培训资料：互感器的结构和原理

1、 互感器的结构和工作原理互感器的结构和工作原理第一节 电流互感器的结构和工作原理 第二节 电压互感器的结构和工作原理 第三节 光电式互感器的结构和原理 (略） 2016年5月10号互感器作用 互感器的主要作用有：（1）将高电压变为低电压（100V），大电流变为小电流（5A或1A）。（2）使测量二次回路与一次回路高电压和大电流实施电气隔离，以保证测量工作人员和仪表设备的安全。 2016年5月10号（3）采用互感器后可使仪表制造标准化，而不用按被测量电压高低和电流大小来设计仪表。（4）取出零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。 2016年5月10号互感器知识第一节 电流互感器的结构和

2、工作原理 一、电流互感器的主要技术数据 二、电流互感器的结构和工作原理 三、电流互感器的接线方式 四、电流互感器的正确使用 五、各种类型的电流互感器 2016年5月10号电流互感器知识一、电流互感器的主要技术数据 （）电流互感器分类（）电流互感器分类 （1）电流互感器按用途可分为两类：一是测量电流、功率和电能用的测量用互感器；二是继电保护和自动控制用的保护控制用互感器。 （2）根据一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式 2016年5月10号 电流互感器知识（分类）电流互感器知识（分类）（3）根据安装地点可分为户内式和户外式 （4）根据绝缘方式可分为干式，浇注 式，油浸式等。 （5）根据电流互感器工作

3、原理可分为电磁式、光电式、电子式等电流互感器。 一、电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 电流互感器知识（分类）电流互感器知识（分类）（二）电流互感器的型号规定 目前，国标：电流互感器型号编排方法规定如下：一、电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 电流互感器型号规定电流互感器型号规定 产品型号均以汉语拼音字母表示，字母含义及排列顺序见表4-l所示一、电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 电流互感器型号字母含义电流互感器型号字母含义 （三）电流互感器的主要参数（三）电流互感器的主要参数 1额定电流变比 额定电流变比是指一次额定电流与二次额定电流之比（有时简称电流比）；额定

4、电流比一般用不约分的分数形式表示。如：10/5,50/5,100/5,200/5,600/5，3150/5等 额定电流，就是在这个电流下，互感器可以长期运行而不会因发热损坏。当负载电流超过额定电流时，叫作过负载。 2准确度等级 （简称准确级） 国产电流互感器的准确度等级有0.2、0.5、1.0、3.0、0.2S级及0.5S级。如：0.2/10P10等一、电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 电流互感器参数电流互感器参数3额定容量 (VA) 电流互感器的额定容量，就是额定二次电流I2e通过二次额定负载Z2e时所消耗的视在功率S2e。 4额定电压 (kV) 是指一次绕组长期能够承受的最大电

5、压（有效值），它只是说明电流互感器的绝缘强度，而和电流互感器额定容量没有任何关系。 电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 5极性标志 （1）一次绕组首端标为L1，末端标为L2。当一次绕组带有抽头时，首端标为L1，自第一个抽头起依次标为L2，L3 （2）二次绕组首端标为S1，末端标为S2。当二次绕组带有中间抽头时，首端标为S1，自第一个抽头起以下依次标志为S2，S3 一、电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 电流互感器参数电流互感器参数（3）对于具有多个二次绕组的电流互感器，应分别在各个二次绕组的出线端标志“S”前加注数字，如1S1，1S2，1S3；2S1，2S2，2S3 （4）

6、标志符号的排列应当使一次电流自L1端流向L2端时，二次电流自S1流出，经外部回路流回到S2。 一、电流互感器的主要技术数据2016年5月10号 电流互感器电流互感器二、电流互感器的结构和工作原理 （一）电流互感器的结构（一）电流互感器的结构 基本结构与普通变压器相似，由两个绕制在闭合铁芯上、彼此绝缘的绕组（一次绕组和二次绕组）所组成，其匝数分别为N1和N2，如图4-2所示。一次绕组与被测电路串联，二次绕组与各种测量仪表或继电器的电流线圈相串联。2016年5月10号 电流互感器结构电流互感器结构 电力系统中，经常将大电流I1变为小电流I2进行测量，所以二次绕组的匝数N2多于一次绕组的匝数N1。电

7、流互感器的二次额定电流一般为5A，也有1A。电流互感器简称CT二、电流互感器的结构和工作原理2016年5月10号 电流互感器电流互感器 （二）工作原理和特性（二）工作原理和特性 电流互感器的工作原理与普通变压器的工作原理基本相同。即理想电流互感器两侧的额定电流大小和它们的绕组匝数成反比，并且等于常数KI。 电流互感器的基本工作原理、结构型式与普通变压器相似，但是电流互感器的工作状态与普通变压器有显著的区别：1221ee二、电流互感器的结构和工作原理2016年5月10号 电流互感器工作原理电流互感器工作原理（1）电流互感器的一次电流（I1）取决于一次电路的电压和阻抗，与电流互感器的二次负载无关，

