第6章电气设备选择教材

第四章导体和电气设备的原理与选择第一节电气设备选择的一般条件第二节高压断路器原理与选择第三节隔离开关原理与选择第四节电流互感器原理与选择第六节限流电抗器的选择第七节高压熔断器的选择第八节母线的选择第九节电缆、绝缘子和穿墙套管的选择第五节电压互感器原理与选择第一节电气设备选择的一般条件一般条件：多数电气设备共有的选择校验项目。特殊条件：个别电气设备具有的选择校验项目。｛选择条件有电力系统中的各种电气设备，它们的工作条件并不完全一致，它们具体的选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的，即：电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并且按短路情况进行各种校验（如热稳定校验和动稳定校验）

。对某些设备还要进行特殊项目的校验，如断路器和熔断器要校验开断电流的能力，限流电抗器要校验正常电压损失和母线残压等。1.额定电压选择电气设备的额定电压UN就是铭牌上标出的线电压。

另外，电气设备还有允许最高工作电压Ualm，即电气设备长期运行所允许的最大电压。选择电气设备时，应该使电气设备的允许最高工作电压Ualm不得低于所在电网的最高运行电压Usm。即一、按正常工作条件选择通常而电网的最高运行电压Usm通常不超过电网额定电压UNs的10%，即通常所以，一般按照电气设备的额定电压不低于所在电网的额定电压进行选择即可。注意：1)海拔影响电气设备的绝缘性能，随装设地点海拔的增加，空气密度和湿度相应减小，使得电气设备外部空气间隙和固体绝缘外表面的放电特性降低，电气设备允许的最高工作电压减小。对海拔超过1000m的地区，一般应选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。对于现有110kV及以下大多数电器的外绝缘有一定裕度，可在海拔2000m以下地区使用。2)在空气污秽(腐蚀减低绝缘强度)或有冰雪的地区，某些电气设备应选用绝缘加强型或高一级电压的产品。2.额定电流选择电气设备的额定电流IN是指在额定环境条件下（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。

选择电气设备时，应使所选电气设备的额定电流IN不低于所在工作回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax。即电气设备工作的回路不同，其最大的持续工作电流Imax不同。当实际环境温度θ不同于导体的额定环境温度θ0时，其长期允许电流应该用下式进行修正。不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数K为θal——导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70℃；θ0——导体的额定环境温度，裸导体一般为25℃。我国生产的电气设备的额定环境温度θ0=40℃。在40~60℃范围内，当实际环境温度高于+40℃时，环境温度每增高1℃，按减少额定电流1.8%进行修正；当实际环境温度低于+40℃时，环境温度每降低1℃，按增加额定电流0.5%进行修正，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%，实际选择时一般不修正。Ialθ=KIal≥Imax

