(完整版)电压互感器和电流互感器

目录TOC\o"1-3"\u1. 概述 12. 电压互感器 12.1. 基本介绍 22.2. 主要类型 22.3. 工作原理 32.4. 注意事项 32.5. 铭牌标志 42.6. 基本作用 42.7. 接线方式 52.8. 常见异常 63. 电流互感器 63.1. 基本介绍 63.2. 基本原理 63.3. 型号参数 73.4. 使用原则 93.5. 校验方法 103.6. 注意事项 11

概述互感器在供配电系统中主要分为两种：电压互感器和电流互感器。在供配电系统中，大电流、高电压有时不能直接用电流表和电压表来测量，必须通过互感器按比例减小后测量。互感器的内部结构就是变压器。按照变压器的原理运行。互感器和变压器的工作原理相同,都是运用电磁感应原理来工作的.变压器的作用是将一种等级的电压变换成另一种等级的同频率的电压,它只能实现电压的变换,不能实现功率的变换.互感器分为电压互感器和电流互感器.电压互感器的作用是供给测量仪表,继电器等电压,从而正确的反映一次电气系统的各种运行情况.使测量仪表,继电器等二次电气系统与一次电气系统隔离,以保证人员和二次设备的安全,将一次电气系统的高电压变换成同意标准的低电压值(100伏,100/1.732伏,100/3伏).电力互感器的作用与电压互感器的作用基本相同,不同的就是电流互感器是将一次电气系统的大电流变换成标准的5安或1安供给继续电器,测量仪表的电流线圈。电压互感器基本介绍电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。电压互感器（Potentialtransformer简称PT，也简称TV）和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。线路上为什么需要变换电压呢？这是因为根据发电、输电和用电的不同情况，线路上的电压大小不一，而且相差悬殊，有的是低压220V和380V，有的是高压几万伏甚至几十万伏。要直接测量这些低压和高压电压，就需要根据线路电压的大小，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。这样不仅会给仪表制作带来很大困难，而且更主要的是，要直接制作高压仪表，直接在高压线路上测量电压，那是不可能的，而且也是绝对不允许的。电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电气隔离。电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。主要类型（1）按安装地点可分为户内式和户外式。35kV及以下多制成户内式；35kV以上则制成户外式。（2）按相数可分为单相和三相式，35kV及以上不能制成三相式。（3）按绕组数目可分为双绕组和三绕组电压互感器，三绕组电压互感器除一次侧和基本二次侧外，还有一组辅助二次侧，供接地保护用。（4）按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式。干式电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于6kV以下的户内式装置；浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便，适用于3kV～35kV户内式配电装置；油浸式电压互感器绝缘性能较好，可用于10kV以上的户外式配电装置；充气式电压互感器用于SF6全封闭电器中。（5）按工作原理划分，还可分为电磁式电压互感器，电容式电压互感器和电子式电压互感器。工作原理电压互感器的工作原理如图2-1所示，相当于2次侧开路的变压器，用来变压，在二次侧接入电压表测量电压（可以并联多个电压表）。电压互感器的二次侧不能短路。图2-1电压互感器原理图注意事项（1）电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如，测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。（2）电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联，同时要注意极性的正确性。（3）接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。（4）电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。（5）为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。因为接地后，当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。（6）电压互感器副边绝对不容许短路。铭牌标志电压互感器型号由以下几部分组成，各部分字母，符号表示内容：第一个字母：J——电压互感器；第二个字母：D——单相；S——三相第三个字母：J——油浸；Z——浇注；第四个字母：数字——电压等级（KV）。例如：JDJ-10表示单相油浸电压互感器，额定电压10KV。额定一次电压，作为互感器性能基准的一次电压值。额定二次电压，作为互感器性能基准的二次电压值。额定变比，额定一次电压与额定二次电压之比。