东北农大变电工程设计课件第3章 互感器

1、第3章 互感器互感器作用及工作原理电压互感器和电流互感器的连接互感器是电力系统中供测量和保护的重要设备，也是电力系统中一次系统和二次系统之间的联络元件。它可以将高电压、大电流转变成低电压（100V、50V等）和小电流（5、1或0.5A），分别为测量仪表、保护装置和控制装置提供电压或电流信号，反应电气设备的正常运行和故障情况。无论大、中、小变电站都离不开互感器，互感器分为电压互感器和电流互感器。一、互感器的种类和作用 互感器是电力系统中一次系统和二次系统之间的联络元件，用以变换电压或电流，分别为测量仪表、保护装置和控制装置提供电压或电流信号，反映电气设备的正常运行和故障情况，分为电压互感器（TV

2、）和电流互感器（TA） 。 互感器的作用体现在以下几个方面：（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值。，二次设备的绝缘水平可按低压设计，使测量仪表和继电保护装置标准化、小型化，结构轻巧、价格便宜。 一、互感器的种类和作用（2）所有二次设备可用低电压、小电流的控制电缆来连接，使配电屏内布线简单、安装方便；便于集中管理，可以实现远距离控制和测量。（3）二次回路不受一次回路的限制，接线灵活方便。对二次设备进行维护、调换以及调整试验时，不需中断一次系统的运行。一、互感器的种类和作用（4）使一次设备和二次设备实电气隔离。使二次设备和工作人员与高电压部分隔离，保证了设备和人身安全。二次设备出现

3、故障也不会影响到一次侧，提高了一次系统和二次系统的安全性和可靠性。（5）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。 一、互感器的种类和作用二、电磁式电流互感器的工作原理 电流互感器的一次绕组串联于被测量电路内，二次绕组与二次回路串联。当一次侧流过电流I1时，在铁芯中产生交变磁通，此磁通穿过二次绕组，产生电动势，在二次回路中产生电流I2。 磁势平衡方程为：忽略很小的励磁安匝： 只考虑电流数值得：电流互感器的额定电流比Ki： 二、电磁式电流互感器的工作原理 三、电磁式电压互感器的工作原理 电磁式电压互感器一次绕组与一次被测电力网并联，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈并联。电磁

4、式电压互感器二次电压U2近似与一次电压U1成正比，测出二次电压，便可确定一次电压。 在被测电网的相和地之间接有主电容C1和分压电容C2，Z2为继电器、仪表等电压线圈阻抗。电容式电压互感器实质上是一个电容串接的分压器，被测电网的电压在电容C1、C2上按反比分压。1. 分压原理分压比 三、电磁式电压互感器的工作原理 主要由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及载波装置、防护间隙等组成。 2. 原理结构三、电磁式电压互感器的工作原理 电流互感器中的电流误差及角误差（a）等值电路 （b）相量图电流互感器的等值电路及相量图如图所示:电流互感器中的电流误差及角误差 图中以二次电流 为基准，画在第一象

5、限水平轴上，即初相角为 。二次电压 超前 二次负荷功率因数角 ， 超前二 次总阻抗角 。铁芯磁通 超前 90。励磁磁势 对 超前铁芯损耗角 。根据磁势平衡原理和相量图可知，一次侧通过的实际电流与二次电流测量值乘以额定互感比以后所得的值在数值和相位上都有差异，即有测量误差。这是由于电流互感器存在励磁损耗和磁饱和等而引起的。这种误差通常用电流误差和角误差（相对误差）来表示，其定义为：电流误差为二次电流测量值乘额定互感比所得的值与实际一次电流之差，以后者的百分数表示。 由磁势平衡方程可知，当励磁损耗很小时，Ki=I1/I2K e=N2/N1 ,故式可以写成 ()%100111122-=NININIf

