第二章 互感器、變換器與基本繼電器

第二章互感器、變換器和基本繼電器1、了解互感器的作用2、知道TV、TA的作用及分類3、了解TV、TA的工作原理與準(zhǔn)確度級4、知道TV、TA的主要接線方式知識目標(biāo)能力目標(biāo)1、能分析互感器的誤差2、會接TV、TA的接線3、會判斷互感器極性§2.1互感器綜述一、互感器

互感器是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)元件，將一次系統(tǒng)側(cè)的高電壓、大電流轉(zhuǎn)換為二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，向二次電路提供交流電源，以正確反映一次系統(tǒng)的正常運行和故障情況。互感器

電流互感器電壓互感器TV將一次側(cè)的高電壓變換成二次側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)低電壓（100或100/V），其一次繞組與被測電網(wǎng)相并聯(lián)，二次繞組與二次測量儀表和繼電器的電壓線圈相并聯(lián)。二、互感器與系統(tǒng)的連接電流互感器TA將一次側(cè)的大電流變換成二次側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)小電流（5或1A），其一次繞組串聯(lián)于被測電路內(nèi)，二次繞組與二次測量儀表和繼電器的電流線圈相串聯(lián)。電壓互感器三、互感器的作用技術(shù)方面經(jīng)濟方面安全方面可以將高電壓變成低電壓，大電流變成小電流，便于測量；也易實現(xiàn)自動化和遠(yuǎn)動化。使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，結(jié)構(gòu)輕巧，價低。可用低電壓、小截面的控制電纜，屏內(nèi)布線簡單、安裝調(diào)試方便，造價低。使測量儀表和繼電器與一次高壓隔離，且互感器二次接地保證了設(shè)備和人身安全。一次系統(tǒng)發(fā)生短路時，能夠保護測量儀表和繼電器免受大電流的傷害，保證了設(shè)備安全?！?.2電流互感器（TA）

與普通變壓器一樣，TA工作的基礎(chǔ)原理為電磁感應(yīng)原理。一次側(cè)通過電流時，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，此磁通穿過二次繞組，感應(yīng)電動勢，在二次回路中產(chǎn)生電流。其中：—額定電流比；—互感器一次、二次繞組的額定電流；、一、TA的工作原理根據(jù)磁勢平衡原理，如果忽略了勵磁電流時，則有：、、—工作電流；—一次、二次繞組匝數(shù)；—匝數(shù)比。

可見，由測量出的二次電流I2乘以變比Ki即可測得一次實際電流I1。二、TA的結(jié)構(gòu)原理

TA基本組成部分為：繞組、鐵芯、絕緣物和外殼。由于在同一回路中，為滿足測量和繼電保護的要求，常需要很多電流互感器，為節(jié)省投資，一臺電流互感器常安裝有相互間沒有磁聯(lián)系的獨立鐵芯環(huán)和二次繞組，并公用一次繞組。這樣可以形成變比不同、準(zhǔn)確度級不同的多臺TA?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖：三、TA的工作特點1、一次電流的大小取決于一次負(fù)載電流，與二次電流大小無關(guān)。

2、正常運行時，二次繞組近似于短路工作狀態(tài)3、運行中的電流互感器二次回路不得開路。否則會在開路的兩端出現(xiàn)高電壓危及人身安全，或是互感器發(fā)熱損壞。原因：一次繞組串聯(lián)于被測電路中，匝數(shù)很少，阻抗小，對一次負(fù)載電流影響很小。原因：二次負(fù)載是測量儀表和繼電器的電流線圈，阻抗很小，因此接近于短路運行。原因：開路會在開路的兩端出現(xiàn)高電壓危及人身安全，或是互感器發(fā)熱損壞。問題：為什么TA二次側(cè)不能開路？

