互感器是电力系统中提供测量和保护用的重要设备

第六章互感器§6-1概述互感器是电力系统中提供测量和保护用的重要设备，无论大中小变电所都离不开互感器，互感器可以把高电压大电流改变成低电压小电流其作用是：1、 使测量仪表和继电器与高压装置在电气方面很好地隔离保证工作人员的安全。2、 使测量仪表标准化小型化，可以采用小截面的电缆进行远距离测量。3、 当电路发生短路时，仪表和电流线圈不受冲击电流的影响。注意的一点是：为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器二次线圈必须接地，这样当互感器一二次线圈间绝缘损坏时，可防止在仪表和继电器上发生高压危险。§6-2电磁式电流互感器一电磁式电流互感器的工作原理（CT的工作原理）电磁式电流互感器的工作原理与变压器相似，是系统中最常用的电流互感器。电流互感器的特点：（1） 一次线圈串联在电路中并且匝数很少，因此，一次电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流无关，而变压器的一次电流取决于二次电流。（2） 由于电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的线圈阻抗很小，所以正常情况下电流互感器在近于短路状态下运行。（3） 因为一次线圈额定电流I已规定为一个标准，所以二次线圈的额定电流I统一为" 2n5A。ICT的额定互感比为一次额定电流之比：K=~1^nI2n一、一， 。 。N额定互感比也可近是似为一二次线圈匝数比：Kn牝Kn=忒1二、CT的误差CT的等值电路与变压器的等值电路相同根据等值电路画向量图。以二次电流I'为基准I'画在第I象限水平轴上即I'初相角为00，那么U'超前I'以角即2 2 2 2 22二次负荷功率角因素角，那么E2超前12a角（二次阻抗角）因为气是磁通©产生的，所以铁心磁通超前E2900，激磁磁势理应与©方向相同，但由于铁芯损耗的原因10%超前

一个W角根据磁势平衡原理可得：IN+1N=ININ=IN+(-1N)1 1 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2由于CT本与存在激磁损耗和磁饱和的影响。一次电流11。*12在数值和相位上都有差异，也就是说从CT的二次侧测量的结果与一次侧实际值是有误差的通常用电流误差和角误差表示。电流误差：f=1~2Kn一I1x100%iI1二次电流测量值乘上额定互感比后解得一次电流近似值与实际电流之差，以I电流误差：f=1~2Kn一I1x100%iI1二次电流测量值乘上额定互感比后解得一次电流近似值与实际电流之差，以I的百分数表示。••二....▼•一•角误差I旋转180后与I的夹角2 1P 、 ••二 -一 . ..规定-1超刖1时8为E正值反之为关- 1iK=Knx100%=N2'2一N1'1x100%

N111如果当：N212>N111说明电流误差为E，反之为负我们从向量图中可知：IN一IN=ob一od=-bd当8很小时，bd=bc:.f=N2’2一N111100%=—bd100%牝土i2^2 N111100%=一1o村1cos（a+甲）x100%11N1 11N1由于8很小i•qac=sin8=——ioa'&N1cos（甲+a）x3440分11N1从以上两式可见CT的误差可用激磁瓷势表示，10N1在横轴上的投影，就是绝对电流误差，10N1在纵轴上的投影就是绝对角误差。三、影响误差的因素我们从式6-4和6-5可知，CT的误差与IN，根据电磁感应定律，互感应电势E=4.44BSfN2 2有根据等值电路二次回路电压降式（有根据等值电路二次回路电压降式（6-6）（6-7）恒等可得，E2=12(Z2+Z21)牝I(Z2+Z21)N此时CT此时CT的相对误差为IoN1INHl.Bl〜(Z+Zl)1TN=INV~222N2Sp11 11 2...F=NI=j[Hd1=Hl0 av式中：1av——磁路平均长度，米BH 铁心磁场强度，安匝/米H=—RB——磁感应强度，韦/米2H 铁心磁导率，号/米32和Z21——CT二次线圈的内阻抗和负荷阻抗，欧将式6-9代入6-4和6-5可得：TOC\o"1-5"\h\zf牝-"2+Z2*avsin（a+g）x100% 6-10i 222N2Sp25=“2+Z2割avcos（a+甲）x3340（分） 6-11i 222N2Sp2CT二次线圈开路的影响当CT的二次线圈开路时，Z21=8，CT由正常短路工作状态变为开路状态， 即I=0，根据磁势平衡条件可知，IN+1N=IN，正常为数很小的IN骤增为2 1 1 2 2 0 1 0 1IN，即IN=IN此时由于铁芯包所以中并不成正比增长，磁通波形畸变为矩形波，01 01 01

dt因此二次线圈在磁通过零时产生很高的尖顶波电势，数值可达上万伏。dt这样会造成①对工作人员的人力安全有危险。对仪表继电器绝缘有危害由于B的骤增铁芯损耗大大增加，将会产生于允许的发热使铁芯和线圈即有过热而损坏的危险。在铁芯中，还会产生剩磁使互感器误差增大因此一次线圈通过电流时，二次线圈是不允许开路的。il四、电流：①电流互）CT四、电流：①电流互）CT的准确我国电流：如CT的准一次电流为额定电流时:艮器的准确级及一一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制。—感器的准确级的误差极限值请看下文37页表1-2确级为0.2时，二次负荷变化范围（0.25—1）f=0.2 5.=10分CT的电流误差能引起对所有仪表和继电器产生影响。CT的角误差能引起对功率型测量仪表和继电器及反应相位的保护装置都有影响。②保护级电流互感器的10%的误差曲线用于保护的电流互感器，在正常符负荷范围内准确级的要求于如测量级高，测量级一般为0.5级和1级的。保护级一般只有3—10级，但在可能出现的短路电流范围内要求CT的最大误差不得超过-10%。当—=n时，电流误差达到-10%，那么这个n就称为10%倍In数，10%数与CT的二次允许最大负荷阻抗Z21的关系曲线n=f（Z2l）便叫做CT的10%的误差曲线。一般10%误差曲线都由制造厂提供，而给出的这个曲线都是误差值最大的情况下给出的即sin聊+以）=1，实际上a+P<900，因此，按一次电流倍数从曲线中查出的Z21值均能保证其误差不超过-10%。