表4-1各回路最大持续工作电流Imax回路名称最大持续工作电流说明发电机、调相机回路1.05倍发电机、调相机额定电流发电机和变压器在电压降低到0.95额定电压运行时，出力可以保持不变，故电流可以增大5%变压器回路1.05倍变压器额定电流1.3~2.0倍变压器额定电流若要求承担另一台变压器事故或检修时转移的负荷出线回路1.05倍线路最大负荷电流考虑5%的线损，还应考虑事故时转移过来的负荷母联回路母线上最大一台发电机或变压器的最大持续工作电流分段回路母线上最大一台发电机额定电流的50%~80%变电所应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷汇流母线按实际潮流分布确定电容器回路1.35倍电容器组额定电流考虑过电压和谐波的共同作用3.按使用环境选择设备一般高压电气设备可在环境温度为-30℃~+40℃的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于-30℃时，应选用适合高寒地区的产品；若使用环境温度超过+40℃时，应选用型号后带TA字样的干热带型产品。一般高压电气设备可在温度为+20℃，相对湿度为90%的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带TH字样的湿热带型产品。温度和湿度安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防污型产品或将设备布置在室内。污染情况一般电气设备的使用条件为不超过1000m，当用在高原地区时，由于气压较低，设备的外绝缘水平将相应下降。因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。现行电压等级为110kV及以下的设备，其外绝缘都有一定的裕度，实际上均可以使用在海拔不超过2000m的地区。海拔高度配电装置为室内布置时，设备应选用户内式；配电装置为室外布置时，设备则选取户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。安装地点二、按短路条件校验热稳定和动稳定1.短路热稳定校验热稳定：指电气设备承受短路电流热效应而不损坏的能力。热稳定校验的实质：短路电流通过电气设备时，电气设备各部分温度（或发热效应）也即短时发热最高温度不超过短时最高允许温度。S——按正常工作条件选择的导体或电缆的截面积。Smin——按热稳定确定的导体或电缆的最小截面积。导体和电缆满足热稳定的条件为电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的，满足热稳定的条件为Qk——短路电流热效应；It——所选用电器t（单位为s）内允许通过的热稳定电流。t——所选用电器允许通过的热稳定电流的持续时间。2.短路动稳定校验动稳定：指电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏的能力。硬导体满足动稳定的条件为σal——导体材料最大允许应力；σmax——导体材料最大计算应力。部分电气设备动稳定按应力和电动力校验。电器满足动稳定的条件为ish、Ish—短路冲击电流的幅值和有效值，ish为：I″为0s时短路电流周期分量有效值；Ksh为冲击系数，发电机机端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8。ies、Ies—电器允许通过的动稳定电流幅值和有效值，生产厂家用此电流表示电器的动稳定特性，在此电流作用下电器能继续正常工作而不发生机械损坏。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不校验热稳定；支柱绝缘子不渡过电流，不用校验热稳定；

用限流熔断器保护的设备。可不校验动稳定；电缆因有足够的强度，可不磁针验动稳定；电压互感器及装设在其回路中的裸导体和电器，可不校验动、热稳定。3．短路电流计算条件⑴短路计算容量和接线：应按本工程的设计规划容量及可能发生最大短路电流的正常接线方式计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5~10年）。⑵短路种类：电气设备的热稳定和动稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。⑶短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的短路点，称为短路计算点。1）对两侧均有电源的电气设备，应比较电气设备前、后短路时的短路电流，选通过电气设备短路电流较大的地点作为短路计算点。例如，校验下图中的发电机出口断路器QF1时，应比较k1和k2短路时流过QF1的电流，选较大的点作为短路计算点。2）短路计算点选在并联支路时，应断开一条支路。因为断开一条支路时的短路电流大于并联短路时流过任一支路的短路电流。例如，校验上图中分段回路的断路器QF5或主变低压侧断路器QF2时，应选k2和k3点为短路计算点，并断开变压器T2。3）在同一电压等级中，汇流母线或无电源支路短路时，短路电流最大。校验汇流母线、厂用电分支电器（无电源支路）和母联回路的电器时，短路计算点应选在母线上。例如，校验上图中10kV母线时，选k2点。4）带限流电抗器的出线回路，由于干式电抗器工作可靠，故校验回路中各电气设备时的短路计算点一般选在电抗器后。例如，校验上图中出线回路的断路器QF3时，短路计算点选在出线电抗器后的k5点。5）110kV及以上电压等级，因其电气设备的裕度较大，短路计算点可以只选一个，选在母线上。例如，校验上图中110kV的电气设备时，短路计算点可选在110kV母线上，即k6点。4．短路计算时间计算短路电流热效应时所用的短路切除时间tk等于继电保护动作时间tpr与相应断路器的全开断时间tab之和，即断路器的全开断时间tab等于断路器的固有分闸时间tin与燃弧时间ta之和，即验算裸导体的短路热稳定时，tpr宜采用主保护动作时间，如主保护有死区时，则采用能对该死区起保护作用的后备保护动作时间；验算电器的短路热稳定时，tpr宜采用后备保护动作时间。少油断路器的燃弧时间ta为0.04~0.06s，SF6断路器的燃弧时间ta为0.02~0.04s。第二节高压断路器的原理与选择开关电器是电力系统的重要设备之一。其中，以高压断路器的地位最重要，结构也最复杂。高压断路器的作用：在正常情况下接通或断开电路，故障情况下能在继电保护装置的控制下自动迅速切断故障电流。对断路器的基本要求是：在各种情况下应具有足够的开断能力，尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。灭弧能力是断路器的核心性能。一、电弧的基本理论（一）电弧现象1)电弧：是一种气体游离放电现象（介质被击穿）。2)产生电弧的条件：用开关电器断开电源电压大于10~20V，电流大于80~100mA的电路时，就会发生电弧。开断的负荷电流越大，电弧就越强。3)电弧的特点：①能量集中，温度很高，亮度很强；②电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成。弧柱的温度高达5000℃以上，且直径很小，一般只有几毫米到几厘米。③电弧是一种自持放电现象，即电弧一旦形成，维持电弧稳定燃烧所需的电压很低；④电弧的质量很轻，容易变形。在气体或电动力作用下，电弧能迅速移动、伸长或弯曲。4)电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等；5)电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，在电弧燃烧期间，触点虽已分开，但电路中的电流仍以电弧的方式维持着，电路并未真正断开，要求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，甚至导致人身伤亡。

