第四章互感器

第四章互感器,本章主要分析互感器的工作特点、结构参数、常用接线方式和使用范围。第一节互感器的作用及工作特性第二节电流互感器第三节电压互感器第四节新型互感器简介,第一节互感器的作用及工作特性,一、互感器与系统的连接二、互感器的作用三、互感器的工作特性,一、互感器与系统的连接,移动式现场校验光电数字互感器在线校验工作图（意大利变电站),二、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。2.使低电压的二次系统与高电压的一次系统实施电气隔离，且互感器二次侧接地，保证了人身和设备的安全。3.取得零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。,电压互感器一次测与高压线路并联，二次测绕组与测量仪表并联，二次侧标准的低电压100V或100/）电流互感器用于各种电压的交流装置中，其一次绕组串联于被测量电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈串联连接。二次侧标准的小电流（或）,三、互感器的工作特性,（一）电流互感器的工作特性（二）电压互感器的工作特性,（二）电压互感器的工作特性,1.正常运行时，电压互感器二次绕组近似工作在开路状态。2.电压互感器一次侧电压决定于一次电力网的电压，不受二次负载的影响。3.运行中的电压互感器二次侧绕组不允许短路。,（一）电流互感器的工作特性,1.正常运行时，二次绕组近似于短路工作状态。2.一次电流的大小决定于一次负载电流，与二次电流大小无关。3.运行中的电流互感器二次回路不允许开路。4.运行中当需要检修、校验二次仪表时，必须先将电流互感器二次绕组或回路短接，再进行拆卸操作。5.电流互感器的一次电流变化范围很大。互感器仍要保持测量所需要的准确度。6.电流互感器的结构应满足热稳定和电动稳定的要求。,第二节电流互感器,一电磁式电流互感器的工作原理二电流互感器测量误差及影响误差的运行因素三电流互感器的准确级和额定容量四电流互感器的接线方式五电流互感器的结构类型和型号六电流互感器的配置原则七电流互感器使用注意事项,电流互感器：,1.将一次系统的电流信息准确地传递到二次侧相关设备；2.将一次系统的大电流变换为二次侧的低电压小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求3.将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。,一电磁式电流互感器的工作原理,电流互感器按用途分：测量用电流互感器和保护用电流互感器。（1）测量用电流互感器测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。测量用电流互感器主要要求：1）绝缘可靠，2）足够高的测量精度，3）当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。,（2）保护用电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1）绝缘可靠，2）足够大的准确限值系数，3）足够的热稳定性和动稳定性。,二、电流互感器测量误差及影响误差的运行因素,（一）电流误差（又称比差）：电流互感器测量出来的电流与实际一次电流之差，占的百分数。（二）角误差（角差）：旋转180的二次电流与一次电流之间的夹角。（三）电流互感器运行工况对误差的影响,（三）电流互感器运行工况对误差的影响,1.一次电流的影响：当一次电流数倍于额定电流（即发生短路时），由于铁芯开始饱和，误差随I1增加而加大。2二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响（1）误差与二次负荷阻抗成正比。（2）当二次负荷功率因数角增加时，数值误差增大，而角误差减小。反之，当二次负荷功率因数角减小时数值误差减小，而角误差增大。3.电流互感器二次线圈开路二次侧感应出很高的电势，对人身和设备都是极有害的。此外，在铁芯中还会产生剩磁使互感器误差增大。会引起铁芯和绕组过热。