6、i角误差为二次电流相量旋转180后与一次电流相量所夹的角，并规定 超前于 时，角误差为正值；反之为负值。 I2N2及I1N1只表示其绝对值的大小，当I1N1 I2N2时，电流误差为负；反之为正。由相量图可得， I2N2 - I1N1 Ob-Od=-bd，当i很小时，bdbc，考虑到1弧度3440分，有（分）根据电磁感应定律，互感电动势二次回路电压降等于 ，在误差不大时， ，则有根据公式可得电流互感误差为 （分）电流互感器误差因素分析电流互感器误差因素分析 根据电磁感应定律，互感电动势 二次回路电压降等于E2，在误差不大时，I2 I1 / kn ，则有根据公式可得电流互感器误差为电流互感器误差因

7、素分析电流互感器误差因素分析Z2 和Z2l 一互感器二次线圈的内阻抗和负荷阻抗（欧） （分）电流互感器误差因素分析式中H 铁芯磁场强度（安.匝/米） B 磁感应强度（韦/米2） S 铁芯截面（米2 ） 磁路平均长度（亨/米） 磁芯磁导率（亨/米） 工频频率（50赫兹） 电流互感器的误差主要由励磁损耗和磁饱和等因素而引起。励磁损耗的大小直接影响着误差的大小，而励磁损耗又主要由互感器的结构参数决定。 电流互感器误差因素分析 1一次电流的影响电流互感器误差因素分析 一次电流I1与互感电势E2和磁感应强度B成正比，而且还与磁导率及铁芯损耗角有关。铁芯损耗角随磁场强度的大小而变化。 1一次电流的影响电流

8、互感器误差因素分析 铁芯的磁场强度越大，铁芯损耗角就越大。当一次电流I1减小，值将逐渐下降，由于磁导率下降励磁损耗增大，故误差fi和i随I1减小而增大，但由于励磁损耗角随磁场强度H减小而减小，故i比fi增加快些。电流互感器误差因素分析 当系统发生短路，一次电流为数倍于额定电流时，由于铁芯开始饱和，值下降，因而误差随I1增加而增大，由于铁芯损耗角也随之增大，所以其变化特性曲线fi比i增加快些。 1一次电流的影响电流互感器误差因素分析 2二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响 电流互感器误差因素分析 当功率因数不变时，增加二次负荷阻抗Z2，I2减小，依磁势平衡原理，I0N1将增加，因而fi及i增大。当

9、二次负荷功率因数角增加时， a角增大，使fi增大，而i减小；反之二次负荷功率因数角减小时，a角减小,fi减小，而i增大。 2二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响 电流互感器误差因素分析 3电流互感器二次绕组开路的影响电流互感器误差因素分析 后果：危及工作人员的人身安全和仪表、继电器的绝缘；磁感应强度骤增使铁芯损耗增加、引起过热使铁芯和绕组都有被损坏的危险；在铁芯中还会产生剩磁使互感器误差增大。电流互感器误差因素分析 当电流互感器需要在运行中拆除二次回路所连接的仪表时，必须先用导线（或者专用短路压板）将二次线圈或需拆仪表的端子短接起来，然后进行工作，用来防止二次回路开路造成严重危害。电流互感器的准

10、确级与10%误差曲线电流互感器的准确级及10%误差曲线 电流互感器根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级，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误差限值。电流互感器的准确级 电流互感器的准确级及10%误差曲线 测量用电流互感器有以下准确级：0.5级、0.2级、0.1级、0.05级、0.02级、0.01级、0.005级、0.002级、0.001级和0.5S级、0.2S级、0.1S级、0.05S级、0.02S级、0.01S级、0.005S级、0.002S级、0.001S级。其中S（special）代表特殊用途的电流互感器的精度标准。电流互感器的准确级 准确级次一次电流为额定电流

