互感器包括電流互感器和電壓互感器 83C

第四章互感器互感器包括電流互感器和電壓互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)元件，將一次側(cè)的高量?jī)x表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，使二次電路正確反映一次系統(tǒng)的正常運(yùn)行和故障情況。目前，互感器常用電磁式和電容式。第一節(jié)互感器的作用及工作特性一、互感器與系統(tǒng)的連接互感器是一種特殊的變壓器，其基本結(jié)構(gòu)與變壓器相同并按變壓器原理工作。其一、二次繞組與系統(tǒng)的連接方式如圖4-1所示。電壓互感器一次繞組并接于電網(wǎng)，二次繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器電壓線圈并聯(lián)。A1與a2同名，電流互感器一次繞組串接于電網(wǎng)(與支路負(fù)載串聯(lián))二次繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器的電流線圈相串聯(lián)。L?與K?同名，L?與K?同名。功率型測(cè)量?jī)x表與保護(hù)繼電器及自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的工作與輸入電壓電流相位有關(guān)。二、互感器的作用1.將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈返臉?biāo)準(zhǔn)值。通常電壓互感器二次繞組額定電壓為100V或電流互感器二次繞組額定電流一般為2.使低電壓的二次系統(tǒng)與高電壓的一次系統(tǒng)實(shí)施電氣隔離，且互感器二次側(cè)接地，保證了人身互感器二次繞組接地的目的在于當(dāng)發(fā)生一、二次繞組擊穿時(shí)降低二次系統(tǒng)的對(duì)地電位，接地電阻愈小，對(duì)低電位愈低，從而保證人身安全，因此將其稱為保護(hù)接地。三相電壓互感器一次繞組接成星形后中性點(diǎn)接地，其目的在于使一、二繞組的每一相均反應(yīng)電網(wǎng)各相的對(duì)地電壓從而反應(yīng)接地短路故障，因此將該接地稱為工作接地。3.取得零序電流、電壓分量供反應(yīng)接地故障的繼電保護(hù)裝置使用。支路的零序電流,因此將三相電流互感器二次繞組并聯(lián)，使其輸出總電流為三相電流之和即得到一次電網(wǎng)的零序電流。如將一次電路(例如電纜電路)的三相穿過一個(gè)鐵芯，則繞于該芯上的二次繞組輸出零序電流。電網(wǎng)對(duì)地電壓的零序分量三相對(duì)地電壓。見圖4-22(d)、(e)。能做接地監(jiān)視的電壓互感器有兩個(gè)二次繞組：第一副繞組接成星形供一般測(cè)量、保護(hù)使用，提供線電壓和相電壓。第二副繞組(又稱輔助繞組)三相首尾相連組成開口三角形反應(yīng)三相對(duì)地電壓之和，即對(duì)地電壓的零序分量。三、互感器的工作特性不同，而具有不同的工作特性。2.一次電流的大小決定于一次負(fù)載電流，與二次電流大小無關(guān)。3.運(yùn)行中的電流互感器二次回路不允許開路。否則會(huì)在開路的兩端產(chǎn)生高電壓危及人身設(shè)備安路開路時(shí)，阻抗無限增大，二次電流變?yōu)榱悖卫@組磁動(dòng)勢(shì)也變?yōu)榱?，而一次繞組電流又不隨二然增大很多很多倍，使鐵芯的磁路高度飽和，此時(shí)一次電流全部變成了勵(lì)磁電流，在二次繞組中產(chǎn)生很高的電動(dòng)勢(shì)，其峰值可達(dá)幾千伏甚至上萬(wàn)伏，威脅人身安全或造成儀表、保護(hù)裝置、互感器二次絕緣損壞。另外，由于磁路的高度飽和，使磁感應(yīng)強(qiáng)度驟然增大，鐵芯中磁滯和渦流損耗急劇上升，會(huì)引起鐵芯過熱甚至燒毀電流互感器。所以運(yùn)行中當(dāng)需要檢修、校驗(yàn)二次儀表時(shí)，必須先將電電壓互感器二次側(cè)所通過的電流由二次回路阻抗的大小來決定，當(dāng)二次側(cè)短路時(shí)，將產(chǎn)生很大空氣開關(guān)，用于過載和短路保護(hù)。在可能的情況下，原邊也應(yīng)裝設(shè)熔斷器以保護(hù)高壓電網(wǎng)不因互感第二節(jié)電流互感器即由式(4-8)和式(4-9)可見，電流互感器誤差與一次磁勢(shì)I?N?.勵(lì)磁磁勢(shì)I?N?、二次阻抗角a及鐵芯損耗角y有關(guān)。