准确级，由互感器系统定的等级，其误差在规定使用条件下应在规定的限值之内负荷，二次回路的阻抗，通常以视在功率（VA）表示。额定负荷，确定互感器准确级可依据的负荷值。基本作用电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。简单的说就是“检测元件”。接线方式电压互感器的接线方式很多，常见的有以下几种：（1）用一台单相电压互感器来测量某一相对地电压或相间电压的接线方式。（2）用两台单相互感器接成不完全星形，也称V—V接线，用来测量各相间电压，但不能测相对地电压，广泛应用在20KV以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中。（3）用三台单相三绕组电压互感器构成YN，yn，d0或YN，y，d0的接线形式，广泛应用于3~220KV系统中，其二次绕组用于测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。用一台三相五柱式电压互感器代替上述三个单相三绕组电压互感器构成的接线，除铁芯外，其形式与图3基本相同，一般只用于3~15KV系统。（4）电容式电压互感器接线形式。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，为了测量相对地电压，PT一次绕组必须接成星形接地的方式。在3~60KV电网中，通常采用三只单相三绕组电压互感器或者一只三相五柱式电压互感器的接线形式。必须指出，不能用三相三柱式电压互感器做这种测量。当系统发生单相接地短路时，在互感器的三相中将有零序电流通过，产生大小相等、相位相同的零序磁通。在三相三柱式互感器中，零序磁通只能通过磁阻很大的气隙和铁外壳形成闭合磁路，零序电流很大，使互感器绕组过热甚至损坏设备。而在三相五柱式电压互感器中，零序磁通可通过两侧的铁芯构成回路，磁阻较小，所以零序电流值不大，对互感器不造成损害。常见异常（1）三相电压指示不平衡：一相降低（可为零），另两相正常，线电压不正常，或伴有声、光信号，可能是互感器高压或低压熔断器熔断；（2）中性点非有效接地系统，三相电压指示不平衡：一相降低（可为零），另两相升高（可达线电压）或指针摆动，可能是单相接地故障或基频谐振，如三相电压同时升高，并超过线电压（指针可摆到头），则可能是分频或高频谐振；（3）高压熔断器多次熔断，可能是内部绝缘严重损坏，如绕组层间或匝间短路故障；（4）中性点有效接地系统，母线倒闸操作时，出现相电压升高并以低频摆动，一般为串联谐振现象；若无任何操作，突然出现相电压异常升高或降低，则可能是互感器内部绝缘损坏，如绝缘支架绕、绕组层间或匝间短路故障；（5）中性点有效接地系统，电压互感器投运时出现电压表指示不稳定，可能是高压绕组N（X）端接地接触不良。（6）悬浮电位放电，可能是穿芯螺栓和铁芯连接松动，造成螺栓处于悬浮电位；金属异物处于悬浮电位放电；绝缘支架螺母电位悬浮；（7）电弧放电，可以是串级绕组对铁芯放电，绝缘支持架不良而放电；绝缘进水受潮；一次绕组末端未接地；（8）过热性故障。电流互感器基本介绍电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。基本原理电流互感器的工作原理如图3-1所示，相当于2次侧短路的变压器，用来变流，在二次侧接入电流表测量电流（可以串联多个电流表）。电流互感器的二次侧不能开路。图3-1电流互感器工作原理电流表相当于电流互感器小负载（阻抗小）测量装置。当运行中电流互感器二次侧开路后，一次侧电流仍然不变，二次侧电流等于零，则二次电流产生的去磁磁通也消失了。这时，一次电流全部变成励磁电流，使互感器铁芯饱和，磁通也很高，将产生以下后果：(1)由于磁通饱和，其二次侧将产生数千伏高压，且波形改变，对人身和设备造成危害。(2)由于铁芯磁通饱和，使铁芯损耗增加，产生高热，会损坏绝缘。(3)将在铁芯中产生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去准确性，所以电流互感器二次侧是不允许开路的。型号参数（1）电流互感器型号：第一字母：L—电流互感器第二字母：A—穿墙式；Z—支柱式；M—母线式；D—单匝贯穿式；V—结构倒置式；J—零序接地检测用；W—抗污秽；R—绕组裸露式第三字母：Z—环氧树脂浇注式；C—瓷绝缘；Q—气体绝缘介质；W—与微机保护专用第四字母：B—带保护级；C—差动保护；D—D级；Q—加强型；J—加强型ZG第五数字：电压等级产品序号（2）主要技术要求A．额定容量：额定二次电流通过二次额定负荷时所消耗的视在功率。额定容量可以用视在功率V.A表示，也可以用二次额定负荷阻抗Ω表示。B．一次额定电流：允许通过电流互感器一次绕组的用电负荷电流。用于电力系统的电流互感器一次额定电流为5～25000A，用于试验设备的精密电流互感器为0.1～50000A。电流互感器可在一次额定电流下长期运行，负荷电流超过额定电流值时叫做过负荷，电流互感器长期过负荷运行，会烧坏绕组或减少使用寿命。C．二次额定电流：允许通过电流互感器二次绕组的一次感应电流。D．额定电流比（变比）：一次额定电流与二次额定电流之比。E．额定电压：一次绕组长期对地能够承受的最大电压（有效值以kV为单位），应不低于所接线路的额定相电压。电流互感器的额定电压分为0.5，3，6，10，35，110，220，330，500kV等几种电压等级。