第八章 互感器

互感器是一种特殊变压器，互感器包括电流互感器和电压互感器，是一次系统和二次系统之间的联络元件，将一次侧的高电压、大电流变成二次侧标准的低电压（100V或V）和小电流（5A或1A），用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，使二次电路正确反映一次系统的正常运行和故障情况。目前，互感器常用电磁式和电容式，随着电力系统容量的增大和电压等级的提高，光电式、无线电式互感器正应运而生，将应用于电力生产中。1概述第八章互感器

互感器分为电流互感器和电压互感器。一次系统和二次系统间联络元件，用以向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，反映电气设备的运行和故障情况。其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等相互连接。互感器是特种变压器，其工作原理是变压器工作原理。其原边都在一次系统，副边不同。电流－串接二次回路，电压－并联二次回路。

第一节

互感器的作用1互感器与系统的连接

电压互感器TV一次绕组并接于电网，二次绕组与测量仪表或继电器电压线圈并联。电流互感器TA一次绕组串接于电网（与支路负载串联）二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈相串联。

在安装接线时同名端子不可接错，否则会造成这些装置运行中的紊乱，因此正确测定互感器的同名端并正确接入上述仪表装置十分重要。

2互感器的作用

a.

将一次系统的高电压、大电流，转变为低电压、小电流，供测量、监视、控制及继电保护使用。

标准值：电压均变成100V（或对地100V／）以下的低电压，电流均变成5A（或1A，0.5A）以下的小电流，以使于测量仪器、继电器的小型化、系列化、标准化。

b.

将一次系统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧必须有一点可靠接地，保证了二次设备及人员的安全。无论是电流互感器还是电压互感器,都要求二次侧有一点可靠接地,以防止万一互感器绝缘损坏,高电压会窜入二次回路。c.

二次设备低电压、小电流，连接简单方便，易集中管理和远程控制、测量。

d.

二次回路接线不受一次回路控制，接线灵活，二次设备维护、调换和检修不中断一次回路。4.1电流互感器的工作特性1）正常运行时，二次绕组近似于短路工作状态。2）一次电流的大小决定于一次负载电流。3）运行中的电流互感器二次回路不允许开路。4）电流互感器的一次电流变化范围很大。5）电流互感器结构应满足热稳定和电动稳定要求。4.2电压互感器的工作特性1）正常运行时，电压互感器二次绕组近似工作开路状态。2）电压互感器一次侧电压决定于一次电力网的电压。3）运行中的电压互感器二次侧绕组不允许短路。3互感器的工作特性电流互感器的磁平衡方程式：

Ⅰ1NI+Ⅰ2N2=Ⅰ0N1

一次磁势Ⅰ1NI

包括两部分，其中小部分Ⅰ0NI

使铁心产生磁通，另外大部分用来平衡二次磁势Ⅰ2N2,

，这一部分磁势与二次磁势大小相等、方向相反。

1原理第二节

电流互感器一、电流互感器的工作原理

在理想的电流互感器中，如果假定空载电流Ⅰ0=0，则总磁动势Ⅰ0N1=0，即忽略励磁电流，根据能量守恒定律，一次绕组磁动势等于二次绕组磁动势，即

Ⅰ1NI=-Ⅰ2N2

即电流互感器的电流与它的匝数成反比，一次电流对二次电流的比值称为电流互感器的电流比。K=

Ⅰ1/Ⅰ2=N2/N1

当知道二次电流时，乘上电流比就可以求出一次电流，这时二次电流的相量与一次电流的相量相差1800（即反相）。

2.工作特点（1）一次绕组线径较粗而匝数少；二次绕组较细而匝数较多。（2）一次绕组串联接入一次电路，一次绕组的电流只取决一次回路负载，而与二次侧负载无关；而其二次电流在理想情况下取决于一次电流。（3）电流互感器的额定电流比近似等于二次与一次匝数之比，即：K＝I1/I2≈W2/W1

（4）电流互感器二次绕组所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，均为串联关系。正常工作时．电流互感器二次侧接近于短路状态．*当二次绕组流有I2时，二次磁势I2N2对一次磁势I1N1有强烈的去磁作用，剩余激磁电流I0和剩余磁势I0N1很小。电流互感器二次回路开路时磁通和电势波形ФīФ0正常īī1eФe

假如二次回路开路→二次去磁势为0→一次侧磁势全部用于励磁，励磁磁势很大→铁芯饱和→磁通是平顶波形→感应电势正比于磁通变化率dφ/dt→感应电势很大，二次侧绕组将感应出几千伏的电动势e→导致危险，故二次电路不允许开路，不允许装熔断器，断开仪表时必须先将副边绕组短接，再断开。根据磁势平衡原理可写出：I1N1十I2N2＝I0N1若I0N1＝0，则电流测量没有误差。1）电流误差（又称比差）

