第二章 互感器、变换器与基本继电器

第二章互感器、变换器和基本继电器1、了解互感器的作用2、知道TV、TA的作用及分类3、了解TV、TA的工作原理与准确度级4、知道TV、TA的主要接线方式知识目标能力目标1、能分析互感器的误差2、会接TV、TA的接线3、会判断互感器极性§2.1互感器综述一、互感器

互感器是一次系统和二次系统之间的联络元件，将一次系统侧的高电压、大电流转换为二次侧标准的低电压和小电流，向二次电路提供交流电源，以正确反映一次系统的正常运行和故障情况。互感器

电流互感器电压互感器TV将一次侧的高电压变换成二次侧的标准低电压（100或100/V），其一次绕组与被测电网相并联，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈相并联。二、互感器与系统的连接电流互感器TA将一次侧的大电流变换成二次侧的标准小电流（5或1A），其一次绕组串联于被测电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈相串联。电压互感器三、互感器的作用技术方面经济方面安全方面可以将高电压变成低电压，大电流变成小电流，便于测量；也易实现自动化和远动化。使测量仪表和继电器标准化、小型化，结构轻巧，价低。可用低电压、小截面的控制电缆，屏内布线简单、安装调试方便，造价低。使测量仪表和继电器与一次高压隔离，且互感器二次接地保证了设备和人身安全。一次系统发生短路时，能够保护测量仪表和继电器免受大电流的伤害，保证了设备安全。§2.2电流互感器（TA）

与普通变压器一样，TA工作的基础原理为电磁感应原理。一次侧通过电流时，在铁芯中产生交变磁通，此磁通穿过二次绕组，感应电动势，在二次回路中产生电流。其中：—额定电流比；—互感器一次、二次绕组的额定电流；、一、TA的工作原理根据磁势平衡原理，如果忽略了励磁电流时，则有：、、—工作电流；—一次、二次绕组匝数；—匝数比。

可见，由测量出的二次电流I2乘以变比Ki即可测得一次实际电流I1。二、TA的结构原理

TA基本组成部分为：绕组、铁芯、绝缘物和外壳。由于在同一回路中，为满足测量和继电保护的要求，常需要很多电流互感器，为节省投资，一台电流互感器常安装有相互间没有磁联系的独立铁芯环和二次绕组，并公用一次绕组。这样可以形成变比不同、准确度级不同的多台TA。基本结构如下图：三、TA的工作特点1、一次电流的大小取决于一次负载电流，与二次电流大小无关。

2、正常运行时，二次绕组近似于短路工作状态3、运行中的电流互感器二次回路不得开路。否则会在开路的两端出现高电压危及人身安全，或是互感器发热损坏。原因：一次绕组串联于被测电路中，匝数很少，阻抗小，对一次负载电流影响很小。原因：二次负载是测量仪表和继电器的电流线圈，阻抗很小，因此接近于短路运行。原因：开路会在开路的两端出现高电压危及人身安全，或是互感器发热损坏。问题：为什么TA二次侧不能开路？

答：电流互感器正常运行时，二次电流在铁芯中产生的二次电动势对一次电动势起去磁作用。因此励磁电动势及合成磁通都很小，一般不超过几十伏。二次回路开路后，二次电流变为零，失去去磁的一次电动势全部用于励磁。合成磁通增大很多倍，使铁芯磁路高度饱和，磁通的由原来的低幅正弦波变成高幅值的交流平顶波。二次电动势的大小取决于磁通的变化率，当磁通过零时，变化率最大，此时将在开路两端感应出交流高幅值的尖顶冲击波电压，达几千伏甚至上万伏，危及人身安全。另外，由于磁路饱和时，铁芯中的磁滞涡流损耗急剧上升，会引起铁芯过热，甚至烧坏电流互感器。1、TA的极性及向量图四、TA的极性、测量误差及影响因素当忽略电流互感器励磁电流后，铁芯中合成磁动势为一次和二次绕组的安匝数之差，即2、TA的等值电路及向量合成关系图3、TA的测量误差①电流误差（比差）：