8、即当二次负载变化时，例如多串几只电流表或少串几只电流表，不能改变其一次电流值的大小。（2）电流互感器二次电路所消耗的功率随二次电路阻抗的增加而增大，即S2I22eZb。（3）电流互感器二次电路的负载阻抗都是些内阻很小的仪表，如电流表以及电能表的电流线圈等，所以其工作状态接近于短路状态。 二、电流互感器的结构和工作原理 2016年5月10号 电流互感器知识电流互感器知识（三）电流互感器的误差特性（三）电流互感器的误差特性 电流互感器铁芯和绕组中存在损耗，所以，实际电流互感器存在着误差。 图4-3是电流互感器的简化相量图 二、电流互感器的结构和工作原理2016年5月10号 电流互感器知识电流互感器

9、知识 由相量图4-3中得到，二次安匝数i2N2 旋转180o（即-i2N2 ）与一次安匝数i1N1的相量相比较，其大小不等，相位也不同，即存在着两种误差，分别称为比值误差和相角误差。 比值误差简称比差，用fI表示。它等于 %100%100%100112111122KKKKf二、电流互感器的结构和工作原理2016年5月10号 电流互感器电流互感器 相位角误差简称角差。它是旋转180o后的二次磁动势安匝数与一次磁动势安匝数之间的相位差，用I表示 从相量图4-3中可求出比差与角差的公式 因为I很小，所以认为OBOCI1N1，其中 因为ACOCOAI1N1I2N2，所以 %100)sin(%100)s

10、in(%1002110112110111122f)sin()(90cos21102110NINIACo二、电流互感器的结构和工作原理2016年5月10号 电流互感器参数电流互感器参数 电流互感器的比差与角差的大小与励磁电流I10、负载功率因数2、损耗角有关。 112110112110)cos()(90sinsinoOBBC二、电流互感器的结构和工作原理2016年5月10号 电流互感器参数电流互感器参数三、电流互感器的接线方式 1两相星形（V形）连接 优点：（1）节省导线。 （2）能利用接线方法取得 第三相电流，一般为B相电流。 2016年5月10号 电流互感器接线方式电流互感器接线方式 缺点：

11、（1）现场用单相方法校验时，由于实际二次负载与运行时不一致，有时必须要采用三相方法（或其他类似方法），给校验工作带来一些困难。（2）由于有可能其中一相极性接反，公共线电流变成差电流，使错误接线机率相对地较多一些。 三、电流互感器的接线方式2016年5月10号 电流互感器接线方式电流互感器接线方式 2分相连接 优点是： （1）现场用单相方法校验与实际运行时负载相同。 （2）错误接线机率相对地少些。 缺点是:增加了一根导线。三、电流互感器的接线方式2016年5月10号 电流互感器接线方式电流互感器接线方式 3三相星形（Y形）连接 这种接线方法不允许断开公开接线，否则影响计量精度（因为零序电流没有通

12、路）。 三、电流互感器的接线方式2016年5月10号 电流互感器接线方式电流互感器接线方式四、电流互感器的正确使用 1电流互感器的选择 （1）额定电压的选择 电流互感器的额定电压必须满足下列件: Ux Ue （2）额定变比的选择 长期通过电流互感器的最大工作电流应小于或等于互感器一次额定电流，即IxI1e，但不宜使互感器经常工作在额定一次电流的13以下。2016年5月10号 电流互感器正确使用电流互感器正确使用 （3）准确度等级的选择 在发电厂、变电站、电力用户运行中的电能计量装置按其所计量的电量不同和计量对象的重要程度分五类（、）进行管理。 对 、类计量对象互感器应采用0.2级，对 、类计量

13、对象互感器应采用0.5级，0.1级以上互感器，主要用于实验室进行精密测量或用来校验低等级的电流互感器。四、电流互感器的正确使用2016年5月10号 电流互感器正确使用电流互感器正确使用（4）额定容量的选择与计算 电流互感器的额定容量S2eI22eZb，Zb为互感器二次额定负载阻抗。接入互感器的二次负载容量S2应满足0.25S2eS2S2e 由于电流互感器二次额定电流I2e已标准化，一般为5A。所以二次负载容量的计算主要决定于负载阻抗Zb的计算。Zb包括表计阻抗Zm、接头的接触电阻Rk（一般取0.010.5）以及导线电阻。 负载阻抗中前二者为确定值，唯有导线电阻为不定值。导线的计算长度决定于测量