答：電流互感器正常運行時，二次電流在鐵芯中產(chǎn)生的二次電動勢對一次電動勢起去磁作用。因此勵磁電動勢及合成磁通都很小，一般不超過幾十伏。二次回路開路后，二次電流變?yōu)榱?，失去去磁的一次電動勢全部用于勵磁。合成磁通增大很多倍，使鐵芯磁路高度飽和，磁通的由原來的低幅正弦波變成高幅值的交流平頂波。二次電動勢的大小取決于磁通的變化率，當(dāng)磁通過零時，變化率最大，此時將在開路兩端感應(yīng)出交流高幅值的尖頂沖擊波電壓，達(dá)幾千伏甚至上萬伏，危及人身安全。另外，由于磁路飽和時，鐵芯中的磁滯渦流損耗急劇上升，會引起鐵芯過熱，甚至燒壞電流互感器。1、TA的極性及向量圖四、TA的極性、測量誤差及影響因素當(dāng)忽略電流互感器勵磁電流后，鐵芯中合成磁動勢為一次和二次繞組的安匝數(shù)之差，即2、TA的等值電路及向量合成關(guān)系圖3、TA的測量誤差①電流誤差（比差）：

②角度誤差：4、誤差的影響因素①一次電流的影響。當(dāng)一次側(cè)電流較額定電流小得多時，不足以建立激磁，則誤差較大；當(dāng)一次電流增大至額定電流附近時，TA運行在設(shè)計的工作狀態(tài)，誤差最??；當(dāng)一次電流超過額定電流后，磁路飽和，誤差很大。為此，使用TA時，應(yīng)使一次額定電流與一次電路電流相配套。②二次負(fù)載的影響。如果一次電流不變，則二次負(fù)載阻抗和功率因數(shù)直接影響誤差的大小。當(dāng)二次負(fù)載增大時，二次電流減小，對一次電流去磁作用減弱，則比差與角誤差都會增加；當(dāng)功率因數(shù)變化時也會不同程度影響比差與角差的大小。因此，要保證TA的測量誤差不超過規(guī)定值，應(yīng)將其二次負(fù)載與功率因數(shù)限制在相應(yīng)范圍內(nèi)。

繼電保護規(guī)程規(guī)定，用于保護的電流互感器，電流誤差在最惡劣的條件下不能超過-10%；角度誤差在最惡劣的條件下不超過。5、幾個相關(guān)概念①一次電流倍數(shù)m—實際流過電流互感器的一次電流I1與一次繞組額定電流I1N之比，即②10%誤差曲線設(shè)Ki為電流互感器的變比，其一次側(cè)電流與二次電有I2＝I1／Ki的關(guān)系，在Ki為常數(shù)（電源互感器I2不飽和）時，就是一條直線，如圖中曲線1所示。當(dāng)電流互感器鐵芯開始飽和后，I1與I2就不再保持線性關(guān)系，而是如圖中的曲線2所示，呈鐵芯的磁化曲線狀。繼電保護要求電流互感器的一次電流I1等于最大短路電流時，其變比誤差小于或等于10％。因此，我們可以在圖中找到一個電流值I1·max，自I1·max作垂線與曲線1、2分別相交于B、A兩點，且BA＝0.1（為I1·max折算到二次的值）。如果電流互感器的一次電流I1≤I1·max，其變比誤差就不會大于10%。五、TA的準(zhǔn)確度級和額定容量TA的測量誤差可用其準(zhǔn)確度級來表示，根據(jù)其測量誤差的不同劃分出不同的準(zhǔn)確度級。

準(zhǔn)確度級實質(zhì)是在規(guī)定的二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大電流誤差。1、TA的準(zhǔn)確度級

0.1、0.2級用于實驗室精密測量和供電容量超過一定值（月供電量超過100萬KWh）的線路或用戶

我國GB1208-1997《電流互感器》規(guī)定測量用的TA的測量精度有：0.1、0.2、0.5、1、3、5六個準(zhǔn)確度級。0.5級用于收費電能表3級、5級的TA用于一般測量和保護0.5—1級用于盤式儀表和技術(shù)上用的電能表2、TA的額定容量

TA的額定容量專指二次額定容量S2N在額定二次電流I2N和在某一準(zhǔn)確級的額定二次阻抗Z2N下，二次繞組的輸出容量。

由于二次電流已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化（5A或1A）,所以上式中額定容量S2N可以用二次負(fù)載阻抗Z2N代替，稱為二次額定阻抗?；ジ衅髦圃鞆S商提供電流互感器的二次額定歐姆數(shù)，供使用者在設(shè)計計算時參考。六、電流互感器的接線1、電流互感器的極性