,三电流互感器的准确级和技术参数,（一）电流互感器的准确级（二）电流互感器的技术参数,（一）电流互感器的准确级,电流互感器的测量误差，可以用其准确度级来表示，准确度级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.02、0.01、0.005、0.002、0.001，5P、10P等一般0.1、0.2级主要用于实验室精密测量和供电容量超过一定值（月供电量超过100万kWh）的线路或用户；0.5级的可用于收费用的电能表；0.5-1级的用于发电厂、变电所的盘式仪表和技术上用的电能表；3级、5级的电流互感器用于一般的测量和某些继电保护上保护用互感器准确等级5P、10P，表示在额定准确限值一次电流时的允许误差5%、10%5P20的含义为：该保护电流互感器一次流过的电流在其额定电流的20倍以下时，此时的误差应小于55P和10P级的用于继电保护。,（二）主要技术数据1、变流比通常以分数表示，分子表示一次线圈的额定电流(A)，分母表示二次线圈的额定电流(A)。如某电流互感器的变流比为150/5，即表示电流互感器一次额定电流为150A，二次额定电流为5A。其变流比为30倍。2、准确度,准确度是以误差的大小决定的，使用时可根据负荷的要求来选用。例如：电度计量仪表一般可选用0.5级，而继电保护则可选用3级。3、额定容量电流互感器的额定容量是指其允许承载的负荷功率SN2。因电流互感器的误差和二次负荷有关，故同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。,四电流互感器的接线方式,（一）电流互感器的极性（二）电流互感器的接线方式,（一）电流互感器的极性,电流互感器连接时，要注意端子极性，我国互感器和变压器的绕组端子，均采用“减极性”标号法。用“减极性”法所确定的“同名端”，实际上就是“同极性端”，即在同一瞬间，两个同名端同为高电位或同为低电位。按规定，电流互感器的一次绕组端子标以L1、L2,二次绕组端子标以K1、K2，L1与K1为同名端，L2与K2为同名端。如果一次电流从L1流向L2，则二次电流应从K2流向K1。,（二）电流互感器的接线方式,1.一相式接线,2、不完全星形接线：也称V形接线。电流表指示的数值即为相电流，此种接线方式的优点为B相可不装电流互感器，缺点为只适用于三相三线制电路。,3、星形接线：也称Y形接线。此种接线方式可测量三相负荷电流，既适用于三相三线制电路，也适用于三相四线制电路。对三相负荷不平衡电路，也能如实反映原边电流大小。,4、分相接线这种接线方式既适用于三相三线制电路，也适用于三相四线制电路，对三相负荷不平衡电路，也能如实反映原边电流大小。虽然导线较多，但互相之间没有直接联系，三相之间不会互相影响，而且接线清晰明了，接线时不易接错，所以分相接线是且前要求采用的接线方式。,电流互感器极性接错的危害：,1、电流互感器如用在继电保护电路中，将引起继电保护层装置的误动或拒动。2、电流互感器如用在仪表计量回路中，功率表和电度表的正确测量将受到影响。3、采用不完全星形联结的电流互感器，如任一相极性接反，都会引起未接电流互感器的一相较其它相电流增高倍。4、采用不完全星形联接的电流互感器，如两相均接反，虽然二次测的三相电流仍平衡，但与相应的一次电流的相角差为180，从而将使电度表反转。,电流互感器二次侧不允许开路电流互感器即一次绕组匝数少，二次绕组匝数多，二次侧串联测量仪表和继电器等电流线圈阻抗很小，接近短路状态。二次电流的大小由一次电流决定，二次电流产生的磁势，是平衡一次电流的磁势的。若二次开路，其阻抗无限大，二次电流等于零，其磁势也等于零，就不能去平衡一次电流产生的磁势，那么一次电流将全部作用于激磁，使铁芯严重饱和。磁饱和使铁损增大，发热，线圈的绝缘也会因过热而被烧坏。还会在铁芯上产生剩磁，增大互感器误差。最严重的是由于磁饱和，交变磁通在二次线圈上感应出很高的电压，其峰值可达几千伏，对人身和设备都存在着严重的威胁。所以电流互感器在任何时候都是不允许二次侧开路运行的。,五电流互感器的结构类型和型号,（一）电流互感器的分类（二）电流互感器的结构（三）电流互感器的型号,（1）按安装方式分贯穿式电流互感器。用来穿过屏板或墙壁的电流互感器。支柱式电流互感器。安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。套管式电流互感器。