11、的百分数（）误差极限二次负荷变化范围电流误差（） 角误差（）0.2100.520（0.251）S2e200.35151001200.2100.510160200.75451001200.5301102120201.5901002001603501203.0不规定（0.51）S2e105012010B1003不规定S2e100n电流互感器的准确级和误差极限电流互感器的准确级及10%误差曲线 电流互感器保护级与测量级的准确级要求有所不同，对于测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度，而保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，一般只要求310级，但是对在可能出现的短路电流范围内，则要求

12、互感器最大误差限值不得超过-10%。电流互感器的准确级 电流互感器的准确级及10%误差曲线 同一台电流互感器使用在不同的准确度级时，规定有相应的额定容量。当电流互感器使用于向收费用电度表供电时，应控制二次负载阻抗数值范围，否则会降低准确度级，使测量的电能数不准确。电流互感器的准确级 电流互感器的准确级及10%误差曲线 当电流互感器所通过的短路电流为一次额定电流的n倍时，其误差达到-10%，n称为10%倍数，而10%倍数与互感器二次允许最大负荷阻抗Z2e的关系曲线n=f（Z2e）便叫做电流互感器的10%误差曲线。通常，10%误差曲线由制造厂家提供，只要电流互感器实际二次负荷不超过按最大一次电流倍

13、数从曲线上查出的Z2e值，就保证了误差不超过-10%。电流互感器10%误差曲线 电流互感器10%误差曲线电流互感器分类及接线 按照用途电流互感器一般可分为保护用电流互感器和计量用电流互感器两种。保护用电流互感器又可分为: P（protection，保护）类 TP（transient protection，暂态保护）类。 按安装地点可分为户内式和户外式。20kV及以下制成户内式；35kV及以上多制成户外式。电流互感器的分类 电流互感器分类及接线按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管；支持式则安装在平面或支柱上；装入式是套在35kV及以上变压器或多油

14、断路器油箱内的套管上，故也称为套管式。电流互感器的分类 电流互感器分类及接线按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等。干式用绝缘胶浸渍，适用于低压户内型电流互感器；浇注式利用环氧树脂作绝缘，目前仅用于35kV及以下的电流互感器；油浸式多为户外型。 按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式。电流互感器的分类 电流互感器的分类 1.干式和浇注绝缘互感器 干式互感器适用于户内、低电压的互感器。 浇注式互感器广泛用于1020kV级电流互感器。 如图：浇注绝缘电流互感器结构 (多匝贯穿式) 电流互感器的分类 （2）LMZ1-10、LMZD1-10型环氧树脂浇注绝缘单匝母线式电流互感器 电流互感器的分类 （3）LFZ

15、B-10型环氧树脂浇注绝缘有保护级复匝式电流互感器 电流互感器的分类 （4）LQZ-35型环氧树脂浇注绝缘线圈式电流互感器 电流互感器的分类 2.油浸式电流互感器 U字形电容绝缘原理结构图 吊环行绕组结构图 电流互感器的分类 2、油浸式电流互感器 （1）LCW-110型户外油浸式瓷绝缘电流互感器 电流互感器的分类 2、油浸式电流互感器 （2）LCLWD3-220型户外瓷箱式电流互感器 电流互感器的分类 2、油浸式电流互感器 （3）L-110型串级式电流互感器电流互感器的结构类型3.SF6气体绝缘电流互感器 SF6电流互感器有两种结构形式，一种是与SF6组合电器（GIS）配套用的，一种是可单独使

16、用的，通常称为独立式SF6电流互感器，这种互感器多做成倒立式结构。 SF6气体绝缘电流互感器 电流互感器的分类 4.新型电流互感器简介 新型电流互感器按耦合方式可分为无线电电磁波耦合、电容耦合和光电耦合式。 电流互感器的分类 4.新型电流互感器简介 光电式电流互感器性能最好，基本原理是利用材料的磁光效应或光电效应，将电流的变化转换成激光或光波，通过光通道传送，接收装置将收到的光波转变成电信号，并经过放大后供仪表和继电器使用。 电流互感器的分类 4.新型电流互感器简介 非电磁式电流互感器的共同缺点是输出容量较小，需要较大功率的放大器或采用小功率的半导体继电保护装置来减小互感器的负荷。第一个字母