影響電流互感器誤差的因素除此之外還有以下因素：1.一次電流I?的影響當(dāng)一次電流數(shù)倍于額定電流(即發(fā)生短路時(shí)),誤差隨I?增加而加大。2.二次負(fù)荷阻抗及功率因數(shù)對(duì)誤差的影響當(dāng)二次負(fù)荷功率因數(shù)角φ?增加時(shí)，E?與i?之間的α角增加，由式(4-14)和式(4-15)可見，3.電流互感器二次線圈開路當(dāng)Z?,=o,即二次線圈開路，電流互感器由正常短路工作狀態(tài)變?yōu)殚_路狀態(tài)，I?=0,勵(lì)磁磁勢(shì)由正常為數(shù)甚小的I?N,驟增為I?N?,二次側(cè)感應(yīng)出很高的電勢(shì)，對(duì)人身和設(shè)備都是極有害的。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度驟增，鐵芯損耗大增，此外，在鐵芯中還會(huì)產(chǎn)生剩磁(一)電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)電流互感器的測(cè)量誤差，可以用其準(zhǔn)確度級(jí)來表示。準(zhǔn)確度級(jí)是指在規(guī)定的二次負(fù)荷變化范圍準(zhǔn)確級(jí)數(shù)電流的百分?jǐn)?shù)(%)誤差限值電流誤差(±%)角誤差()585555153無規(guī)定5無規(guī)定五個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)；保護(hù)用電流互感器按用途可分為穩(wěn)態(tài)保護(hù)用(P)和暫態(tài)保護(hù)用(TP)兩類，穩(wěn)態(tài)保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)用P來表示，常用的有5P和10P。由于短路過程中i與i?關(guān)系復(fù)雜，故保護(hù)級(jí)的準(zhǔn)確級(jí)是以額定準(zhǔn)確限值一次電流下的最大復(fù)合誤差e%來標(biāo)稱的，。所謂額定準(zhǔn)確限值一次電流即一次電流為額定一次電流的倍數(shù)，也稱為額定準(zhǔn)確限值系數(shù)。例如10P20表示準(zhǔn)確級(jí)為10P,準(zhǔn)確限值系數(shù)為20。這一準(zhǔn)確級(jí)電流互感器在20倍額定電流下，電流互感器負(fù)荷誤差不大于±10%。保護(hù)用電流互感器準(zhǔn)和繼電器產(chǎn)生誤差，而角誤差過大，會(huì)對(duì)功率型測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生不良影響。一般0.1、0.2級(jí)主要用于實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量和供電容量收費(fèi)用的電能表；0.5~1級(jí)的用于發(fā)電廠、變電所的盤式儀表和技術(shù)上用的電能表；3級(jí)、5級(jí)的電制造廠提供這類保護(hù)級(jí)電流互感器10%誤差曲線。(二)保護(hù)級(jí)電流互感器的10%誤差曲線用于保護(hù)的電流互感器，在正常負(fù)荷范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度要求不如測(cè)量級(jí)的高，但對(duì)可能出現(xiàn)的短差達(dá)到10%,稱為10%倍數(shù)10%倍數(shù)與互感器二次允許最大負(fù)荷阻抗Z?,的關(guān)系曲線n=f(Z??),便叫做電流互感器的10%誤差曲線，如圖4-7所示。(三)電流互感器的額定容量也為了便于計(jì)算，有的廠家提供電流互感器的Z?值。四電流互感器的接線方式電流互感器在連接時(shí)，要注意其端子的極性，按照規(guī)定，我國(guó)互感器和變壓器的繞組端子，均壓U?,二次繞組感應(yīng)出電壓U?。(二)電流互感器的接線方式電流互感器的二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表，繼電器及各種自動(dòng)裝置的電流線圈。用于測(cè)量表計(jì)回路的電流互感器接線應(yīng)視測(cè)量表計(jì)回路的具體要求及電流互感器的配置情況確定，用于繼電保護(hù)的電流互感器接線側(cè)應(yīng)按保護(hù)所要求的有關(guān)故障類型及保護(hù)靈敏系數(shù)的條件來確定。當(dāng)測(cè)量?jī)x表與保護(hù)裝置共用同一組電流互感器時(shí)，應(yīng)分別接不同的二次繞組，受條件限制需共用一個(gè)二次繞組時(shí)，保護(hù)裝1.