没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。母线式电流互感器。没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。（2）按用途分测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组。在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息。保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。,（一）电流互感器的分类,（3）按绝缘介质分干式电流互感器。由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘。浇注式电流互感器。用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器。油浸式电流互感器。由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。目前我国在各种电压等级均为常用。气体绝缘电流互感器。主绝缘由气体构成。（4）按电流变换原理分电磁式电流互感器。根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。光电式电流互感器。通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器。,（二）电流互感器的结构,电流互感器的基本组成由一次绕组、二次绕组、铁芯、绝缘支持物组成。它的种类很多。如按一次绕组的匝数多少可分为单匝式（有芯柱型、母线型、套管型），多匝式（有线圈型、线环型、“8”字型、串级式）。此外还可按绕组的绝缘或铁芯的构造来分类。介绍：（1）套管式电流互感器（2）充油式电流互感器（3）SF6气体绝缘倒立式电流互感器（4）穿墙式环氧电流互感器,（1）套管式电流互感器,单匝式电流互感器的一次绕组由单根直导体构成。二次绕组均匀的绕在铁芯上，以利减少漏磁。制成的二次绕组套在绝缘套外面，例如变压器套管电流互感器，穿墙套管电流互感器，断路器套管电流互感器等都是这类结构。,（2）充油式电流互感器,这类产品采用全封闭结构，由油箱、绝缘套、器身、油枕及膨胀器等部件组成。膨胀器又是互感器的防爆装置。全密封结构有两大优点：与空气隔绝，能延缓油的老化过程；油因热胀冷缩进行呼吸过程中，不会将空气吸入，避免了互感器因受潮进水而引发爆炸事故。,（3）SF6气体绝缘倒立式电流互感器,电场分布均匀，局部放电量低。倒立式结构，气体绝缘，抗动热稳定电流能力大。绝缘性能稳定，无老化现象。维护简便，运行安全，无爆炸及火灾可能。,LVQB-110w2型SF6气体绝缘“T”形倒立式电流互感器,图中：1-防爆片2-外壳3-铁芯外壳4-一次导管5-引线套管6-复合绝缘套管7-接线盒8-底座,（4）穿墙式环氧电流互感器,LA(J)-10型电流互感器为环穿墙式环氧树脂浇注绝缘产品，适用于频率50HZ或60HZ、额定电压10KV的电力系统中，作电能计量、电流测量和继电保护用。,（三）电流互感器的型号,六电流互感器的配置原则,1.每条支路的电源侧均装设足够数量的电流互感器，供该支路测量、保护使用。配置的电流互感器应满足下列要求：一般应将保护与测量用的电流互感器分开；尽可能将电能计量仪表互感器与一般测量用互感器分开，前者必须使用0.5级互感器；保护用互感器的安装位置应尽量扩大保护范围，尽量消除主保护的不保护区；大接地电流系统一般三相配置以反应单相接地故障；小电流接地系统发电机、变压器支路也应三相配置以便监视不对称程度，其余支路一般配置于A、C相。,电流互感器的配置原则,2.配备差动保护的元件，应在元件各端口配置电流互感器，当各端口属于同一电压级时，互感器变比应相同，接线方式相同。3.为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。,七电流互感器使用注意事项,1.电流互感器在工作时其二次侧不得开路。2.电流互感器的二次侧有一端必须接地。3.电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。