17、第二个字母 第三个字母 第四个字母 字母 含义字母 含义字母 含义字母 含义L电流互感器 A穿墙式B支持式C瓷箱式D单匝式F复匝式J接地保护M母线式Q线圈式R装入式V倒置式Y低压式Z支柱式C瓷绝缘G改进的J树脂浇注K塑料外壳L电容式绝缘M母线式P中频的S速饱和的W户外式Z浇注绝缘B保护级D差动保护J加大容量Q加强型Z浇注绝缘LZZJ-10 LA-10Q LFC-10 LCWD-10 LZZBJ-10 LVQB-220 各种电流互感器500kV断路器及CT LVB-35W3 型电流互感器 LVBZ1-35 型电流互感器电流互感器的结构 单匝式结构有贯穿式（一次绕组为单根铜管或铜杆）和母线式（以母

18、线穿过互感器作为一次绕组）。多匝式按结构可分为线圈式、“8”字形和“U”字形。其他类型电流互感器情况简介 新型“超高压和特高压”电流互感器。 新型电流互感器的特点是：高低压间没有直接的电磁联系，使绝缘结构大为简化；测量过程中不需要消耗很大能量；没有饱和现象，测量范围宽，暂态响应快，准确度高，重量轻，成本低。其他类型电流互感器情况简介 新型电流互感器按高、低压都分的耦合方式，可分为无线电电磁波耦合、电容耦合和光电耦合式。 电流互感器的接线（1）单相接线主要用来测量单相负荷电流或三相系统中平衡负荷的某一相电流。（2）两相V形接线又称不完全星形接线，在610kV中性点不接地系统中应用较广泛。 （3）

19、两相电流差接线通常应用于继电保护线路中。 （4）星形接线用来测量负荷平衡或不平衡的三相电力系统中的三相电流。电流互感器运行注意事项电流互感器运行注意事项电流互感器运行注意事项（1）电流互感器的铁芯和二次（次级）侧的一端必须按保护和计量要求可靠接线（特殊保护除外）。（2）电流互感器的二次（次级）侧只能短路，绝对不能开路。电流互感器运行注意事项（3） 一般情况下，单相计量主要用于低压负载的单相供电方式，高压系统及三相负载电路均采用三相计量，三相计量对极性的关系更为重要，正确判断极性和接线的正确是计量的必要条件。电流互感器运行注意事项（4）电流互感器的二次回路不允许接入其他无关的设备，应有专用电流互

20、感器或专用二次绕组与电能表相连接。为提高低负荷时的计量准确性，应选用S级电流互感器与宽负荷电能表。对经电流互感器接入的电能表，其标称电流不宜超过电流互感器额定二次电流的30%120%。 电流互感器运行注意事项（5）电流互感器变比的影响 电流互感器的变比选择过大时，或者对负荷变化大而且在小负荷长时间运行的用户，计量准确度会受到影响。为了保证小负荷时计量的准确度，可采用S级电流互感器与宽负荷电能表（过载能力为4倍及以上），如选用0.2S级电流互感器与标称电流为15A的宽负荷电能表。S级电流互感器是一种计量准确度更高的电流互感器，可以保证在1%120%额定电流范围内的计量准确度。0.2S是指为满足特

21、殊使用要求制造的0.2级的互感器。比普通0.2级互感器精度的测试范围更宽一些。由图可见，负荷电流在1%120%额定电流的范围内都能保证所要求的准确度。电流互感器运行注意事项（5）电流互感器变比的影响 当电流互感器的变比选择过大时，或者对负荷变化大而且在小负荷长时间运行的用户，计量准确度会受到影响。为了提高计量的准确度，应使负荷电流的指示在标度尺2/3左右，以减少小负荷下电能计量的损失。电流互感器运行注意事项（5）电流互感器变比的影响 选择时应满足最大负荷电流与S级电流互感器的额定一次电流相一致或不大于额定一次电流的120%，最小负荷电流值不小于电流互感器额定一次电流的20%左右。（6）当由于继