TA的極性用減極性原則注明，一次繞組用L1、L2，二次繞組用K1、K2注明，L1、K1為同名端，L2、K2為同名端。當(dāng)一次電流從L1流入時，同時二次電流從K1流出。

電氣裝置在安裝接線時，同名端子不可接錯，否則會造成功率型測量儀表和繼電保護工作紊亂。2、TA的接線

TA常用的接線方式有四種：單相式連接、三相星形連接、不完全星形連接和兩相電流差式接法。①單相式連接

由于只能測量一相的電流以監(jiān)視三相的運行，故通常用于三相對稱的電路中。

可測量三相電流，故用于可能出現(xiàn)三相不對稱的電路中，以監(jiān)視三相電路運行的情況。

②三相星形連接

只用兩臺TA，測量兩相的電流，通過公共導(dǎo)線可測量第三相的電流。用于發(fā)電廠、變電所6—10KV饋線回路測量和監(jiān)視三相系統(tǒng)運行情況。③不完全星形連接④兩相電流差式接法3、接線系數(shù)對于保護裝置來說，流過電流繼電器繞組的電流Ikr與電流互感器二次側(cè)電流I2的比值稱為接線系數(shù)，表示為當(dāng)保護裝置啟動電流為I1op時，反映到電流互感器二次側(cè)的電流值為I1op/Ki，反映到繼電器里的電流為I2op為對于兩相電流差式接線，發(fā)生三相短路時，；當(dāng)AC兩相短路時，；當(dāng)AB或者BC兩相短路時，都有。4、對三相星型和兩相不完全星型接線的性能分析①對中性點直接接地和非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路都能正確反映，接線系數(shù)為1。②對中性點不接地和非直接接地電網(wǎng)中的各種兩點接地故障既有優(yōu)點，又有不足。（見課本圖2-6）③對△/Y11變壓器的低壓側(cè)發(fā)生任意兩相短路事故時，在原邊都有兩相電流是第三相電流一半的結(jié)論。因此，原邊采用兩相不完全星型接線作為下一級線路的后備保護時，為了提高靈敏度，可在兩相不完全星型接線的中性線上再串接一個過電流繼電器。③七、電流互感器的類型3、按安裝方式：4、按工作原理分

電磁式

電容式光電式無線電式5、按一次繞組匝數(shù)分

單匝式多匝式1、按安裝地點分戶內(nèi)式（20KV及以下）戶外式（35KV及以上）2、按絕緣分

干式：（絕緣膠浸漬，用于低壓屋內(nèi)配電裝置）

澆注式（環(huán)氧樹脂，用于3—35KV)油浸式和串級式（用變壓器油作絕緣，用于10—220KVTA中）

電容式（電容器作絕緣，用于110KV及其以上的電壓等級TA中）

支持式（平面和支柱上）裝入式（也叫套管式，可節(jié)省套管緣子而套裝在變壓器導(dǎo)體引出線穿出外殼的油箱上）§2.3電壓互感器（TV）一、TV的工作原理和特點1、TV的工作原理

TV的工作原理與普通變壓器相同，結(jié)構(gòu)原理和接線也相似，但二次電壓低、容量?。◣资甐A或幾百VA）且大多數(shù)情況下負(fù)荷衡定。TV一次繞組和二次繞組的額定電壓值比稱為TV的額定電壓比，用KU表示，如果不考慮激磁損耗，即為一二次繞組的匝數(shù)比。即2、TV的工作特點①一次側(cè)電壓決定于電網(wǎng)電壓，不受二次負(fù)載影響。③運行中TV二次側(cè)不允許短路。當(dāng)二次側(cè)短路時，將產(chǎn)生很大的短路電流損壞TV。為保護二次繞組，在二次側(cè)出口處安裝FU或快速自動空氣開關(guān)，用于短路或過載保護。②正常運行時，TV二次側(cè)近似工作在開路狀態(tài)，相當(dāng)于空載運行的變壓器。TV的二次負(fù)載是儀表、繼電器的電壓線圈，匝數(shù)多、電抗大，電流小。二、TV的誤差及誤差的影響因素①電壓誤差1、TV的誤差②角度誤差