,多匝套管电流互感器,试题：,1.什么叫电流互感器的减极性?2.为什么要测量电流互感器的极性?3.当电流互感器一、二次绕组的电流I1、I2的方向相反时，这种极性关系称为()。(A)减极性；(B)加极性；(C)正极性；(D)同极性。4.用直流测量减极性电流互感器，正极接L1端钮，负极接L2端钮，检测表正极接K1端钮，负极接K2端钮，在合、分开关瞬间检测表指针向()方向摆动。(A)正、负；(B)均向正；(C)负、正；(D)均向负。,第三节电压互感器,一电磁式电压互感器二电容式电压互感器三电压互感器准确度级和容量四电压互感器的接线方式五电压互感器的配置原则,高电压变换为低电压的电压变换装置。1、电压互感器的容量很小，通常只有几十到几百伏安；2、电压互感器一次侧电压即电网电压，不受二次负荷影响，并且大多数情况下其负荷是恒定的；3、二次侧负荷主要是仪表、继电器线圈，它们的阻抗很大，通过的电流很小。4、用电压互感器来间接测量电压，能准确反映高压侧的量值，保证测量精度。,1000KV电磁式电压互感器,1000KV电容式电压互感器,一电磁式电压互感器,（一）电磁式电压互感器的工作原理（二）电磁式电压互感器的测量误差及影响误差的运行因素（三）电磁式电压互感器的结构类型和型号,（一）电磁式电压互感器的工作原理,电压互感器相当于降压变压器。工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。因此电压低，额定电压一般为100V；容量小，只有几十伏安或几百伏安；负荷阻抗大，工作时其二次侧接近于空载状态，且多数情况下它的负荷是恒定的。,（二）电磁式电压互感器的测量误差及影响误差的运行因素,1.电压误差：电压误差为二次电压的测量值乘额定互感比所得一次电压的近似值与实际一次电压之差。2.角误差：角误差为旋转180的二次电压向量与一次电压相量之间的夹角。3.电压互感器运行工况对误差的影响,3.电压互感器运行工况对误差的影响,影响电压互感器误差的运行工况是二次负荷、功率因数和一次电压的值。（1）一次电压的影响。电压互感器一次额定电压已标准化，运行中离额定电压偏离太远，励磁电流和角都会随着发生变化，电压互感器的误差就会增大。（2）二次负荷及功率因数的影响。如果一次电压不变，则二次负载阻抗及功率因数直接影响误差的大小。当二次侧的负荷过多，电流增大，在电压互感器绕组上的压降上升，误差增大；二次负载的功率因数过大或过小时，除影响电压误差外，角误差也会相应的增大。因此，应将其二次负载阻抗和功率因数限制在相应的范围内。,（三）电磁式电压互感器的结构类型和型号,1.电磁式电压互感器的分类2.电磁式电压互感器的型号,1.电磁式电压互感器的分类,（1）按安装地点可分为户内式和户外式。（2）按相数可分为单相式和三相式。只有20kV以下才制成三相式。（3）按每相绕组数可分为双绕组和三绕组式。三绕组电压互感器有两个二次侧绕组：基本二次绕组和辅助二次绕组。辅助二次绕组供接地保护用。（4）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式、电容式等。干式多用于低压；浇注式用于335kV；油浸式主要用于35kV及以上的电压互感器。,电磁式电压互感器的型号,二、电容式电压互感器,（一）电容式电压互感器的工作原理（二）电容式电压互感器的误差,（一）电容式电压互感器的工作原理,电容式电压互感器实质上是一个电容分压器，在被测装置的相和地之间接有电容C1和C2,按反比分压，C2上的电压为：,电容式电压互感器结构原理主要由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及防护间隙等组成。A、C2两端并联放电间隙F1：防止L与C2谐振过电压引起的绝缘击穿；B、二次侧并联电容Ch：当带有负荷时，可以使C2上的电压略高于额定电压，补偿负荷电流在L上形成的电压降；C、二次侧阻尼绕组rd：抑制次谐波铁磁谐振过电压（由TV的一次绕组（非线性电抗）饱和激发）,500kV油浸电容式电压互感器,330kV油浸电容式电压互感器,（二）电容式电压互感器的误差,电容式电压互感器的误差由空载误差，负载误差和阻尼器负载电流产生的误差等几部分组成。电容式电压互感器的误差还与电源频率有关，当系统频率变化超出500.5Hz范围时，会产生附加误差。