②角度误差：4、误差的影响因素①一次电流的影响。当一次侧电流较额定电流小得多时，不足以建立激磁，则误差较大；当一次电流增大至额定电流附近时，TA运行在设计的工作状态，误差最小；当一次电流超过额定电流后，磁路饱和，误差很大。为此，使用TA时，应使一次额定电流与一次电路电流相配套。②二次负载的影响。如果一次电流不变，则二次负载阻抗和功率因数直接影响误差的大小。当二次负载增大时，二次电流减小，对一次电流去磁作用减弱，则比差与角误差都会增加；当功率因数变化时也会不同程度影响比差与角差的大小。因此，要保证TA的测量误差不超过规定值，应将其二次负载与功率因数限制在相应范围内。

继电保护规程规定，用于保护的电流互感器，电流误差在最恶劣的条件下不能超过-10%；角度误差在最恶劣的条件下不超过。5、几个相关概念①一次电流倍数m—实际流过电流互感器的一次电流I1与一次绕组额定电流I1N之比，即②10%误差曲线设Ki为电流互感器的变比，其一次侧电流与二次电有I2＝I1／Ki的关系，在Ki为常数（电源互感器I2不饱和）时，就是一条直线，如图中曲线1所示。当电流互感器铁芯开始饱和后，I1与I2就不再保持线性关系，而是如图中的曲线2所示，呈铁芯的磁化曲线状。继电保护要求电流互感器的一次电流I1等于最大短路电流时，其变比误差小于或等于10％。因此，我们可以在图中找到一个电流值I1·max，自I1·max作垂线与曲线1、2分别相交于B、A两点，且BA＝0.1（为I1·max折算到二次的值）。如果电流互感器的一次电流I1≤I1·max，其变比误差就不会大于10%。五、TA的准确度级和额定容量TA的测量误差可用其准确度级来表示，根据其测量误差的不同划分出不同的准确度级。

准确度级实质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。1、TA的准确度级

0.1、0.2级用于实验室精密测量和供电容量超过一定值（月供电量超过100万KWh）的线路或用户

我国GB1208-1997《电流互感器》规定测量用的TA的测量精度有：0.1、0.2、0.5、1、3、5六个准确度级。0.5级用于收费电能表3级、5级的TA用于一般测量和保护0.5—1级用于盘式仪表和技术上用的电能表2、TA的额定容量

TA的额定容量专指二次额定容量S2N在额定二次电流I2N和在某一准确级的额定二次阻抗Z2N下，二次绕组的输出容量。

由于二次电流已经标准化（5A或1A）,所以上式中额定容量S2N可以用二次负载阻抗Z2N代替，称为二次额定阻抗。互感器制造厂商提供电流互感器的二次额定欧姆数，供使用者在设计计算时参考。六、电流互感器的接线1、电流互感器的极性

TA的极性用减极性原则注明，一次绕组用L1、L2，二次绕组用K1、K2注明，L1、K1为同名端，L2、K2为同名端。当一次电流从L1流入时，同时二次电流从K1流出。

电气装置在安装接线时，同名端子不可接错，否则会造成功率型测量仪表和继电保护工作紊乱。2、TA的接线

TA常用的接线方式有四种：单相式连接、三相星形连接、不完全星形连接和两相电流差式接法。①单相式连接

由于只能测量一相的电流以监视三相的运行，故通常用于三相对称的电路中。

可测量三相电流，故用于可能出现三相不对称的电路中，以监视三相电路运行的情况。

②三相星形连接

只用两台TA，测量两相的电流，通过公共导线可测量第三相的电流。用于发电厂、变电所6—10KV馈线回路测量和监视三相系统运行情况。③不完全星形连接④两相电流差式接法3、接线系数对于保护装置来说，流过电流继电器绕组的电流Ikr与电流互感器二次侧电流I2的比值称为接线系数，表示为当保护装置启动电流为I1op时，反映到电流互感器二次侧的电流值为I1op/Ki，反映到继电器里的电流为I2op为对于两相电流差式接线，发生三相短路时，；当AC两相短路时，；当AB或者BC两相短路时，都有。4、对三相星型和两相不完全星型接线的性能分析①对中性点直接接地和非直接接地电网中的各种相间短路都能正确反映，接线系数为1。②对中性点不接地和非直接接地电网中的各种两点接地故障既有优点，又有不足。（见课本图2-6）③对△/Y11变压器的低压侧发生任意两相短路事故时，在原边都有两相电流是第三相电流一半的结论。因此，原边采用两相不完全星型接线作为下一级线路的后备保护时，为了提高灵敏度，可在两相不完全星型接线的中性线上再串接一个过电流继电器。③七、电流互感器的类型3、按安装方式：4、按工作原理分