电流互感器实际测量出来的电流KⅠ2与实际一次电流Ⅰ1之差，占Ⅰ1的百分数，即

由于始终有励磁电流I0的存在，使得无论是在数值还是在相位都存在误差。电流误差引起所有测量仪表和继电器产生误差，角误差只对功率型测量仪表和继电器及反映相位的保护装置有影响二、

电流互感器的测量误差及影响误差的因素2）角误差（角差）

二次电流I2旋转1800后与一次电流I1不能重合，之间所产生的角度即角误差。规定二次电流负相量超前于一次电流相量时，角误差δ为正，反之角误差δ为负。由相量图知：Ⅰ2N2-Ⅰ1NI=Ob-Od=-bd若δi很小，则bd=bcδi=sinδi=ac/Oa=

3、复合误差

复合误差是在稳态情况下，按额定电流比折算到一次侧的二次电流瞬时值与实际一次电流瞬时值之差的方根值（有效值）4、影响误差的因素

电流互感器的误差与其结构、铁芯材料及尺寸、二次绕组匝数、二次回路负载绩大小及性质、一次电流大小等有关．a.误差与一次安匝成反比b.一次侧电流对误差的影响，当Ⅰ1工作在一次侧额定电流值附近时，电流误差和角误差均比较小c.铁心质量和结构尺寸对误差影响。减小铁心的磁阻，如减小磁路长度、增大铁心截面和选用磁导率高的电工钢，减小磁路的空气隙都会使误差减小d.二次侧负荷阻抗及功率因素对误差的影响，若Ⅰ1不变，Ⅰ2减小，则电流误差和角误差将增大。因此要将二次侧负荷的阻抗及功率因数限制在相应的范围内。三、电流互感器准确级和额定容量1.准确级

准确度级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。电流互感器的准确度是以标称准确级来表征的，对于不同的准确级有不同的要求。如表8-1所示。我国GB1208-1997《电流互感器》规定测量用的电流互感器的测量精度有0.1、0.2、0.5、1、3、5五个准确度级；对特殊要求的还有0.2S和0.5S级。保护用电流互感器按用途可分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）两类，稳态保护用电流互感器的准确级用P来表示，常用的有5P和10P。

表8-1中，测量用电流互感器的准确级是在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数来标称的，而保护用电流互感器以额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差百分数来标称的。

所谓额定准确限值一次电流即一次电流为额定一次电流的倍数，也称为额定准确限值系数。例如10P20表示准确级为10P，准确限值系数为20。这一准确级电流互感器在20倍额定电流下，电流互感器负荷误差不大于10%。

电流互感器的准确级就是其最大允许电流误差的百分值。分：0.2、0.5．1.0、3、10及保护级（B级）电流互感器准确级误差限值

电流互感器的额定容量SN2系指电流互感器在额定二次电流ⅠN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的功率SN2=Ⅰ2N2ZN2。由于电流互感器的额定二次电流为标准值，也为了便于计算，二次侧额定容量可以用二次侧阻抗代替，称为二次侧额定负荷。因电流互感器的误差和二次负荷有关，故同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。例如：

LMZ1-10-3000/5型互感器在0.5级下工作时，ZN2=1.6(40VA)

在1级工作时,ZN2=2.4(60VA)。2电流互感器副边负荷及容量2.2电流互感器的容量

S2：电流互感器的二次容量互感器选择：S2<Se2

如果SN2>Se2,则LH的精度将下降至少一个等级。2.1副边负荷

副边负荷SN2：IN2由IN1确定，故二次电路内的负荷阻抗决定了SN2SN2=Ⅰ2N2ZN2ZN2：二次电路负荷阻抗，包括仪表和继电器线圈阻抗、二次导线电阻和连接处电阻。单相式接线——仅反映三相电流平衡系统的运行状态，作一般恻量和过负荷保护。用于三相对称的系统中，各相负荷平衡时不完全星形接线——常用于6～10kV中性点不接地三相三线制系统中，可供功率表或电能表使用，仅取A相和c相电流。公用回线中流通的电流即为B相电流。节省了一个电流互感器。四、

电流互感器接线两相电流差接线：可用干6～10kV的过电流保护。三相星形接线：广泛用于负荷不平衡的三相四线制系统，也可用干一般的三相三线制系统．可测量电路的三相电流，监视各相负荷下对称情况。原绕组是单匝，当被测电流很小时，原边磁势小，测量准确度很低。当一次侧额定电流为400A及以下，为提高准确度，将一次绕阻制成两匝或两匝以上，就构成了复匝式。单匝式电流互感器是由载流导体（作为一匝原绕组）穿过绕有副绕组的环形铁芯构成。它结构简单、体积小、价格低。一次绕组绝缘磁管铁心二次绕组五、

