第九讲 电气设备原理与选择2

1、第八讲 电气设备原理与选择（2）,教学目的： 互感器的作用、特点 电磁式电流互感器误差分析及影响因素 电流互感器的准确级和额定容量 电流互感器的选择 电压互感器的原理、接线与选择,三、互感器的原理及选择,互感器的作用 1）将一次回路的高电压和大电流按比例变为二次回路标准的低电压（100V、 V）和小电流（5A 、1A），使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。 2）使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身安全 分类：电流互感器（TA 或CT）和电压互感器（TV或 PT）,电磁式互感器的工作原理与变压器类似,1、电磁式电流互感器,1

2、）特点 一次绕组串联在电路中，匝数很少。故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关 二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，正常情况下，在接近于短路状态下运行 额定电流比，一次、二次额定电流之比,2）电流互感器的误差,：二次总阻抗角,：二次负荷功率因数角,：铁芯损耗角,磁势平衡方程：,由于互感器存在励磁损耗，使一次电流,和,在数值上,和相位上均有差异，即测量结果有误差，这种误差通常用,电流误差,和相位差,表示,定义：,电流误差,相位差,与,之间的夹角,超前,时为正,根据向量图,电磁感应定律,磁动势方程,二次侧回路方程,可得,及,及,（%）,：铁芯磁导率,S：铁芯截面,：磁

3、路平均长度,不变,可能发生变化,运行时，,3）误差的影响因素,（）一次电流,当,时，,磁导率接近最大,电流误差,相位差,最小,当一次电流较小时， 磁导率小，H小， 铁芯损耗角小,电流误差 相角差,相角差增大得更快,增大,（）二次负载阻抗 （）二次负载的功率因数,与误差成正比,（）CT二次绕组不能开路（二次回路内不允许安装熔断器）,一旦开路，I2=0，励磁磁通势I0N1由很小变为I1N1，由磁化曲线，可知会发生磁通饱和，因此磁通接近矩形波，而二次绕组中感应的电势E2与磁通变化率d/dt成正比，因此二次绕组将在磁通过零时，感应很高的尖顶波电势，其值可达数千甚至上万伏，危及人身安全和仪表、继电器的绝

4、缘。 由于磁感应强度骤增，会引起铁芯和绕组过热。 在铁芯和绕组中产生剩磁，使互感器特性变坏。 因此，当CT一次绕组有电流时，二次绕组不允许开路,4）电流互感器的准确级和额定容量,a）CT的准确级 CT根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级 测量用CT准确级是指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差,b）保护用CT的准确级（简介） 保护用CT按用途分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）。稳态保护用CT的准确级常用的有5P和10P（220kV及以下）。 保护用CT的准确级（P类）以额定准确限值一次电流下（额定一次电流倍数，I1/IN ，也称额定准确限值系数）的最大复合误差来标

5、称 TP类准确级常用的有TPX,TPY,TPZ 3个级别（误差不大于1%，330500kV）,对保护级CT，主要在系统短路时工作，因此在额定一次电流范围内的准确度要求不如测量级高，只相当于310级，但对可能出现的短路电流范围内，则要求CT的最大误差不超过 10%。 CT的10误差曲线就是在保证CT的误差不超过 10%的条件下，一次电流的倍数n（I1/IN）与CT允许最大二次负载阻抗Z2l的关系曲线,保护用CT的10误差曲线,c）额定容量,CT的额定容量是指CT在额定二次电流（5A1A）I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时，二次绕组输出容量，也可用二次阻抗表示 由于CT的误差和二次负荷有关。同一个

6、CT在不同的二次负荷下，准确级不同，额定容量也不同,额定容量计算示例,如LMZ1-10-3000/5型电流互感器 S2N=40VA，(Z2N=1.6欧？) 当Z2l1.6时，准确级降为1级，对应的额定容量为60VA（Z2N=2.4欧）,5）电流互感器的分类和结构原理,a）按安装地点分屋内和屋外式。20KV及以下制成屋内式，35KV及以上多制成屋外式 b）按安装方式分为穿墙式、支持式、装入式 c）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等 d）按一次绕组匝数分为单匝式和 多匝式( 一次额定电流不超过400A),互感器代号,结构特点,绝缘方式,使用特点,6）电流互感器的选择,a）一次回路的额定电压和电流的