F．10%倍数：在指定的二次负荷和任意功率因数下，电流互感器的电流误差为－10%时，一次电流对其额定值的倍数。10%倍数是与继电保护有关的技术指标。G．准确度等级：表示互感器本身误差（比差和角差）的等级。电流互感器的准确度等级分为0.001～1多种级别，与原来相比准确度提高很大。用于发电厂、变电站、用电单位配电控制盘上的电气仪表一般采用0.5级或0.2级；用于设备、线路的继电保护一般不低于1级；用于电能计量时，视被测负荷容量或用电量多少依据规程要求来选择（见第一讲）。H．比差：互感器的误差包括比差和角差两部分。比值误差简称比差，一般用符号f表示，它等于实际的二次电流与折算到二次侧的一次电流的差值，与折算到二次侧的一次电流的比值，以百分数表示。I．角差：相角误差简称角差，一般用符号δ表示，它是旋转180°后的二次电流向量与一次电流向量之间的相位差。规定二次电流向量超前于一次电流向量δ为正值，反之为负值，用分（’）为计算单位。J．热稳定及动稳定倍数：电力系统故障时，电流互感器受到由于短路电流引起的巨大电流的热效应和电动力作用，电流互感器应该有能够承受而不致受到破坏的能力，这种承受的能力用热稳定和动稳定倍数表示。热稳定倍数是指热稳定电流1s内不致使电流互感器的发热超过允许限度的电流与电流互感器的额定电流之比。动稳定倍数是电流互感器所能承受的最大电流瞬时值与其额定电流之比。使用原则（1）电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载串联。（2）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故（3）二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流I1全部成为磁化电流，引起φm和E2骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈；同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。电流互感器在正常工作时，二次侧近似于短路，若突然使其开路，则励磁电动势由数值很小的值骤变为很大的值，铁芯中的磁通呈现严重饱和的平顶波，因此二次侧绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波，其值可达到数千甚至上万伏，危及工作人员的安全及仪表的绝缘性能。另外，二次侧开路使二次侧电压达几百伏，一旦触及将造成触电事故。因此，电流互感器二次侧都备有短路开关，防止二次侧开路。在使用过程中，二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停电处理。一切处理好后方可再用。（4）为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障滤波等装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母线断路器、旁路断路器等回路中均设2～8个二次绕阻的电流互感器。（5）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如：若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中（6）为了防止支柱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（7）为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。校验方法在进行电流互感器误差试验之前，通常需要检查极性和退磁等试验。（1）极性检查电流互感器一次绕组标志为P1、P2，二次绕组标志为S1、S2。若P1、S1是同名端，则这种标志叫减极性。一次电流从P1进，二次电流从S1出。极性检查很简单，除了可以在互感器校验仪上进行检查外，还可以使用直流检查法。（2）退磁检查电流互感器在电流突然下降的情况下，互感器铁芯可能产生剩磁。如电流互感器在大电流情况下突然切断电源、二次绕组突然开路等。互感器铁芯有剩磁，使铁芯磁导率下降，影响互感器性能。长期使用后的互感器都应该退磁。互感器检验前也要退磁。退磁就是通过一次或二次绕组以交变的励磁电流，给铁芯以交变的磁场。从0开始逐渐加大交变的磁场(励磁电流)使铁芯达到饱和状态，然后再慢慢减小励磁电流到零，以消除剩磁。对于电流互感器退磁，一次绕组开路，二次绕组通以工频电流，从零开始逐渐增加到一定的电流值(该电流值与互感器的设计测量上限有关，一般为额定电流的20-50%左右。可以这样判断，如果电流突然急剧变大，此时表示铁芯以进入磁饱和阶段)。然后再将电流缓慢降为零，如此重复2-3次。在断开电源前，应将一次绕组短接，才断开电源。铁芯退磁完成。此方法称开路退磁法。对于有些电流互感器，由于二次绕组的匝数都比较多。若采用开路退磁法，开路的绕组可能产生高电压。因此可以在二次绕组接上较大的电阻(额定阻抗的10-20倍)。一次绕组通以电流，从零渐变到互感器一次绕组的允许的最大电流，再渐变到零，如此重复2-3次。由于接有负载铁芯可能不能完全退磁。由于一次绕组的最大电流有限制，过大的话可能烧坏一次绕组。如果接