗Z2，I2減小，依磁勢平衡原理，I0N1將增加，因而fi及i增大。當

9、二次負荷功率因數(shù)角增加時， a角增大，使fi增大，而i減?。环粗呜摵晒β室驍?shù)角減小時，a角減小,fi減小，而i增大。 2二次負荷阻抗及功率因數(shù)對誤差的影響 電流互感器誤差因素分析 3電流互感器二次繞組開路的影響電流互感器誤差因素分析 后果：危及工作人員的人身安全和儀表、繼電器的絕緣；磁感應強度驟增使鐵芯損耗增加、引起過熱使鐵芯和繞組都有被損壞的危險；在鐵芯中還會產(chǎn)生剩磁使互感器誤差增大。電流互感器誤差因素分析 當電流互感器需要在運行中拆除二次回路所連接的儀表時，必須先用導線（或者專用短路壓板）將二次線圈或需拆儀表的端子短接起來，然后進行工作，用來防止二次回路開路造成嚴重危害。電流互感器的準

10、確級與10%誤差曲線電流互感器的準確級及10%誤差曲線 電流互感器根據(jù)測量時誤差的大小而劃分為不同的準確級，準確級是指在規(guī)定的二次負荷范圍內(nèi)一次電流為額定值時的最大誤差限值。電流互感器的準確級 電流互感器的準確級及10%誤差曲線 測量用電流互感器有以下準確級：0.5級、0.2級、0.1級、0.05級、0.02級、0.01級、0.005級、0.002級、0.001級和0.5S級、0.2S級、0.1S級、0.05S級、0.02S級、0.01S級、0.005S級、0.002S級、0.001S級。其中S（special）代表特殊用途的電流互感器的精度標準。電流互感器的準確級 準確級次一次電流為額定電流

11、的百分數(shù)（）誤差極限二次負荷變化范圍電流誤差（） 角誤差（）0.2100.520（0.251）S2e200.35151001200.2100.510160200.75451001200.5301102120201.5901002001603501203.0不規(guī)定（0.51）S2e105012010B1003不規(guī)定S2e100n電流互感器的準確級和誤差極限電流互感器的準確級及10%誤差曲線 電流互感器保護級與測量級的準確級要求有所不同，對于測量級電流互感器的要求是在正常工作范圍內(nèi)有較高的準確度，而保護級電流互感器主要是在系統(tǒng)短路時工作，一般只要求310級，但是對在可能出現(xiàn)的短路電流范圍內(nèi)，則要求

12、互感器最大誤差限值不得超過-10%。電流互感器的準確級 電流互感器的準確級及10%誤差曲線 同一臺電流互感器使用在不同的準確度級時，規(guī)定有相應的額定容量。當電流互感器使用于向收費用電度表供電時，應控制二次負載阻抗數(shù)值范圍，否則會降低準確度級，使測量的電能數(shù)不準確。電流互感器的準確級 電流互感器的準確級及10%誤差曲線 當電流互感器所通過的短路電流為一次額定電流的n倍時，其誤差達到-10%，n稱為10%倍數(shù)，而10%倍數(shù)與互感器二次允許最大負荷阻抗Z2e的關系曲線n=f（Z2e）便叫做電流互感器的10%誤差曲線。通常，10%誤差曲線由制造廠家提供，只要電流互感器實際二次負荷不超過按最大一次電流倍

13、數(shù)從曲線上查出的Z2e值，就保證了誤差不超過-10%。電流互感器10%誤差曲線 電流互感器10%誤差曲線電流互感器分類及接線 按照用途電流互感器一般可分為保護用電流互感器和計量用電流互感器兩種。保護用電流互感器又可分為: P（protection，保護）類 TP（transient protection，暫態(tài)保護）類。 按安裝地點可分為戶內(nèi)式和戶外式。20kV及以下制成戶內(nèi)式；35kV及以上多制成戶外式。電流互感器的分類 電流互感器分類及接線按安裝方式可分為穿墻式、支持式和裝入式。穿墻式裝在墻壁或金屬結構的孔中，可節(jié)約穿墻套管；支持式則安裝在平面或支柱上；裝入式是套在35kV及以上變壓器或多油

14、斷路器油箱內(nèi)的套管上，故也稱為套管式。電流互感器的分類 電流互感器分類及接線按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式等。干式用絕緣膠浸漬，適用于低壓戶內(nèi)型電流互感器；澆注式利用環(huán)氧樹脂作絕緣，目前僅用于35kV及以下的電流互感器；油浸式多為戶外型。 按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式和多匝式。電流互感器的分類 電流互感器的分類 1.干式和澆注絕緣互感器 干式互感器適用于戶內(nèi)、低電壓的互感器。 澆注式互感器廣泛用于1020kV級電流互感器。 如圖：澆注絕緣電流互感器結構 (多匝貫穿式) 電流互感器的分類 （2）LMZ1-10、LMZD1-10型環(huán)氧樹脂澆注絕緣單匝母線式電流互感器 電流互感器的分類 （3）LFZ