电磁式

电容式光电式无线电式5、按一次绕组匝数分

单匝式多匝式1、按安装地点分户内式（20KV及以下）户外式（35KV及以上）2、按绝缘分

干式：（绝缘胶浸渍，用于低压屋内配电装置）

浇注式（环氧树脂，用于3—35KV)油浸式和串级式（用变压器油作绝缘，用于10—220KVTA中）

电容式（电容器作绝缘，用于110KV及其以上的电压等级TA中）

支持式（平面和支柱上）装入式（也叫套管式，可节省套管缘子而套装在变压器导体引出线穿出外壳的油箱上）§2.3电压互感器（TV）一、TV的工作原理和特点1、TV的工作原理

TV的工作原理与普通变压器相同，结构原理和接线也相似，但二次电压低、容量小（几十VA或几百VA）且大多数情况下负荷衡定。TV一次绕组和二次绕组的额定电压值比称为TV的额定电压比，用KU表示，如果不考虑激磁损耗，即为一二次绕组的匝数比。即2、TV的工作特点①一次侧电压决定于电网电压，不受二次负载影响。③运行中TV二次侧不允许短路。当二次侧短路时，将产生很大的短路电流损坏TV。为保护二次绕组，在二次侧出口处安装FU或快速自动空气开关，用于短路或过载保护。②正常运行时，TV二次侧近似工作在开路状态，相当于空载运行的变压器。TV的二次负载是仪表、继电器的电压线圈，匝数多、电抗大，电流小。二、TV的误差及误差的影响因素①电压误差1、TV的误差②角度误差

旋转180°的二次电压与一次电压之间的夹角。规定超前于时，为正，否则为负。2、影响误差的运行因素

①一次电压的影响：TV的一次额定电压已经标准化，将其用于高、低的电压等级中，或运行中电压与额定电压偏离太远，误差都会增大。故TV应一次额定电压与电网的额定电压相适应。②二次负载的影响：如果一次电压不变，二次负载阻抗及其功率因数直接影响误差的大小。当负载接入过多时，二次负载阻抗下降，二次电流增大，TV绕、组上的压降增大，误①①②差增大；二次负载功率因数过大或过小，也会影响误差。因此，二次负载阻抗和功率因数应限制在一定范围之内。3、TV的准确度级和额定容量①TV的准确度级

TV的准确度级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。

我规定的TV测量精度有0.2、0.5、1、3四个准确度级。其中，0.2、0.5、1级的使用范围同TA，3级的用于某些测量仪表和继电保护装置。②TV的额定容量

TV的额定容量是指对应最高准确度级下的额定容量。例如JDZ-10型TV,各准确度下的额定容量分别为0.5级—80VA，1级—120VA，3级—300VA。同时，TV按最高电压下长期工作允许的发热条件出发，还规定了最大容量。例如上述TV的最大容量为500VA，该容量是用来传递功率的，例如给信号灯、断路器分闸线圈供电等按安装地点电压互感器分类按相数分按每相绕组按绝缘分三、TV的类型和结构按工作原理户内式户外式单相式三相式双绕组三绕组浇注式油浸式串级油浸式电容式干式电容分压式电磁式结构

TV基本结构包括铁芯、一次绕组、二次绕组、外壳及引出线端等。JDJ-10型TV外形图结构图JDZ-10型TV外形图结构图型号意义JSJW—10电压互感器D:单相式S:三相式C:串级式C:瓷绝缘J:油浸式G:干式Z:环氧树脂浇注R:电容式W:五柱式J:接地保护用一次额定电压四、TV的接线方式1、单相接线可测量某一相间电（35KV及以下中性点非直接接地电网）或相对地电（110KV中性点直接接地网）。2、V,v接线