一相式接線電流線圈通過的電流，反映一次電路相應(yīng)相的電流，通常用于負(fù)荷平衡的三相2.兩相V形接線在繼電保護(hù)裝置中，這種接線稱為兩相兩繼電器接線或兩相的相電流接線。在中性點(diǎn)不接地的三相三線制電路中(如6~10kv高壓電路中),廣泛用于測(cè)量三相電流、電能及作過電流繼電保護(hù)之用。由圖4-11的向量圖可知，兩相V形接線的公共線上電流為1a+l。=-Ip,反映的是未接電流互感器那一相的相電流。3.兩相電流差接線這種接線也稱為兩相交叉接線。由圖4-12的向量圖可知，二次側(cè)公共線上電流為I。-Ie,其量值為相電流的√3倍。這種接線適用于中性點(diǎn)不接地的三相三線制電路中(如6~10kv高壓電路中)供作過電流繼電保護(hù)之，也稱為兩相一繼電器接線。4.三相星形接線這種接線中的三個(gè)電流線圈，正好反應(yīng)各相的電流，廣泛用在負(fù)荷一般不平衡的三相四線制系統(tǒng)如TN系統(tǒng)中，也用在負(fù)荷可能不平衡的三相三線制系統(tǒng)中，作1.按安裝地點(diǎn)可分為屋內(nèi)和屋外式。20kv及以下屋內(nèi)式；35kv及以上屋外式。4.按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式和多匝式。單匝式分為貫穿型和母線型兩種。5.按電流互感器的工作原理，可分為電磁式、電(二)電流互感器的結(jié)構(gòu)電流互感器的結(jié)構(gòu)原理如圖4-13所示?；ジ衅鞯幕窘M成部分是繞組、鐵芯、絕緣物和外殼。在同一回路中，要滿足測(cè)量、繼電保護(hù)安裝有相互間沒有磁聯(lián)系的獨(dú)立的鐵芯環(huán)和二次繞組，并共用一次繞組。這樣可以形成變比相同、準(zhǔn)確度級(jí)不同的多臺(tái)電流互感器。電氣測(cè)量對(duì)電流互感器的準(zhǔn)確度要求較高，且要求在短路時(shí)儀表受的沖擊小，因此測(cè)量用電流互感器的鐵芯在一次電路短路適應(yīng)易于飽和，以限制二次電流的增長(zhǎng)倍數(shù)。而繼電保護(hù)用電流互感器的鐵芯則在一次電流短路時(shí)不應(yīng)飽和，使二次電流能與一次短路電流成比例的增長(zhǎng)，以適應(yīng)保護(hù)靈敏度的要求。為了適應(yīng)一次電流的變化和減少產(chǎn)品規(guī)格，常將一次繞組分成幾組，通過切換接線改變一次繞組的串并聯(lián)，可以獲得多種電流比，如圖4-13所示。單匝式的貫穿型互感器本身裝有單根銅管或銅桿作為一次繞組；母線型互感器則本身未裝一次繞組，而是在鐵芯中流出一次繞組穿越的空隙，施工時(shí)以母線穿過空隙作為一次繞組。2.電流互感器的結(jié)構(gòu)類型(1)套管式電流互感器(2)充油式電流互感器(3)電容式電流互感器(4)SF?氣體絕緣倒立式電流互感器(5)穿墻式環(huán)氧電流互感器表4-2電容式電流互感器二次組合的額定參數(shù)額定電流額定電流準(zhǔn)確級(jí)準(zhǔn)確限值系數(shù)額定輸出(VA)(三)電流互感器的型號(hào)電流互感器全型號(hào)的表示和含義如下：六.電流互感器的配置原則電流互感器應(yīng)按下列原則配置：1.每條支路的電源側(cè)均裝設(shè)足夠數(shù)量的電流互感器，供該支路測(cè)量、保護(hù)使用。此原則同于開關(guān)電器的配置原則，因此有斷路器與電流互感器緊鄰布置。配置的電流互感器應(yīng)滿足下列要求：1)一般應(yīng)將保護(hù)與測(cè)量用的電流互感器分開；2)盡可能將電能計(jì)量?jī)x表互感器與一般測(cè)量用互感器分開，前者必須使用0.5級(jí)互感器，并應(yīng)使正常工作電流在電流互感器額定電流的左右；3)保護(hù)用互感器的安裝位置應(yīng)盡量擴(kuò)大保護(hù)范圍，盡量消除主保護(hù)的不保護(hù)區(qū)；4)大接地電流系統(tǒng)一般三相配置以反應(yīng)單相接地故障；小電流接地系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、變壓器支路也應(yīng)三相配置以便監(jiān)視不對(duì)稱程度，其余支路一般配置于A、C相。2.為了減輕內(nèi)部故障時(shí)發(fā)電機(jī)的損傷，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的電流互感器應(yīng)布置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。