,电容式电压互感器应用范围及优缺点,结构简单、重量轻、体积小、占地少、成本低，且电压越高效果越显著。此外，分压电容还可兼作载波通信的耦合电容，因此，广泛应用于110500中性点直接接地系统。电容式电压互感器的缺点是：输出容量越小，误差越大，暂态特性不如电磁式电压互感器。,三、电压互感器准确度级和容量,1.电压互感器的准确度级2.电压互感器的额定容量,1.电压互感器的准确度级,电压互感器的测量误差，以用其准确度级来表示。电压互感器的准确度级，是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷的功率因数为额定值时，电压误差的最大值。电压互感器的测量精度有0.2、0.5、1、3、3P、6P六个准确度级，同电流互感器一样，误差过大，影响测量的准确性，或对继电保护产生不良影响。0.2、0.5、1级的适用范围同电流互感器，3级的用于某些测量仪表和继电保护装置。保护用电压互感器用P表示，常用的有3P和6P。,2.电压互感器的额定容量,电压互感器的误差与二次负荷有关，因此对应于每个准确度级，都对应着一个额定容量，但一般说电压互感器的额定容量是指最高准确度级下的额定容量。电压互感器按最高电压下长期工作允许的发热条件规定最大容量。要求在某些准确度级下测量时，二次负载不应超过该准确级规定的容量，否则准确度级下降，测量误差是满足不了要求的。,1、电压互感器的V-V接法接线如图所示，其广泛地应用于中性点不接地或经消弧线圈接地的35kV及以下的高压三相系统，特别是10kV三相系统。这种接线方式简单经济。但这种接线方式不能测量相电压，不能接入监视系统绝缘状况的电压表。,四、电压互感器的接线方式,2、Yyn接法接线如图所示。Yyn接法可用于一台三铁芯柱三相电压互感器，也可用于三台单相电压互感器构成三相电压互感器组。此种接法多用于小电流接地的高压三相系统，一般是将二次侧中性线引出，接成Yyn接法。此种接法的缺点是：当二次负载不平衡时，可能引起较大的误差；为防止高压侧单相接地故障，高压中性点不允许接地，故不能测量对地电压。,3、YNyn接法YNYn接线用于110kV及以上电压等级的中性点直接接地系统，常采用三台单相电压互感器构成三相电压互感器组，如图所示。此种接线由于高压侧中性点接地，故可降低绝缘水平，使成本下降。这种接线互感器绕组是按相电压设计的，所以既可获取线电压，又可获取相电压。,五、电压互感器的配置原则,1.电压互感器配置原则2.电压互感器配置方案3.电压互感器的使用,1.电压互感器配置原则,应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；保证在运行方式改变时，保护装置不失压。,2.电压互感器配置方案,（1）母线6220kV电压级的每组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路母线则视回路出线外侧装设电压互感器的需要而确定。（2）线路当需要监视和检测线路断路器外侧有无电压，供自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器。（3）变压器变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。（4）330500kV电压级的电压互感器配置双母线接线时，在每回出线和每组母线三相上装设。一个半断路器接线时，在每回出线三相上装设，主变压器进线和每组母线上则根据继电保护装置、自动装置和测量仪表的要求，在一相或三相上装设。线路与母线的电压互感器二次回路不切换。,3.电压互感器的正确使用(1）电压互感器的正确选择1）额定电压的选择。电压互感器的额定电压是指加在三相电压互感器一次绕组上的线电压。电压互感器一次绕组的额定电压按下式来选择0.9UxU1e1.1Ux式中Ux被测线路电压，kV;U1e电压互感器一次绕组的额定电压，kV。电压互感器二次绕组的额定电压可按下表选择。,2）额定容量的选择电压互感器额定容量满足下式要求保证互感器的准确度：0.25SeSSe式中：Se电压互感器额定容量，VA;S二次总负载视在功率，VA。在功率因数为0.8（滞后）时，额定输出标准值为10、15、25、30、75、100、50、200