设备课件三(互感器)

1、 课堂课堂 公约公约 课堂公约课堂公约 培训教师培训教师 杨慧丽杨慧丽 第四章 互感器 互感器原理接线图 一、互感器的作用 l （1）互感器将一次回路的高电压和大电流变为二次 回路标准的低电压和小电流，通常电压互感器额定 二次电压为100V或100/3V、电流互感器额定二次电 流为5A或1A。这样，使二次仪表和保护继电器等设 备与高压装置在电气方面能很好地隔离开，以保证 人身和设备安全，并且使二次仪表和继电器标准化、 小型化。当一次电路中发生短路时，可以使二次侧 仪表的电流线圈免受过大电流的冲击。 l （2）所有二次设备可以采用低电压，小电流的控制 电缆连接，使得二次回路简单、安装方便，便于集

2、 中管理，易于实现远方控制与测量。 l （3）二次回路的接线可以与一次回路接线采用不同 的形式。 l （4）为了保证人身与设备的安全，互感器的二次侧 必须有一点接地，以免在互感器的一二次绕组之间 的绝缘损坏时二次设备上出现危险的高电压。 二、电压互感器： l1、原理 l电磁式电压互感器的工作原理和结构，与 电力变压器相似，只是容量较小，通常只 有几十伏安或几百伏安。 l电压互感器的一次侧绕组和二次侧绕组的 额定电压比，称为电压互感器的额定变压 比，用KNV表示，并近似等于匝数之比，即 lKNV 2 1 2 1 N N U U N N l电容式电压互感器：由主电容C1和分压电 容C2串联而成，当

3、电力系统的相对地电压 为U1时，分压电容C2上的电压UC2为： lUC2 KU1 l式中 k分压比。 l当改变电容C1和C2的比值时，便可得到不 同的变比，由电容C2的端电压UC2可间接 测量出系统相对地电压。 U CC C 1 21 1 电容式电压互感器原理接线图 1主电容 2分压电容 3保护间隙 4中压变压器 5补偿电抗器 2、 特点 l （1）电压互感器一次侧的电压U1，既电网额定 电压，不受互感器二次侧负荷的影响，并且大多 数情况下，其负荷是恒定的。 l （2）互感器二次侧负荷主要是仪表、继电器等的 电压线圈，其阻抗很大，通过的电流很小，所以 电压互感器在接近于空载状态下工作。 l （

4、3）电压互感器在运行中，二次侧不能短路。因 为电压互感器在正常工作时二次电压有100V，短 路后在二次电路中会产生很大的短路电流，使电 压互感器的线圈烧毁。 3、结构 l 常用的电压互感器有三相五柱式、三相三柱式和电容式互感 器三种。 l 三相五柱式电压互感器是由五柱式铁芯、一次绕组、二次绕 组组成 。 l （1）五柱式铁芯左右两个边柱为零序磁通提供通路。 l （2）一次绕组 一次绕组分别绕于铁芯中部的三个芯柱上， 连接成星形接线，其引出端U1、V1、W1并接于一次回路中， 中性点N1直接接地。 l （3）二次绕组 二次绕组分为主二次绕组和辅助二次绕组。 其中主二次绕组分别绕于铁芯中部的三个芯

5、柱上，连接成星 形接线，其引出端U2、V2、W2向二次回路负载提供三相电 压。中性点是否接地，根据二次回路的要求而定。一般在 110KV及以上电压等级的中性点直接接地的电力系统中，N2 直接接地。辅助二次绕组分别绕于铁芯中部的三个芯柱上， 连接成开口三角形接线，形成零序电压滤过器。 l 三相三柱式电压互感器是由三柱铁芯和一、二次 绕组组成。一次绕组分别绕于铁芯的三个芯柱上， 连接成星形接线，其引出端U1、V1、W1并接于 一次回路中。中性点N1直接接地，否则，当一次 系统发生单相接地时，由于出现零序电流，致使 互感器过热，甚至烧坏。二次绕组也分别绕于三 个芯柱上，连接成星形接线，其引出端U2、

6、V2、 W2向二次回路负载提供三相电压，中性点N2是 否接地，根据二次回路的要求而定。 l 三相三柱式电压互感器主要应用在35KV及以下电 压等级的中性点非直接接地的电力系统中。 l电容式电压互感器为单相单柱式结构，它 由电容分压器和电磁单元两部分组成。 l（1）电磁单元：包括中间变压器、谐振电 抗器以及抑制铁磁谐振的阻尼负荷。谐振 电抗器的电抗值与电容分压器的等值电容 在额定频率下的容抗相等，以便在不同的 二次负荷下使一次电压和二次电压之间能 获得正确的相位和变比。 l （2）电容器组 l电容器由1到3节套管式耦合电容器及电容 分压器垂叠而成。每节耦合电容器或电容 分压器单元装有数十只串联而