电流互感器结构与类型1电流互感器结构和原理2.电流互感器的类型

1.按用途可分为测量用和保护用2．按安装地点可分为屋内和屋外式。20KV以下基本为户内式，35KV及以上多为户外式。3．按绝缘可分为油绝缘、一般干式绝缘、浇注绝缘式、瓷绝缘、气体绝缘等。干式用绝缘胶浸渍，包括有塑料外壳和无塑料外壳，用于屋内低压电流互感器；浇注式以环氧树脂或其它树脂为主的混合胶作绝缘，浇注成型，目前，仅用于35kv及以下的屋内电流互感器；油浸式多为屋外式，油浸式电流互感器。

4．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；支持式安装在平面或支柱上；装入式是套装在35kv及以上的变压器或多油断路器油箱内的套管上，故也称为套管式。

5.按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式。单匝式分为贯穿型和母线型两种。

6．按电流互感器的工作原理，可分为电磁式、电容式、光电式和无线电式。

电流互感器全型号的表示和含义如下：3、

电流互感器的型号*LZZJ-10LA-10QLFC-10LCWD-10LZZBJ-10LVQB-220各种电流互感器DIN42600电流电压互感器环型CT

不同的二次负荷对电流互感器有不同的精度要求。为节省空间和成本，往往几个铁芯（各自绕着相应的二次绕组）其享一个一次线圈，构成一台电流互感器。一般3～35kV电流互感器均有两个二次绕组；110kV电流互感器有3～4个二次绕组；而220kV则有4～5个二次绕组。另外．为了适应不同一次负荷电流的要求，110kV及以上的电流互感器常将一次绕组分成几组，通过改变一次绕组的串、并联关系，即可很方便地获得2～3个额定电流比。配电装置中广泛采用环氧树脂浇注绝缘，性能好

4、电流互感器的结构1）、一般干式和树脂浇注式电流互感器按结构分套管式、贯穿式、母线式和支柱式。屋内配电装置，一次侧绝缘套管兼作穿墙套管绝缘，20kV以下多匝穿墙式－高压原绕组借瓷套管与安装法兰.铁芯.副绕组绝缘单匝穿墙式－母线型穿墙式－互感器本身不带载流导体，母线穿过内腔即可

三相式电流互感器穿芯式电流互感器2）油浸式电流互感器一般为户外,可分为纯油纸绝缘的链型结构和电容型油纸结构。110KV以上主要采用电容型绝缘结构。工作电压很高，绝缘材料厚度很大，其中的电场分布不均匀，材料利用不充分－－广泛采用电容式绝缘结构。绝缘材料分层。层间有电容屏。圆筒形电容器串瓷箱内部有原绕组串/并联转换。下部有油箱。多匝油浸绝缘，原副绕组分别绝缘方式安装在配电装置的构架上电容式电流互感器分为正立式和倒立式。倒立式的主绝缘全都包扎在二次上。

串级式电流互感器几个电流互感器相互串联适用110kV以上，节省绝缘材料每一级两绕组只承受装置对地电压的一半。如两绕组采用分别绝缘，每个绕组只承受装置对地电压的1/4。缺点：误差大，故一般只有两级串联。支持式电流互感器3）.LF6气体绝缘电流互感器特点：电磁式电压互感器原理与变压器相同（l）小容量降压变压器。一次绕组匝数多，而二次绕组少。（2）一次绕组并接于一次系统，二次绕组侧各仪表亦为并联。因此电压低，额定电压一般为100V；容量小，只有几十伏安或几百伏安

（3）二次绕组所接负荷均为高阻抗的电压表及电压继电器，故正常运行时二次绕组接近于空载状态（开路）且多数情况下它的负荷是恒定的。电压互感器的一次电压U1与其二次电压U2之间有下列关系：U1≈(N1/N2)U2=

KUU2

式中，N1、N2——为电压互感器一次和二次绕组匝数；

KU——为电压互感器的变压比，一般表示为其额定一、二次电压比，即KU=U1N/U2N，例如10000V/100V。第三节

电压互感器一、电压互感器的工作原理

电压互感器高压侧一般经隔离开关和高压熔断器接入高压电网,低压侧也应装低压熔断器.110kV及以上可直接经由隔离开关接入电网,不装高压熔断器。380V的可经熔断器直接接入电网,而不用隔离开关。无论是电流互感器还是电压互感器,都要求二次侧有一点可靠接地,以防止万一互感器绝缘损坏,高电压会窜入二次回路。

（4）.电压互感器二次侧所通过的电流由二次回路阻抗的大小来决定，当二次侧短路时，将产生很大的短路电流损坏电压互感器。为了保护电压互感器，一般在二次侧出口处安装些熔断器或快速自动空气开关，用于过载和短路保护。在可能的情况下，原边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。二、电磁式电压互感器的测量误差