测量线电压，不能测量相电压。用于20kV及以下中性点不接地或经消弧线圈的电网中。3、三相三柱式电压互感器接成Y/Y0形接线

只能测量线电压，不能测量相电压。因为它的一次绕组中性点不能引出，所以不能监视对地绝缘。

4、三相五柱式TV接成Y0∕Ｙ0/△

接线可测量线电压和相电压，还可作绝缘监视。

5、三台单相三绕组TV接成Y0∕Y0∕△接线广泛用于35KV及以上电网中，可测量线电压、相电压和零序电压。五、电容式电压互感器1、电容式电压互感器的工作原理C1、C2为分压电容，T为隔离变压器，其变比为KT=1，Zn为等值电源内阻。据二次侧接入负载后的等值电路图可知

显然，是由于等值电源内阻和变压器阻抗的共同作用而引起的，这就是电压误差。2、减小电容式电压互感器输出电压误差的办法①谐振电抗器法可以在T的原边加入一个铁芯电感线圈，选择合适的L值，就可以在原边电路中产生C2和L的谐振。这样，将使容抗引起的内阻压降大大减小。特点：由于数值很小，从而使电压变换误差显著减小；完全或近似于完全谐振时，与几乎同相位，使电压角度误差接近于零。上述作法带来一个十分尖锐的问题不能回避：当系统经受冲击时，T可能变成一个非线性变压器，器阻抗值变化，系统频率亦变化，当条件合适的时候，就会发生LC震荡，且这个震荡频率一般稍稍偏离工频，称之为铁磁谐振。铁磁谐振会产生很高的过电压，使互感器、仪表和继电保护器等损坏。②铁磁谐振抑制法L0与C0构成并联谐振回路。正常运行时，系统频率为工频，此并联回路对工频信号呈现高阻抗，起到隔离阻尼电阻R0的作用；当发生铁磁谐振时，谐振频率高于工频，并联谐振回路阻抗显著降低，阻尼器投入工作，起到抑制铁磁谐振的目的（当阻尼器投入运行，铁磁谐振的条件就被破坏，谐振就会消失或者大大减弱，从而保护了设备，也是提高电容式电压互感器精度的一种办法）。3、用途用于110KV~500KV中性点直接接地的电力系统中。§2.4对称分量滤过器电力系统正常运行时，只有正序分量的从在，只有在不对称运行或者不对称故障时，才出现负序分量或同时出现负序分量和零序分量。以对称分量作为启动信号的继电保护装置，必须使用对称分量滤过器。当电力系统出现不对称短路故障时出现负序分量发生接地短路故障时出现零序分量出现零序分量可以利用反应负序、零序分量来构成不对称短路保护。

当输入端三相电流、电压中含有三序分量时，输出端只输出零序分量时，称为零序分量滤过器；只输出负序分量时，称为负序分量滤过器；只输出正序分量时，称为正序分量滤过器。一、零序分量滤过器对称分量滤过器正序电压、电流滤过器负序电压、电流滤过器零序电压、电流滤过器1、零序电流滤过器

根据不对称分量的理论，正序、负序三相仍然对称，其三相相量和等于零。

根据不对称分量的理论，正序、负序三相仍然对称，其三相相量和等于零。

显然，流过过电流继电器的电流Ir由强电回路的3倍零序电流归算至电流互感器二次侧的值减去电流互感器2、零序电压滤过器的三相励磁不平衡电流得到。而不管是正常运行还是故障情况下，电流互感器的三相励磁不平衡电流的数值都很小，不足以使KA启动；一旦有接地故障发生时，3倍的零序电流折算值将是一个很大的值，将足以使KA产生动作。实际当中，常在三相电缆外面直接套接一个电流互感器而获得。可以看出，加在过电压继电器上的电压是3倍的真实零序电压值变换到电压互感器二次侧的值，即折算值。§2.5电力系统的基本继电器

电力系统的基本继电器有：电磁型过电流继电器、感应型过电流继电器、欠电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等。一、电磁型过电流继电器

电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如下图所示。电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。一些基本参数：动作电流：动作力矩能够克服阻尼力矩，从而使继电器动作的最小电流值称为继电器的动作电流，