為了便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障，用于測(cè)量?jī)x表的電流互感器宜裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)。3.配備差動(dòng)保護(hù)的元件，應(yīng)在元件各端口配置電流互感器，當(dāng)各端口屬于同一電壓級(jí)時(shí)，互感4.為了防止支持式電流互感器套管閃絡(luò)造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側(cè)。七.電流互感器使用注意事項(xiàng)1.電流互感器在工作時(shí)其二次側(cè)不得開路。2.電流互感器的二次側(cè)有一端必須接地電流互。第三節(jié)電壓互感器一.電磁式電壓互感器(一)電磁式電壓互感器的工作原理一次繞組匝數(shù)很多，而二次繞組匝數(shù)很少，相當(dāng)于降壓變壓器。工作時(shí)，一次繞組并聯(lián)在一次電路中，而二次繞組并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。額定電壓一般為100V;容量小，只有幾十伏安或幾百伏安；負(fù)荷阻抗大，工作時(shí)其二次側(cè)接近于空載狀態(tài)，且多數(shù)情況下它的負(fù)荷是恒定的。電壓互感器的一次電壓U?與其二次電壓U?之間有下列關(guān)系：額定一、二次電壓比，即K=U?x/U?x,例如10000V/100V。(二)電磁式電壓互感器的測(cè)量誤差及影響誤差的運(yùn)行因素由于電壓互感器存在勵(lì)磁電流和內(nèi)阻抗，測(cè)量時(shí)結(jié)果都呈現(xiàn)誤差，通常用電壓誤差(又稱比值差)和角誤差(又稱相角差)表示。2.電壓互感器運(yùn)行功況對(duì)誤差的影響電壓互感器一次電壓變化時(shí)，勵(lì)磁電流和ψ角將隨之變化，因此，電壓誤差及角誤差都會(huì)發(fā)生變化。(1)一次電壓的影響。應(yīng)使一次額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓相適應(yīng)。(2)二次負(fù)荷及功率因數(shù)的影響。如果一次電壓不變，則二次負(fù)載阻抗及功率因數(shù)直接影響誤差的大小。要保證電壓互感器的測(cè)量誤差不超過規(guī)定值，應(yīng)將其二次負(fù)載阻抗和功率因數(shù)限制在相(三)電磁式電壓互感器的結(jié)構(gòu)類型和型號(hào)1.電磁式電壓互感器的分類電壓互感器可分為以下幾種類型：按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式。按相數(shù)可分為單相式和三相式。按每相繞組數(shù)可分為雙繞組和三繞組式。按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式、串級(jí)油浸式和電容式等。2.電磁式電壓互感器的結(jié)構(gòu)類型(1)35kV及以下的電壓互感器根據(jù)其絕緣方式的不同，可分為干式、環(huán)氧澆注式和油浸式三種。干式電壓互感器一般只用于低壓的戶內(nèi)配電裝置。澆注式電壓互感器用于3～35kV戶內(nèi)配電裝置。油浸式電壓互感器JDJJ2-35型、JDJ2-35型被廣泛用于35kV系統(tǒng)中。JDX-110型電壓互感器的鐵芯是接地的，為單級(jí)絕緣JDCF型和JDX-110型電壓互感器均由兩個(gè)二次繞組，測(cè)量和保護(hù)分開，以及一個(gè)剩余電壓繞二.電容式電壓互感器(一)電容式電壓互感器的工作原理(二)電容式電壓互感器的誤差電容式電壓互感器的誤差由空載誤差f?、δ?,負(fù)載誤差fj、δ?和阻尼器負(fù)載電流產(chǎn)生的誤差f?、δ?等幾部分組成，即(二)電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)類型YDR型已被TYD型代替，這里只介紹TYD-110型和TYD-220型的變壓器以及諧振阻尼器的電抗器。這些裝置在同一油箱中，組成電容式電壓互感器的電磁裝置單元，并作為電容分壓器的底座。補(bǔ)償電抗器具有可調(diào)氣隙的鐵芯，用于出廠實(shí)驗(yàn)時(shí)誤差調(diào)節(jié)。電容式電壓互感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、占地少、成本低，且電壓越高效果越顯著。三.