1.误差

由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，因此电压互感器测量结果呈现误差，通常用电压误差（又称比值差）和角误差（又称相角差）表示。一、二次额定电压之比，称为额定电压比，即：K＝U1/U2（2）角误差或相位差

电压向量U1与旋转180度的副边电压U2之间夹角，规定旋转后的U2超前U1时角误差为正，反之为负。即为空载相位差和负载相位差之和（1）电压误差：

电压误差为二次电压的测量值乘额定互感比所得一次电压的近似值（U2ku）与实际一次电压U1之差，而以后者的百分数表示，即

2.影响误差误差因素互感器在结构方面,一二次绕组的阻抗Z1、Z2和励磁电流增大时，误差相应增大。（二次负荷、功率因数和一次电压的大小）对误差有直接影响．运行方面：电压误差随二次负荷电流的增大而增加，二次侧负荷功率因素过大或者过小使得相位差增大。故一般采用导磁率高的冷轧硅钢片，减小电阻和漏磁。将二次负荷限制在额定二次容量范围内。如果超过该准确级的额定容量，则误差就会增大，准确等级就要降低。三、电压互感器的准确级和额定容量

1.准确级电压互感器的测量误差，以用其准确度级来表示。电压互感器的准确度级，是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷的功率因数为额定值时，电压误差的最大值。

表电压互感器的准确级和误差限值S2＝（（∑Sycosφy）2+（∑Sycosφy））1/2≤S2eSy：测量仪表和继电器电压线圈消耗功率，查表2.副边负荷－－额定容量

电压互感器的误差与二次负荷有关，因此对应于每个准确度级，都对应着一个额定容量，但一般说电压互感器的额定容量是指最高准确度级下的额定容量。例如JDZ-10型电压互感器，各准确级下的额定容量为：0.5级-80VA，1级-120VA，3级-300VA，则该电压互感器的额定容量为80VA。同时，电压互感器按最高电压下长期工作允许的发热条件出发，还规定最大容量，上述电压互感器的最大容量为500VA，该容量是某些场合用来传递功率的，例如：给信号灯，断路器的分闸线圈供电等。电压互感器要求在某些准确度级下测量时，二次负载不应超过该准确级规定的容量，否则准确度级下降，测量误差是满足不了要求的。四、电压互感器类型和结构1、电压互感器电分类磁式电压互感器可分为以下几种类型：（1）按用途可分为测量用和保护用（2）按安装地点可分为户内式和户外式。（3）按相数可分为单相式和三相式。只有20KV以下才制成三相式。（4）按每相绕组数可分为双绕组和三绕组式。三绕组电压互感器有两个二次侧绕组：基本二次绕组和辅助二次绕组。辅助二次绕组供接地保护用。（5）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式、串级油浸式和电容式等。干式多用于低压；浇注式用于3～35kV；油浸式主要用于35kV及以上的电压互感器。（6）按电压变换原分为电磁式、电容式和光电式2.电压互感器的型号电压互感器全型号的表示和含义如下：3.电压互感器结构1）.浇注式电压互感器浇注式电压互感器用于3～35kV户内配电装置。有独特的电气性能和机械性能,防火防潮,寿命长且制造简单.一般用环氧树脂混合胶浇注而成.2).油浸式电压互感器有普通式和串级式油浸式电压互感器JDJJ2-35型、JDJ2-35型被广泛用于35kV系统中。

这类电压互感器的铁芯和一、二次绕组放在充有变压器油的油箱内。绕组出线端经固定在油箱盖上的套管引出。

35kV及一下电压互感器的结构和普通变压器基本一致。根据其绝缘方式的不同，可分为干式、环氧浇注式和油浸式三种。

35kV及以下的电压互感器Jdjj-35电压互感器jszwk-10型电压互感器

随着电压的升高，电压互感器绝缘尺寸需增大。为了减少绕组绝缘厚度，缩短磁路长度，110kV及以上电压互感器采用串级式，铁芯不接地，带电位，由绝缘板支撑。国产JCC型和JDCF型电压互感器就是采用这种结构。

110～220kV电压互感器

一次绕组分两部分，分别绕在上下两铁芯上，二次绕组只绕在下铁芯柱上并置于一次绕组的外面。铁芯和一次绕组的中点相连。当电网电压U加到互感器一次绕组时，其铁芯的电(1/2)U。而且一次绕组的两个出线端与铁芯间的电位差、一、二次绕组间的电位差及二次绕组和铁芯间的电位差将都是(1/2)U。这就降低了对铁芯与一次绕组之间以及一、二次绕组之间的绝缘要求。JCC—110串级式瓷绝缘电压互感器

电压等级越高－绝缘要求高、体积越庞大。电容式与电磁式相比，具有结构简单、重量轻、体积小、成本低等优点。原理图,忽略流经小型一次绕组的电流，经电容