7、成的膜纸复 合介质组成的电容元件，并充以十二烷基 苯绝缘油密封，高压电容C1的全部电容元 件和中压电容C2被装在1-3节瓷套内，由于 它们保持相同的温度，所以由温度引起的 分压比的变化可以被忽略。 CVT典型结构和电气连接原理图 1电容分压器 2电磁单元 3高压电容C1 4中压电容C2 5中间变压 器 6谐振电抗器7阻尼器 8电容分压器低压端对地保护间隙 9阻尼连接 片 10一次侧接线端子11二次绕组输出端子 12接地端 13绝缘油 14瓷套管 15油箱16端子箱17外置式金属膨胀器 l4、技术参数： l（1）误差： l1）变比误差：二次测量值与一次电压的 差值，再与一次电压之比的百分数。 l

8、2）相位角误差：二次电压相量旋转180 后与一次电压的夹角。 l（3）准确等级：即指变比误差的百分数 l（4）极性：减极性标注 4、接线 l1.电压互感器的极性 l电压互感器的极性端采用减极性法标注。 电压互感器一、二次绕组的极性决定于绕 组的绕向，而一、二次绕组电压的相位决 定于绕组的绕向和对绕组始末端的标注方 法，我国按一、二次电压相位相同的方法 标注极性端，这种标注方法称为减极性标 注法。 图230 电压互感器的极性标注 （a）极性与电压 （b）极性与电流 （c）相 量图 图231 三相五柱式电压互感器极性 （a）极性标注 （b）Y，yo电压相量图 （c）Y，d1电压相量图 5、接线方式

9、 l电压互感器的接线方式根据二次负载的需 要而定。 l电压互感器在三相系统中要测量的电压有： 线电压、相电压、相对地电压和单相接地 是出现的零序电压。为了测量这些电压， 电压互感器有不同的接线方式，发电厂中 应用较广泛的几种接线如图所示。 图232 电压互感器的接线方式 （a）一台单相电压互感器接线 （b）V-V接线 （c）Y-Y0接线 （d）三相五柱式电压互感器接线 （e）三台单相三绕组电压互感器 接线 三、电流互感器： l 1、原理 l 电流互感器的工作原理与普通变压器相似，是按电磁感应 原理工作的。当一次侧绕组流过电流时，铁芯中产生交变 磁通，此交变磁通在二次侧闭合回路中感应出电势和电流

10、。 l 电流互感器一次侧额定电流IN1与二次侧额定电流IN2之比， 称为变流比，用KNI表示，其值为： l KNI 式中 IN1电流互感器一次额定电流； l IN2电流互感器二次额定电流； l N1、N2电流互感器一、二次绕组的匝数。 N N I I N N 1 2 2 1 2、 特点 （1）电流互感器的一次线圈匝数很少，并且串联 在被测电路中，因此，一次线圈的电流完全 取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流 无关。 （2）电流互感器二次线圈中所串接的测量仪表、 继电保护的电流线圈阻抗（即二次负荷阻抗） 很小，所以正常运行中，电流互感器在接近 于短路状态下工作。 （3）电流互感器在运行中，二次

11、侧不能开路。 电流互感器在正常工作中，原线圈和副线圈中的磁势 是相互平衡的，即I0W1=I1W1+I2W2，其激磁磁势 I0W1很小，因此，在二次侧感应产生的电势e2也很 小，一般不超过几十伏。但是，当二次侧开路时，因 I2=0，则I2W2也等于零，这时，I1W1全部变为激磁 磁势，它比正常运行时的合成激磁磁势I0W1大许多 倍，从而引起铁芯严重饱和，使磁通的波形畸变为 平顶波。由于二次线圈中感应电势与磁通的变化率 d/dt成正比，因此，在磁通过零时，二次线圈中产 生很高的尖顶波电势e2，其峰值可达几千伏甚至上万 伏，这对工作人员和二次回路中的设备都有很大的危 险。同时，由于铁芯磁感应强度剧增

12、，将使铁芯过热， 损坏线圈的绝缘。为了防止二次侧开路，规定电流互 感器二次侧不准装熔断器。在运行中，若需拆除仪表 或继电器，则必须先用导线或短路板将二次回路短接， 以防止开路。 电流互感器二次测开路时磁通和电势的波形电流互感器二次测开路时磁通和电势的波形 3、结构 l互感器为全密封结构，有油箱、瓷套、 器身、储油柜和膨胀器等部分组成。一 次线圈呈“U”型，有两个半圆铝管构成， 采用油纸电容式结构。二次线圈的导线 绕在环行的铁芯上，整个固定后套装在 一次线圈的下部而置于油箱中，依次电 流的改变是通过改变瓷套上部连接板的 接线方式而实现的。其外型见下图。 LB9-220型电流互感器外形及安装尺寸型

13、电流互感器外形及安装尺寸 4、型式 l （1）按安装地点可分为屋内式、屋外式和装入 式。35KV以下多为屋内式，35KV及以上多为屋 外式；110KV及以上的屋外式电流互感器为了减 少自身的体积和重量，多采用瓷套为箱体；装 入式电流互感器，是将电流互感器的铁芯和二 次绕组装入35KV及以上的断路器或变压器的套 管绝缘子，而构成的电流互感器。 l （2）按安装方式可分为穿墙式和支持式。穿墙 式电流互感器装于墙壁或金属框架结构的孔洞 中，它同时起到穿墙套管的作用；支持式则安 装在其它场所。 l （3）按结构可分为单匝式和多匝式。 （a）单匝式 （b）多匝式 （c）具有两个铁心的多匝式 1一次绕组