旋轉(zhuǎn)180°的二次電壓與一次電壓之間的夾角。規(guī)定超前于時，為正，否則為負(fù)。2、影響誤差的運行因素

①一次電壓的影響：TV的一次額定電壓已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，將其用于高、低的電壓等級中，或運行中電壓與額定電壓偏離太遠(yuǎn)，誤差都會增大。故TV應(yīng)一次額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓相適應(yīng)。②二次負(fù)載的影響：如果一次電壓不變，二次負(fù)載阻抗及其功率因數(shù)直接影響誤差的大小。當(dāng)負(fù)載接入過多時，二次負(fù)載阻抗下降，二次電流增大，TV繞、組上的壓降增大，誤①①②差增大；二次負(fù)載功率因數(shù)過大或過小，也會影響誤差。因此，二次負(fù)載阻抗和功率因數(shù)應(yīng)限制在一定范圍之內(nèi)。3、TV的準(zhǔn)確度級和額定容量①TV的準(zhǔn)確度級

TV的準(zhǔn)確度級指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，負(fù)荷的功率因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。

我規(guī)定的TV測量精度有0.2、0.5、1、3四個準(zhǔn)確度級。其中，0.2、0.5、1級的使用范圍同TA，3級的用于某些測量儀表和繼電保護裝置。②TV的額定容量

TV的額定容量是指對應(yīng)最高準(zhǔn)確度級下的額定容量。例如JDZ-10型TV,各準(zhǔn)確度下的額定容量分別為0.5級—80VA，1級—120VA，3級—300VA。同時，TV按最高電壓下長期工作允許的發(fā)熱條件出發(fā)，還規(guī)定了最大容量。例如上述TV的最大容量為500VA，該容量是用來傳遞功率的，例如給信號燈、斷路器分閘線圈供電等按安裝地點電壓互感器分類按相數(shù)分按每相繞組按絕緣分三、TV的類型和結(jié)構(gòu)按工作原理戶內(nèi)式戶外式單相式三相式雙繞組三繞組澆注式油浸式串級油浸式電容式干式電容分壓式電磁式結(jié)構(gòu)

TV基本結(jié)構(gòu)包括鐵芯、一次繞組、二次繞組、外殼及引出線端等。JDJ-10型TV外形圖結(jié)構(gòu)圖JDZ-10型TV外形圖結(jié)構(gòu)圖型號意義JSJW—10電壓互感器D:單相式S:三相式C:串級式C:瓷絕緣J:油浸式G:干式Z:環(huán)氧樹脂澆注R:電容式W:五柱式J:接地保護用一次額定電壓四、TV的接線方式1、單相接線可測量某一相間電（35KV及以下中性點非直接接地電網(wǎng)）或相對地電（110KV中性點直接接地網(wǎng)）。2、V,v接線

測量線電壓，不能測量相電壓。用于20kV及以下中性點不接地或經(jīng)消弧線圈的電網(wǎng)中。3、三相三柱式電壓互感器接成Y/Y0形接線

只能測量線電壓，不能測量相電壓。因為它的一次繞組中性點不能引出，所以不能監(jiān)視對地絕緣。

4、三相五柱式TV接成Y0∕Ｙ0/△

接線可測量線電壓和相電壓，還可作絕緣監(jiān)視。

5、三臺單相三繞組TV接成Y0∕Y0∕△接線廣泛用于35KV及以上電網(wǎng)中，可測量線電壓、相電壓和零序電壓。五、電容式電壓互感器1、電容式電壓互感器的工作原理C1、C2為分壓電容，T為隔離變壓器，其變比為KT=1，Zn為等值電源內(nèi)阻。據(jù)二次側(cè)接入負(fù)載后的等值電路圖可知