14、仪表与电流互感器的电气距离和电流互感器的连接方式。四、电流互感器的正确使用2016年5月10号 电流互感器正确使用电流互感器正确使用 1）分相连接时二次负载阻抗的计算。 导线电阻RL前面的系数K称为接线系数，在这里K2 LkmLkmbRRZKRRZZ2四、电流互感器的正确使用2016年5月10号 电流互感器正确使用电流互感器正确使用2）二相星形连接时二次负载阻抗的计算。从图4-6中看出，A相电流互感器的二次电压为 所以电流互感器二次负载为其中K bakaLjamakaLbamaLbkLmaaZIRIReIZIRIRIIZIRIRRZIU0303)()(kLmRRZIUZ3223四、电流互感器的

15、正确使用2016年5月10号 电流互感器正确使用电流互感器正确使用3）三相星形连接时二次负载阻抗的计算。同理分析，可得到ZbZmRLRK 其中K1，设三相电流平衡，所以IN0 四、电流互感器的正确使用2016年5月10号 电流互感器正确使用电流互感器正确使用 2使用电流互感器应注意的问题使用电流互感器应注意的问题 （1）运行中的电流互感器二次绕组不允许开路。 （2）电流互感器绕组应按减极性连接。（3）电流互感器二次侧应可靠接地。 四、电流互感器的正确使用2016年5月10号 电流互感器正确使用应注意的问题电流互感器正确使用应注意的问题第二节 电压互感器的结构和工作原理 一、电压互感器的主要技术

16、数据二、工作原理三、电压互感器的正确使用 四、电压互感器二次负载的计算 2016年5月10号 电压互感器电压互感器一、电压互感器的主要技术数据 （）电压互感器的分类 1按用途分类 按用途分为测量用电压互感器和保护用电压互感器，这两种电压互感器，又可分为单相电压互感器和三相电压互感器。 2根据安装地点分类 按安装地点分为户内型电压互感器和户外型电压互感器。2016年5月10号 电压互感器分类电压互感器分类3根据电压变换原理分类（1）电磁式电压互感器，以电磁感应来变换电压；（2）电容式电压互感器，以电容分压来变换电压；（3）光电式电压互感器，以光电元件来变换电压。一、电压互感器的主要技术数据201

17、6年5月10号 电压互感器分类电压互感器分类4根据结构不同分类（l）单级式电压互感器，一次绕组和二次绕组均绕在同一个铁芯柱上。（2）串级式电压互感器，一次绕组分成匝数相同的几段，各段串联起来，一端子连接高压电路，另一端子接地。 一、电压互感器的主要技术数据2016年5月10号 电压互感器分类电压互感器分类 （二）电压互感器的型号规定（二）电压互感器的型号规定 目前，国产电压互感器型号编排方法如下： 电压互感器在特殊使用环境的代号，主要有以下几种：CY一船舶用；GY一高原地区用；W一污秽地区用；AT干热带地区用；TH一湿热带地区用。 一、电压互感器的主要技术数据2016年5月10号 电压互感器型

18、号规定电压互感器型号规定 电压互感器型号中的字母，都用汉语拼音字母表示，字母排列顺序及其对应符号含义如表4-3所示。一、电压互感器的主要技术数据2016年5月10号 电压互感器型号字母说明电压互感器型号字母说明 （三）电压互感器的主要参数（三）电压互感器的主要参数 1绕组的额定电压 额定一次电压是指可以长期加在一次绕组上的电压 ，其值应与我国电力系统规定的“额定电压”系列相一致。 额定二次电压，我国规定接在三相系统中相线与相线之间的单相电压互感器为100V，对于接在三相系统相与地间的单相电压互感器，为 V。 3/100一、电压互感器的主要技术数据2016年5月10号 电压互感器主要参数电压互感

19、器主要参数 2额定电压变比 额定电压变比为额定一次电压与额定二次电压之比，一般用不约分的分数形式表示(如：JDZ10-12 10/0.1) 3额定二次负载（VA） 电压互感器的额定二次负载，为确定准确度等级所依据的二次负载导纳（或阻抗）值。 一、电压互感器的主要技术数据2016年5月10号 电压互感器主要技术参数电压互感器主要技术参数 4准确度等级 国产电压互感器的准确度等级有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0级。 用户电能计量装置通常采用用户电能计量装置通常采用0.2级和级和0.5级电级电压互感器压互感器 5极性标志 为了保证测量及校验工作的接线正确