15、B-10型環(huán)氧樹脂澆注絕緣有保護級復匝式電流互感器 電流互感器的分類 （4）LQZ-35型環(huán)氧樹脂澆注絕緣線圈式電流互感器 電流互感器的分類 2.油浸式電流互感器 U字形電容絕緣原理結構圖 吊環(huán)行繞組結構圖 電流互感器的分類 2、油浸式電流互感器 （1）LCW-110型戶外油浸式瓷絕緣電流互感器 電流互感器的分類 2、油浸式電流互感器 （2）LCLWD3-220型戶外瓷箱式電流互感器 電流互感器的分類 2、油浸式電流互感器 （3）L-110型串級式電流互感器電流互感器的結構類型3.SF6氣體絕緣電流互感器 SF6電流互感器有兩種結構形式，一種是與SF6組合電器（GIS）配套用的，一種是可單獨使

16、用的，通常稱為獨立式SF6電流互感器，這種互感器多做成倒立式結構。 SF6氣體絕緣電流互感器 電流互感器的分類 4.新型電流互感器簡介 新型電流互感器按耦合方式可分為無線電電磁波耦合、電容耦合和光電耦合式。 電流互感器的分類 4.新型電流互感器簡介 光電式電流互感器性能最好，基本原理是利用材料的磁光效應或光電效應，將電流的變化轉(zhuǎn)換成激光或光波，通過光通道傳送，接收裝置將收到的光波轉(zhuǎn)變成電信號，并經(jīng)過放大后供儀表和繼電器使用。 電流互感器的分類 4.新型電流互感器簡介 非電磁式電流互感器的共同缺點是輸出容量較小，需要較大功率的放大器或采用小功率的半導體繼電保護裝置來減小互感器的負荷。第一個字母

17、第二個字母 第三個字母 第四個字母 字母 含義字母 含義字母 含義字母 含義L電流互感器 A穿墻式B支持式C瓷箱式D單匝式F復匝式J接地保護M母線式Q線圈式R裝入式V倒置式Y低壓式Z支柱式C瓷絕緣G改進的J樹脂澆注K塑料外殼L電容式絕緣M母線式P中頻的S速飽和的W戶外式Z澆注絕緣B保護級D差動保護J加大容量Q加強型Z澆注絕緣LZZJ-10 LA-10Q LFC-10 LCWD-10 LZZBJ-10 LVQB-220 各種電流互感器500kV斷路器及CT LVB-35W3 型電流互感器 LVBZ1-35 型電流互感器電流互感器的結構 單匝式結構有貫穿式（一次繞組為單根銅管或銅桿）和母線式（以母

18、線穿過互感器作為一次繞組）。多匝式按結構可分為線圈式、“8”字形和“U”字形。其他類型電流互感器情況簡介 新型“超高壓和特高壓”電流互感器。 新型電流互感器的特點是：高低壓間沒有直接的電磁聯(lián)系，使絕緣結構大為簡化；測量過程中不需要消耗很大能量；沒有飽和現(xiàn)象，測量范圍寬，暫態(tài)響應快，準確度高，重量輕，成本低。其他類型電流互感器情況簡介 新型電流互感器按高、低壓都分的耦合方式，可分為無線電電磁波耦合、電容耦合和光電耦合式。 電流互感器的接線（1）單相接線主要用來測量單相負荷電流或三相系統(tǒng)中平衡負荷的某一相電流。（2）兩相V形接線又稱不完全星形接線，在610kV中性點不接地系統(tǒng)中應用較廣泛。 （3）

19、兩相電流差接線通常應用于繼電保護線路中。 （4）星形接線用來測量負荷平衡或不平衡的三相電力系統(tǒng)中的三相電流。電流互感器運行注意事項電流互感器運行注意事項電流互感器運行注意事項（1）電流互感器的鐵芯和二次（次級）側(cè)的一端必須按保護和計量要求可靠接線（特殊保護除外）。（2）電流互感器的二次（次級）側(cè)只能短路，絕對不能開路。電流互感器運行注意事項（3） 一般情況下，單相計量主要用于低壓負載的單相供電方式，高壓系統(tǒng)及三相負載電路均采用三相計量，三相計量對極性的關系更為重要，正確判斷極性和接線的正確是計量的必要條件。電流互感器運行注意事項（4）電流互感器的二次回路不允許接入其他無關的設備，應有專用電流互

20、感器或?qū)Ｓ枚卫@組與電能表相連接。為提高低負荷時的計量準確性，應選用S級電流互感器與寬負荷電能表。對經(jīng)電流互感器接入的電能表，其標稱電流不宜超過電流互感器額定二次電流的30%120%。 電流互感器運行注意事項（5）電流互感器變比的影響 電流互感器的變比選擇過大時，或者對負荷變化大而且在小負荷長時間運行的用戶，計量準確度會受到影響。為了保證小負荷時計量的準確度，可采用S級電流互感器與寬負荷電能表（過載能力為4倍及以上），如選用0.2S級電流互感器與標稱電流為15A的寬負荷電能表。S級電流互感器是一種計量準確度更高的電流互感器，可以保證在1%120%額定電流范圍內(nèi)的計量準確度。0.2S是指為滿足特