7、选择 U1N UNS I1N Imax b）二次额定电流的选择 CT的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A（较普遍）。 当配电装置距离控制室较远，为使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确级，应尽量采用1A,c）种类和形式的选择 根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式）选择其形式 d）准确级和额定容量的选择 （1）CT的准确级不得低于所供测量仪表的准确级 装于重要回路（如发电机、调速器、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的互感器的准确级不应低于0.5级 对测量精度要求较高的大容量发电机、变压

8、器、系统干线和500kV宜用0.2级 供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表，一般皆用11.5级的，相应的电流互感器应为0.51级 供只需估计电参数仪表的互感器可用3级,（2）CT二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量S2N,分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻；,为接触电阻，一般为0.1欧；,为连接导线电阻,二次导线的允许最小截面,Lc为连接导线计算长度,可控制,单相接线，用于对称三相负荷时，Lc=2 L,星形接线，110kV及以上线路和发电机变压器重要回路，Lc= L,不完全星形接线，用于35kV及以下不重要出线,接入表计中，有供收费的电能表时，,e）热稳定和动

9、稳定校验,热稳定：常以1s允许通过的热稳定电流,或一次额定电流,的倍数,来表示,动稳定：内部动稳定校验式（多匝式，同相间）,外部动稳定校验式（单匝式，不同相间）,2、电压互感器的原理与选择,1）分类：电磁式 PT 、电容分压式PT 2）电磁式电压互感器 工作原理与特点：容量小，类似一台小容量的变压器，但结构上要求有较高的安全系数；二次阻抗大，正常运行时接近于空载状态 额定电压比 误差：电压误差 ；相位误差 准确级：在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值 误差影响因素：一次电压；二次负载；功率因数,3）电容式电压PT 研制原因：对于电磁式PT，电压 体积成

10、本所以，我国500kV仅生产电容式PT 实质: 是一个电容分压器，为减少负荷电流的影响，可在回路中加入补偿电抗，并将测量仪表经中间变压器升压后与分压器相连 误差影响因素： ， ， ，电源频率f 优点：结构简单，成本低，经济性好 缺点：输出容量小，误差较大,4）电压互感器的选择,PT为与电网并联的电压变换设备，不须选择额定电流，PT不会受到外部电网短路电流的侵袭，不须进行短路动稳定、热稳定校验。PT的内部故障，由专用的熔断器快速切除 335kV的PT一般经隔离开关和熔断器接入电网 110kV及以上PT可靠性高，只经过隔离开关与电网联接,a、种类和型式选择 635kV，油浸式或浇注式 110220

11、kV，串级式电磁式PT(母线)，电容式PT（出线） 500kV，PT应有三个二次绕组，电容式 三相式五柱式PT用于20kV以下，投资省，但不宜用于精度要求较高的计费电能表中 b、容量和准确级的选择 按照所接仪表的准确级和容量来选 c、一次回路电压的选择 0.8UN1UNs1.2UN1 d、二次回路电压的选择,PT接线,角,PT二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求,单个单相式PT，二次绕组电压为100V 两个单相式PT结成不完全三角形接线，二次绕组电压为100V 三台单相三绕组PT，可获得相间电压时，二次绕组电压为,仪表的额定电压为100V,中性点不直接接地系统,中性点直接接地系统,

12、思考：中性点不直接接地系统中PT开口三角的二次额定电压取100/3？,中性点不接地系统，开口三角为三相100/3V头尾串接，正常情况下 单相接地时，A相对地电压为0，B、C相电压上升成 倍相电压，反映到开口三角绕组中即为 V UB和UC相差60度，,3、互感器在主接线中的配置原则,1）电压互感器的配置 母线：除旁母外，一般的工作、备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置 线路：35kV及以上输电线路，当对端有电源时，需装有一台单相电压互感器 发电机：一般装有2-3组电压互感器，一组供自动调节励磁装置；一组供测量仪表、同步和保护装置使用，5万kW及以上的发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子接地保护 变压器：低压侧有时为满足同步或继电保护的要求，设一组电压互感器,2）电流互感器的配置 为满足测量和保护装置的要求，断路器回路均设有电流互感器。中性点直接接地系统，一般按三相配置；对中性点非直接接地的系统，依具体情况，可按二相和三相配置 对保护用电流互感器的安装地点，应尽量按消除主保护的死区来设置。 为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 为减轻内部故障时发电机的损伤，用于励磁调节的电