20、，电压互感器一次及二次绕组的端子应标明极性标志。电压互感器一次绕组接线端子用大写字母A、B、C、N表示，二次绕组接线端子用小写字母、b、c、n表示。 一、电压互感器的主要技术数据2016年5月10号 电压互感器主要技术数据电压互感器主要技术数据二、工作原理 （一）工作原理 电压互感器的工作原理、结构和接线方式与普通变压器相似，同样是由相互绝缘的一次、二次绕组绕在公共的闭合铁芯上组成，如图4-14所示。其主要区别是二者容量不同，且电压互感器是在接近空载的状态下工作。2016年5月10号 电压互感器工作原理电压互感器工作原理u电压互感器将高电压变为低电压供电给仪表，所以它的一次匝数N1多，二次匝数

21、N2少。一次绕组与被测电压并联，二次绕组与各种测量仪表或继电器的电压线圈相并联。电压互感器在电气图中文字符号用TV表示。 u电压互感器T形等值电路图和相量图如图4-15和图4-16所示 二、工作原理2016年5月10号 电压互感器工作原理电压互感器工作原理电压互感器存在着比差和角差 比差用 表示，它等于 相角差简称角差，是指一次电压与旋转180o 后二次电压相量间的相位差，用U表示，单位为“”（分）。当旋转后的二次电压超前于一次电压相量时，角差为正值；反之，角差为负值。 Uf00000010010010011221112UKUKKUUUUUUUUNNf二、工作原理2016年5月10号 电压互感

22、器工作原理电压互感器工作原理三、电压互感器的正确使用 1电压互感器的选择 （l）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，选择时，应满足下式 （2）准确度等级的选择。电压互感器的准确度等级选择与电流互感器的准确度等级选择相同。 XeXUUU1111 . 19 . 02016年5月10号 电压互感器正确使用电压互感器正确使用（3）接线方式的选择。电压互感器的接线方式有多种，计量有功电能和无功电能时，常用图4-22和图4-23两种接线方式。三、电压互感器的正确使用2016年5月10号 电压互感器接线方式电压互感器接线方式（4）额定容量的选择。按照二次负载取用的总

23、视在功率S选择电压互感器的额定容量Se，公式为 0.25SeS Se 电压互感器每相的二次负载并不一定相等，因此应按最大一相取用的负载功率来考虑选择。 三、电压互感器的正确使用2016年5月10号 电压互感器使用电压互感器使用 2使用电压互感器应注意的问题 为了达到安全和准确测量的目的，使用电压互感器必须注意以下事项： （1）按要求的相序进行接线，防止接错极 性，否则将引起某一相电压升高 倍。 （2）电压互感器二次侧应可靠接地，以保证人身及仪表的安全。 （3）电压互感器二次侧严禁短路。三、电压互感器的正确使用32016年5月10号 电压互感器使用中应注意的问题电压互感器使用中应注意的问题四、电

24、压互感器二次负载的计算 1电压互感器为V，v接线，负载为三角形接线 如图4-24所示，设接于a、b间电压互感器分担的总负载视在功率为S1，且S1由Sab和Sac构成。流过它们的电流分别为 iab 和 iac 。又设电压互感器二次额定线电压为U2e，且UabUcbUacU2e。2016年5月10号 电压互感器接线方式电压互感器接线方式流过、b间电压互感器的总电流为I1，则 为了求出I1，可将图4-24(b)中的iab和iac 分别向 投影，先求出I1的有功分量和无功分量，即1211IUIUSeab)60cos(cos1acoacababPIII)60sin(sin1acoacababQIII21

25、211QPIII四、电压互感器二次负载的计算abU2016年5月10号 电压互感器电压互感器将式（4-18）代入式（4-15）便可求出第一台互感器承担的总负载视在功率。如果将式（4-16）和式（4-17）等号两边同乘以二次侧额定电压U2e，可得第一台互感器二次负载的有功功率和无功功率分别为)60cos(cos1acoacababSSP)60sin(sin1acoacababSSQ21211QPS四、电压互感器二次负载的计算2016年5月10号 电压互感器电压互感器如果已知二次负载的导纳分别为Yb、Ycb、Yc，则式（4-19）和式（4-20）又可分别表示为 第一台互感器分担的二次负载总导纳和等

26、效功率因数角分别为按上述同样分析方法可求出接于c、b间的第二台电压互感器承担的总负载视在功率S2、总导纳Y2和等效功率因数角2 )60cos(cos22221acoaceababeYUYUP)60sin(sin22221acoaceababeYUYUQ221211eabUSUSY111PQarctg四、电压互感器二次负载的计算2016年5月10号 电压互感器电压互感器2互感器为Y，y接线，负载为三角形接线 如图4-25所示，设接于a相互感器的有关负载视在功率为Sab和Sac，相应的负载电流为iab和iac。又设a相总负载电流为ia，二次额定线电压为U2e，且UabUcbUacU2e，四、电压互