電壓互感器準(zhǔn)確度級(jí)和容量1.電壓互感器的準(zhǔn)確度級(jí)電壓互感器的測(cè)量誤差，以用其準(zhǔn)確度級(jí)來表示。電壓互感器的準(zhǔn)確度級(jí)，是指在規(guī)定的一次準(zhǔn)確級(jí)誤差限值一次電壓變化范圍頻率、功率因數(shù)及二次負(fù)荷變化范圍角誤差(±’)13不規(guī)定電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，負(fù)荷的功率因數(shù)為額定值時(shí)，電壓誤差的最大值。電壓互感器的測(cè)量精度有0.2、0.5、1、3、3P、6P六個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)，同電流互感器一樣，誤差過大，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，或?qū)^電保護(hù)產(chǎn)生不良影響。0.2、0.5、1級(jí)的適用范圍同電流互感器，3級(jí)的用于某些測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。保護(hù)用電壓互感器用P表示，常用的有3P和6P。2.電壓互感器的額定容量電壓互感器的誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，因此對(duì)應(yīng)于每個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)額定容量，但一般說電壓互感器的額定容量是指最高準(zhǔn)確度級(jí)下的額定容量。同時(shí)，電壓互感器按最高電壓下長(zhǎng)期工作允許的發(fā)熱條件出發(fā)，還規(guī)定最大容量，上述電壓互感器的最大容量為500VA,該容量是某些場(chǎng)合用來傳遞功率的。與電流互感器一樣，要求在某些準(zhǔn)確度級(jí)下測(cè)量時(shí)，二次負(fù)載不應(yīng)超過該準(zhǔn)確級(jí)規(guī)定的容量，否則準(zhǔn)確度級(jí)下降，測(cè)量誤差是滿足不了要求的。四.電壓互感器的接線方式在三相電力系統(tǒng)中，通常需要測(cè)量的電壓有線電壓、相對(duì)地電壓和發(fā)生單相接地故障時(shí)的零序電壓。為了測(cè)量這些電壓，圖4-22示出了幾種常見的電壓互感器接線。1.圖4-22(a)所示為一臺(tái)單相電壓互感器的接線，可測(cè)量某一相間電壓(35kV及以下的中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng))或相對(duì)地電壓(110kV及以上中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng))。2.圖4-22(b)所示兩臺(tái)單相電壓互感器接成V,v型連接。廣泛用于20kV及以下中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，測(cè)量線電壓，不能測(cè)量相電壓。3.圖4-22(c)所示為一臺(tái)三相三柱式電壓互感器接成Y,Y?型接線，只能用來測(cè)量線電壓，不許用來測(cè)量相對(duì)地電壓，因?yàn)樗囊淮蝹?cè)繞組中性點(diǎn)不能引出，故不能用來監(jiān)視電網(wǎng)對(duì)地絕緣。其原因是中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地是，非故障相對(duì)地電壓升高√3倍，三相對(duì)地電壓失去平衡，在三個(gè)鐵芯柱將出線零序磁通。由于零序磁通是同相位的，不能通過三個(gè)鐵芯柱形成閉合回路，而只能通過空氣間隙和互感器外殼構(gòu)成通路。因此磁路磁阻很大，零序勵(lì)磁電流很大，引起4.圖4-22(d)所示為一臺(tái)三相五柱式電壓互感器接成的Y?-Y?-△形接線。其一次側(cè)繞組、基本二次側(cè)繞組接成星形，且中性點(diǎn)均接地，輔助二次側(cè)繞組接成開口三角形。這種接線可用來測(cè)量線電壓和相電壓，還可用作絕緣監(jiān)察，故廣泛用于小接地電流電網(wǎng)中。如圖4-21所示，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，三相五柱式電壓互感器內(nèi)出現(xiàn)的零序磁通可以通過兩邊的輔助鐵芯柱構(gòu)成回路。輔5.圖4-22(e)所時(shí)為三臺(tái)單相三繞組電壓互感器接成的Y?-Y?-