22、电器保护的要求致使电流互感器的变比选择过大而不能满足计量要求时，应采用计量绕组二次有抽头的电流互感器或者采用测量绕组和保护绕组具有复变比的电流互感器。电流互感器运行注意事项电流互感器运行注意事项 具有复变比的电流互感器指在同一台电流互感器上，允许测量级和保护级有不同的电流比。具有复变比的电流互感器能给用户带来很大好处，当负荷电流变动大又要求电费计量准确时，希望用小电流比的互感器计量轻负荷。电流互感器运行注意事项而继电保护要求在短路故障情况下，在准确限值一次电流范围内满足误差要求，希望其额定电流值大于实际运行电流，以降低其准确系数的要求，此时需要用大电流比的互感器。所以，具有复变比的电流互感器兼

23、顾了计量和继电保护不同的要求。电压互感器作用、特点及种类电压互感器是用来进行电压转换的互感器。电压互感器符号：TV（旧标YH），也可以简称为PT（potential transformer）。它是二次回路中供测量和保护用的电压源，通过它能正确反映系统电压的运行状况。一、电压互感器的作用 1、将一次侧的高电压改变成二次侧的低电压，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并便于监视、安装和维护；2、使低压二次回路与高压一次系统隔离，保证了工作人员的安全。一、电压互感器的作用二、电压互感器的特点（1）电压互感器一次绕组匝数较多，二次绕组匝数较少，使用时一次绕组与被测量电路并联，二次绕组与测量仪表或继电器

24、等电压线圈并联。二、电压互感器的特点（2）电压互感器在正常运行时相当于一个空载运行的降压变压器，其二次电压取决于一次的电压值。二、电压互感器的特点（3）二次侧负荷阻抗较大，正常情况下二次电流很小，电压互感器近于开路状态运行，容量较小，要求有较高的安全系数。 三、电压互感器的种类和型号 1电压互感器的种类 按安装地点分：户内式（35kV电压等级以下）和户外式（35kV及以上）。 按绝缘方式分：干式（低压）、浇注式（335kV） 、油浸式（35kV及以上）和气体绝缘式等。三、电压互感器的种类和型号 1电压互感器的种类 按绕组数分：双绕组、三绕组和四绕组式。 按相数分：单相式（35kV及以上）和三相

25、式（20kV以下） 。 按结构原理分：电磁式和电容式。电磁式又可分为单级式（35kV以下）和串级式（63kV以上）。 产品名称 相数 绝缘形式 结构形式 设计序号 额定电z（kV） 三、电压互感器的种类和型号 2. 电压互感器的型号 电压互感器的型号用汉语拼音字母表示，分包括产品型号符号和设计序号，短横线后为电压等级（kV）。 234615型号名称表示字母字母含义型号名称表示字母字母含义用途J电压互感器结构形式及用途X带剩余（零序）绕组相数D单相B三柱带补偿绕组式S三相W五柱三绕组绝缘形式J油浸式G空气（干式）C串级式带剩余（零序）绕组Z浇注成型固体F测量和保护分开的二次绕组Q气体油保护方式N不带金属膨胀器C瓷绝缘R电容分压式型号中各字母含义见表 SF6气体绝缘电压互感器SF6气体绝缘电压互感器三、电压互感器的种类和型号 （1）JSJW-10型油浸式三相五柱电压互感器。三、电压互感器的种类和型号 （2）JCC-20型串级式电压互感器。三、电压互感器的种类和型号 （3）JDXN35电压互感器。浇注式电压互感器 JDZ10型浇注式单相电