27、感器二次负载的计算2016年5月10号 电压互感器电压互感器a相电压互感器承担的总负载视在功率为 为了求出Ia，可将图4-25(b)中的iab和iac分别向 投影，先求出Ia的有功分量和无功分量，即 aeaabaIUIUS332)30cos()30cos(acoacaboabaPIII)30sin()30sin(acoacaboabaQIII22aQaPaIII四、电压互感器二次负载的计算aU2016年5月10号 电压互感器电压互感器将式（4-29）代入式（4-26）便可求出a相电压互感器承担的总负载视在功率Sa。如果将式（4-27）和式（4-28）等号两边同乘以 ，则a相电压互感器二次负载的

28、有功功率和无功功率分别为)30cos()30cos(31acoacaboabaSSP)30sin()30sin(31acoacaboabaSSQ22aaaQPS四、电压互感器二次负载的计算32eU2016年5月10号 电压互感器电压互感器如果已知二次负载的导纳分别为Yab、Ycb、Yac，则式（4-30）和式（4-31）又可分别表示为 a相电压互感器承担的二次负载总导纳和等效功率因数角分别为按上述同样分析方法可求出b相和c相电压互感器承担的二次负载的视在功率Sb和Sc，以及相应的二次负载总导纳Yb和Yc，等效功率因数角b和c )30cos()30cos(312222acoaceaboabeaY

29、UYUP)30sin()30sin(312222acoaceaboabeaYUYUQ222eaabaaUSUSYaaaPQarctg四、电压互感器二次负载的计算2016年5月10号 电压互感器电压互感器第三节 光电式互感器的结构和原理 一、光电式电压互感器（OTV）二、光电式电流互感器（OTA） 三、组合式光电互感器（OMU） 2016年5月10号 互感器互感器传统电磁式结构的互感器已暴露出许多缺点，其主要缺点如下：（1）电压等级越高，其制造工艺越复杂，可靠性越差，造价越高。（2）带导磁体的铁芯易产生磁饱和及铁磁谐振，且有动态范围小、使用频带窄等缺陷。自20世纪60年代以来，一些科技发达国家已

30、在研究一种新型的互感器，利用光学技术、光纤传感技术开发研制出光电式电压互感器（OTV）、光电式电流互感器（OTA）以及组合式光电互感器（OMU）。它们具有传统互感器不可比拟的优点。2016年5月10号 互感器互感器其优点如下：（1）体积小，重量轻；（2）价格低，测量精度高；（3）不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题；（4）暂态响应范围大，频率响应范围宽；（5）抗电磁干扰性能好；（6）没有因充油而产生易燃、易爆炸等危险；（7）便于向数字化、微机化发展。2016年5月10号 互感器互感器一、光电式电压互感器（OTV） 1基于电光效应的电压互感器 某些晶体在没有外电场作用时，其各向同性，光率体为一

31、圆球体。在外电场作用下，导致其入射光折射率改变，这种效应就是光学的Pockels效应。其表达式为 这种折射率的变化将使某一方向入射晶体的偏振光产生的电光相位延迟，且延迟量与外加电场强度成正比。 测量光的折射率通常是通过干涉法进行间接测量，其基本结构主要由传感头、信号传输光纤和测量系统组成，如图4-28所示。 KEn 2016年5月10号 互感器互感器一、光电式电压互感器（OTV）2016年5月10号 互感器互感器图4-29所示为BGO光纤电压传感头的工作原理和结构。它由起偏器、l/4入波片、BGO晶体、检偏器构成。光纤传输的自然光经透镜准直，由起偏器变成线偏振光，经1/4入波片将偏振光再变成圆偏振光。由于加在BGO晶体上的电压或电场的作用，这个圆偏振光又变成椭圆偏振光，经检偏器检偏后的光信号，其调制度相当于交流电压或电场。因此，加在BGO上的电信号就可以通过检测光信号来测量。 一、光电式电压互感器（OTV）2016年5月10号 光电式电压互感器光电式电压互感器2基于逆压电效应的OTV 当压电晶体受到外加电场作用时，晶体除了产生极化现象外，同时形状也产生微小变化即产生应变，这种现象称为逆压电效应。利用逆压电效应引起晶体形变转化为光信号的调制并检测光信号，则可实现电场（或电压）的光学传感。其结构如图4-30所示。一、光