n01 2 320703052n01 2 320703052③电流互感器的额定容量CT的额定容量S由——指CT在二次额定电流和二次额定阻抗下运行时二次线圈输出的容量，即S2=12Z2通常CT的二次电流为5A即12n=5A S2n=12nZ2n=25Z由由于CT的误差和Z21有关，因此同一台CT使用在不同的准确级时会有不同的额定容量。如某一CT当在0.5级工作时，其Z21=0.4欧，S2^=10伏安当在一级工作时，其Zl=0.6欧，S2^=15伏安可见随着准确级的降低，二次额定容量将要升高。6—3电压互感器电压互感器可分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器。我们主要讲电磁式电压互感器简称电压互感器或PT电磁式电压互感器的工作原理其工作原理与变压器相同，PT的特点容量很小相当于一个小变压器。二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，因此在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。因为PT的一次线圈电压为标准比，且二次电压规定为100v或100，所以变比Kn也为标准比，即K=一虹，U=100VU 2n电压互感器的误差PT的等值电路与变压器的等值电路相同，由于PT存在激磁电流和内阻抗，使一次电压U；和一次电压U1大小不等于相位差，也不等于180度，见矢量图以-U；为参考向量。我们从等值电路可知:U=i(r+jx)+(-尸)(rr+jxx)-UUTOC\o"1-5"\h\z1 1 1 1 2 2 2 2=I(r+jx)—I(r+jx)—I(r'+jx')—U'0 1 1 2 1 1 2 2 2 2=Ir+jlx—I'(r+r')—jI(x+x')—U'01 01 2 1 2 2 1 2 2画向量图从向量图也可见，用PT测量结果有误差通常用带奶牙误差和角误差来表示，那么PT的误差定义与CT的误差定义基本相似，所以我们不准备详细分析，只是直接应用误差的结论来讨论影响误差的因素。电压误差:「Irsin甲+1xcos甲I'(r+r)cos甲+1(x+x')sin甲］f=— ^-0 ——1 2 2 2~1 2 2X100%=f+f 6 —12〃L U1 U1 」 0 。f0:空载电压误差f°：负荷电压误差角误差:x3440=80+86—13Ircos甲一Ixsin甲I(r+r)sin甲x3440=80+86—13—^4 +~12 22——12 2U1

影响误差的因素及减少误差的方法1.电压互感器运行工作对误差的影响根据f和S可知，影响PT误差的主要因素是二次负荷I,cos中和一次电压〃uu 2 2 1下面让我们看一看PT的误差与二次负荷的关系从二次负荷与f关系可知:当cos中接线骤增大，又可知定时，二次负荷电流越大，f值越低，cos中其误差越大。从二次负荷与5u的关系曲线可知：当cos气=0.5时，12个T+5个cos中=1时，I个T一5个从以上两个关系曲线可知cos中2在0.5-1.0范围内变化，曲线位置和斜率都发生变化，其位置在来年各个曲线之间。当PT的一次电压发生变化时，激磁电流和中值随之变化，故fu和5u都发生变化。1.减少PT误差方法我们知道激磁电流与f0有关，所以为了减少10最有效的途径就是采用高磁导率的冷轧硅钢片。除此之外PT常采用简单而有效的增加二次线圈匝数的方法来减小电压误差，如匝数增加豚2，则PT的输出电压〃；=U2+AU2(U2+AU2)"1100%=f+AU2LX100%=f+AfuU uu1Afu为正值。若适当选择AN2可是补偿后f：在空载时为正值。在某一负荷时为0,而满载时为负值，相当于把原fu平行上移故减少误差。在实际中由于PT二次线圈匝数较少，调整比较困难，所以都采用减少一次线圈匝数来达到同样的目的。电压互感器的准确级和额定容量PT的准确级一一指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误差的最大值。GB规定：一次电压变化范围内为（0.85〜D匕二次负荷变化范围为（0.25〜1）S2ncos中=0.82我们电压互感器准确级和误差限制标准请看讲义276页表14—2,PT的额定容量，S2〃一一指相当于最高准确级的容量，就是说PT在这种负荷容量下所引起的误差不会超过这一准确级所规定的数值。言外之意，同一台PT对应于不同的准确级使有不同的额定容量。采用电压互感器应注意的问题：①PT的二次侧在正常情况下不允许短路，因为PT在正常运行时近于开路状态运行，当二

次侧短路时，由于此时知=0,...12突然增高很大，引起过度发热使绝缘破坏和烧坏的危险，另一方面由于12很大产生的电动力使PT的机械强度受到破坏。②在中性点不接地或者经消弧线圈接地的系统中为了监视相对地的绝缘情况，电压互感器需反映相对地的过电压，这就要求PT的一次线圈星形连接，并且中性点接地，在35〜60千伏中采用3个单相三线圈便可以满足要求，而在3〜35千伏的电网中，因为三只单相三线圈PT比一只三相PT价格高，所以希望采用三相式电压互感器。但是普通三相三柱式电压互感器，将中性点接地做监视是不允许的。这是因为当电网相接