14、2绝缘套管 3铁心 4二次绕组 电流互感器结构示意图 l（4）按绝缘结构可分为干式、浇注式、 油浸式和气体。 l 浇注式电流互感器是采用环氧树脂浇注成形的， 具有体积小、重量轻、绝缘性能稳定的优点，广 泛地应用10KV及以下的配电装置中，35KV及以 上电压等级支柱式电流互感器多为油浸式， 35KV多采用金属外壳，110KV及以上多采用瓷 质外壳，近几年，气体绝缘（SF6）电流互感器 在110KV及以上电压等级的电路中应用较为广泛， 即在电磁元件的外壳为金属，内部充以SF6气体 作为绝缘介质。 图236 LCB110型支柱绝缘电流互感器 1一次绕组换接器 2绝缘套管 3扩张器 4绝缘油 5瓷外

15、壳 6一次 绕组7铁心和二次绕组 8二次绕组引出端 9小车 10放电间隙 图235 LQJ10型电流互感器外形图 图236 LCB110型支柱绝缘电流互感器 1一次绕组换接器 2绝缘套管 3扩张器 4绝缘油 5瓷外壳 6一次 绕组7铁心和二次绕组 8二次绕组引出端 9小车 10放电间隙 l 5、技术特性： l （1）变比： l （2）误差： l 1）比值差：二次表计测出的一次电流与一次电 流的差值，再与一次电流之比的百分数表示。 l 2）相角差：一次电流相量与转过180的二次 电流相量之间的夹角。 l 3）复合误差：指二次电流瞬时值乘以K l 与一次电流瞬时值的差值，再与额定电流之比 的百分数

16、。 l 10P20表示准确级次为10P,准确限制系数20， 即在20倍额定电流下，电流互感器复合误差不 大于10%。 N N I I N N 1 2 2 1 l （3）极性：是指一次绕组和二次绕组电流方 向的关系。减极性标注 l （4）稳定：是指系统发生短路时，电流互感 器所能承受因短路电流引起的电动力及热力作 用而不致受到损坏的能力。 l 用电动稳定倍数和热稳定倍数表示 l （5）10%误差曲线：是指当变化误差在10% 时，一次电流倍数（m=I1/I2)与二次额定负载 Zn的关系曲线。 l （6）最大二次电流倍数：是指当二次电流不 断增加时，在带有额定二次负载下，所达到的 二次电流值和其额定

17、值的比。 l （7）容量：是指它允许的负荷功率。 l电流互感器的极性 l为了准确判别电流互感器一次电流与二次 电流的相位关系，必须首先识别一、二次 绕组的极性端。电流互感器极性端标注的 方法和符号与电压互感器相同，如图所示。 一次电流I1的正方向从极性端H1流入一次 绕组从H2流出；二次电流I2的正方向从二 次绕组的极性端K1流出，从K2流入，即 “头进头出”。 图237 电流互感器极性标注 （a）极性标注 （b）电流相量 6、接线方式 l 电流互感器的接线方式根据测量仪表、继电保 护及自动装置的要求而定。常见的接线方式有 以下四种： l （1）三相星形接线方式：特点流过负载的电流 等于流过二

18、次绕组的电流，因此接线系数（或 称电流分配系数）Kc0等于1；三相电流IL1、IL2、 IL3对称时，在N与N的连接线中无电流；能反映 各种类型的短路故障。 l 这种接线方式，既可用于测量回路，又可用于 继电保护及自动装置回路，因此广泛应用在电 力系统中。 三相星形接线 （2）两相V形接线形式 l特点：流过负载的电流等于流过二次绕组 的电流，因此接线系数Kc0等于1；三相电 流（IL1、IL2、IL3）对称时，在N与N的连 接线中流过V相电流（IV）；但在一次系 统发生不对称短路时，N与N连线中流过 的电流往往不是真正的V相电流；同时不 能反映L2相接地故障。 l这种接线方式广泛应用在35KV

19、及以下中 性点非直接接地系统中。 两相V形接线方式 （a）接线方式 （b）电流相量图 （3）三相三角形接线方式 l正常运行时，流过每相负载（K1、K2、K3） 的电流是两相电流的相量差，如图所示，即 lIK1IU-IV；IK2IV-IW；IK3IW-IU l特点：流过每相负载的电流等于相电流的倍， 因此接线系数KCO等于；能反映各种类型的 短路故障，但一次系统发生不对称短路故障 时，各相负载中的电流变化较大。 l这种接线方式主要用于继电保护及自动装置 中，很少用于测量仪表回路。 三相三角形接线方式 （a）接线方式 （b）电流相量图 （4）三相零序接线方式 l这种接线流过负载K的电流IK等于三个电流 互感器二次电流的相量和，即 lIKIU+IV+IW （IL1+IL2+IL3） 3I0 l正常运行（或对称短路）时，二次负载电 流为IK0 l当一次系统发生接地短路时，二次负载电 流为IK 3I0 l这种接线方式主要用于