顯然，是由于等值電源內(nèi)阻和變壓器阻抗的共同作用而引起的，這就是電壓誤差。2、減小電容式電壓互感器輸出電壓誤差的辦法①諧振電抗器法可以在T的原邊加入一個鐵芯電感線圈，選擇合適的L值，就可以在原邊電路中產(chǎn)生C2和L的諧振。這樣，將使容抗引起的內(nèi)阻壓降大大減小。特點：由于數(shù)值很小，從而使電壓變換誤差顯著減??；完全或近似于完全諧振時，與幾乎同相位，使電壓角度誤差接近于零。上述作法帶來一個十分尖銳的問題不能回避：當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)受沖擊時，T可能變成一個非線性變壓器，器阻抗值變化，系統(tǒng)頻率亦變化，當(dāng)條件合適的時候，就會發(fā)生LC震蕩，且這個震蕩頻率一般稍稍偏離工頻，稱之為鐵磁諧振。鐵磁諧振會產(chǎn)生很高的過電壓，使互感器、儀表和繼電保護器等損壞。②鐵磁諧振抑制法L0與C0構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。正常運行時，系統(tǒng)頻率為工頻，此并聯(lián)回路對工頻信號呈現(xiàn)高阻抗，起到隔離阻尼電阻R0的作用；當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振時，諧振頻率高于工頻，并聯(lián)諧振回路阻抗顯著降低，阻尼器投入工作，起到抑制鐵磁諧振的目的（當(dāng)阻尼器投入運行，鐵磁諧振的條件就被破壞，諧振就會消失或者大大減弱，從而保護了設(shè)備，也是提高電容式電壓互感器精度的一種辦法）。3、用途用于110KV~500KV中性點直接接地的電力系統(tǒng)中?！?.4對稱分量濾過器電力系統(tǒng)正常運行時，只有正序分量的從在，只有在不對稱運行或者不對稱故障時，才出現(xiàn)負(fù)序分量或同時出現(xiàn)負(fù)序分量和零序分量。以對稱分量作為啟動信號的繼電保護裝置，必須使用對稱分量濾過器。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱短路故障時出現(xiàn)負(fù)序分量發(fā)生接地短路故障時出現(xiàn)零序分量出現(xiàn)零序分量可以利用反應(yīng)負(fù)序、零序分量來構(gòu)成不對稱短路保護。

當(dāng)輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時，輸出端只輸出零序分量時，稱為零序分量濾過器；只輸出負(fù)序分量時，稱為負(fù)序分量濾過器；只輸出正序分量時，稱為正序分量濾過器。一、零序分量濾過器對稱分量濾過器正序電壓、電流濾過器負(fù)序電壓、電流濾過器零序電壓、電流濾過器1、零序電流濾過器

根據(jù)不對稱分量的理論，正序、負(fù)序三相仍然對稱，其三相相量和等于零。

根據(jù)不對稱分量的理論，正序、負(fù)序三相仍然對稱，其三相相量和等于零。

顯然，流過過電流繼電器的電流Ir由強電回路的3倍零序電流歸算至電流互感器二次側(cè)的值減去電流互感器2、零序電壓濾過器的三相勵磁不平衡電流得到。而不管是正常運行還是故障情況下，電流互感器的三相勵磁不平衡電流的數(shù)值都很小，不足以使KA啟動；一旦有接地故障發(fā)生時，3倍的零序電流折算值將是一個很大的值，將足以使KA產(chǎn)生動作。實際當(dāng)中，常在三相電纜外面直接套接一個電流互感器而獲得?？梢钥闯觯釉谶^電壓繼電器上的電壓是3倍的真實零序電壓值變換到電壓互感器二次側(cè)的值，即折算值?！?.5電力系統(tǒng)的基本繼電器

電力系統(tǒng)的基本繼電器有：電磁型過電流繼電器、感應(yīng)型過電流繼電器、欠電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器等。一、電磁型過電流繼電器

電磁型繼電器基本結(jié)構(gòu)型式有螺管線圈式，吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動舌片式三種，如下圖所示。電流繼電器在電流保護中用作測量和起動元件，它是反應(yīng)電流超過某一整定值而動作的繼電器。一些基本參數(shù)：動作電流：動作力矩能夠克服阻尼力矩，從而使繼電器動作的最小電流值稱為繼電器的動作電流，