21、殊使用要求制造的0.2級的互感器。比普通0.2級互感器精度的測試范圍更寬一些。由圖可見，負荷電流在1%120%額定電流的范圍內(nèi)都能保證所要求的準確度。電流互感器運行注意事項（5）電流互感器變比的影響 當電流互感器的變比選擇過大時，或者對負荷變化大而且在小負荷長時間運行的用戶，計量準確度會受到影響。為了提高計量的準確度，應使負荷電流的指示在標度尺2/3左右，以減少小負荷下電能計量的損失。電流互感器運行注意事項（5）電流互感器變比的影響 選擇時應滿足最大負荷電流與S級電流互感器的額定一次電流相一致或不大于額定一次電流的120%，最小負荷電流值不小于電流互感器額定一次電流的20%左右。（6）當由于繼

22、電器保護的要求致使電流互感器的變比選擇過大而不能滿足計量要求時，應采用計量繞組二次有抽頭的電流互感器或者采用測量繞組和保護繞組具有復變比的電流互感器。電流互感器運行注意事項電流互感器運行注意事項 具有復變比的電流互感器指在同一臺電流互感器上，允許測量級和保護級有不同的電流比。具有復變比的電流互感器能給用戶帶來很大好處，當負荷電流變動大又要求電費計量準確時，希望用小電流比的互感器計量輕負荷。電流互感器運行注意事項而繼電保護要求在短路故障情況下，在準確限值一次電流范圍內(nèi)滿足誤差要求，希望其額定電流值大于實際運行電流，以降低其準確系數(shù)的要求，此時需要用大電流比的互感器。所以，具有復變比的電流互感器兼

23、顧了計量和繼電保護不同的要求。電壓互感器作用、特點及種類電壓互感器是用來進行電壓轉(zhuǎn)換的互感器。電壓互感器符號：TV（舊標YH），也可以簡稱為PT（potential transformer）。它是二次回路中供測量和保護用的電壓源，通過它能正確反映系統(tǒng)電壓的運行狀況。一、電壓互感器的作用 1、將一次側(cè)的高電壓改變成二次側(cè)的低電壓，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并便于監(jiān)視、安裝和維護；2、使低壓二次回路與高壓一次系統(tǒng)隔離，保證了工作人員的安全。一、電壓互感器的作用二、電壓互感器的特點（1）電壓互感器一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組匝數(shù)較少，使用時一次繞組與被測量電路并聯(lián)，二次繞組與測量儀表或繼電器

24、等電壓線圈并聯(lián)。二、電壓互感器的特點（2）電壓互感器在正常運行時相當于一個空載運行的降壓變壓器，其二次電壓取決于一次的電壓值。二、電壓互感器的特點（3）二次側(cè)負荷阻抗較大，正常情況下二次電流很小，電壓互感器近于開路狀態(tài)運行，容量較小，要求有較高的安全系數(shù)。 三、電壓互感器的種類和型號 1電壓互感器的種類 按安裝地點分：戶內(nèi)式（35kV電壓等級以下）和戶外式（35kV及以上）。 按絕緣方式分：干式（低壓）、澆注式（335kV） 、油浸式（35kV及以上）和氣體絕緣式等。三、電壓互感器的種類和型號 1電壓互感器的種類 按繞組數(shù)分：雙繞組、三繞組和四繞組式。 按相數(shù)分：單相式（35kV及以上）和三相

25、式（20kV以下） 。 按結構原理分：電磁式和電容式。電磁式又可分為單級式（35kV以下）和串級式（63kV以上）。 產(chǎn)品名稱 相數(shù) 絕緣形式 結構形式 設計序號 額定電z（kV） 三、電壓互感器的種類和型號 2. 電壓互感器的型號 電壓互感器的型號用漢語拼音字母表示，分包括產(chǎn)品型號符號和設計序號，短橫線后為電壓等級（kV）。 234615型號名稱表示字母字母含義型號名稱表示字母字母含義用途J電壓互感器結構形式及用途X帶剩余（零序）繞組相數(shù)D單相B三柱帶補償繞組式S三相W五柱三繞組絕緣形式J油浸式G空氣（干式）C串級式帶剩余（零序）繞組Z澆注成型固體F測量和保護分開的二次繞組Q氣體油保護方式N不帶金屬膨脹器C瓷絕緣R電容分壓式型號中各字母含義見表 SF6氣體絕緣電壓互感器SF6氣體絕緣電壓互感器三、電壓互感器的種類和型號 （1）JSJW-10型油浸式三相五柱電壓互感器。三、電壓互感器的種類和型號 （2）JCC-20型串級式電壓互感器。三、電壓互感器的種類和型號 （3）JDXN35電壓互感器。澆注式電壓互感器 JDZ10型澆注式單相電