1.自由电子的来源1）强电场发射：动静触头分离时，触头间的间隙很小，在触头间会形成很高的电场强度（E=U/s大于3×106V/m时），金属触头阴极表面就会发射自由电子。其数量取决于电场强度大小。2）热电子发射：在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。其数量取决于金属材料和表面温度。⑴电极发射大量自由电子，对电弧的产生起决定作用。（二）电弧的产生与熄灭触头周围原来是空气或其它绝缘介质，在动静触点分离瞬间会出现电弧是因为绝缘介质中出现了大量的自由电子。1）碰撞游离：在电场力的作用下，电子加速向阳极运动，途中与介质中的中性质点发生碰撞，如果电子的运动速度足够高，其动能大于中性质点的游离能（能使其电子释放出来所需的能量）时，中性质点中的自由电子就能脱离原子核的束缚，游离成自由电子和正离子。这样的过程导致雪崩式碰撞，使触头间充满了自由电子。在外加电压作用下形成电子流，介质被击穿形成电弧。此时，电流密度很大，触头压降很小。2）热游离：电弧形成后，触头间电压立刻降低，但弧柱的温度很高，处于高温下的介质分子和原子产生剧烈运动，不断发生碰撞，也会游离出自由电子和离子（热游离）。可以维持电弧的燃烧。⑵弧柱区的气体游离，产生大量的自由电子和离子，对电弧的形成和维持起决定作用。游离——中性质点分解成自由电子和正离子。去游离——电子和正离子相互吸引还原为中性质点。2.电弧的产生从以上分析可以看出，在动静触点分断瞬间，阴极在强电场作用下发射电子，发射电子在强电场作用下发生碰撞游离，游离导致触头间自由电子数量剧增，形成电流，介质被击穿而产生电弧。3．电弧的维持与发展电弧形成后，由于电弧电导很大，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射和碰撞游离停止。但电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继续进行热电子发射，在介质中发生热游离，使电弧维持和发展。4．电弧的熄灭1）复合去游离：正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。自由电子的v远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子，运动速度大大减慢，此时正离子和负离子更容易复合。复合去游离进行的快慢与弧隙电场强度的大小，电弧的温度及电弧的表面积有关。2）扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。扩散去游离有三种形式：①浓度差形成扩散，由于弧柱中带电质点的浓度比周围介质高得多，使带电质点向周围介质扩散，扩散速率与电弧直径成反比；②温度差形成扩散，由于弧柱温度比周围介质高得多，使带电质点向周围介质扩散；③用高速冷气吹弧增强扩散，吹弧使电弧拉长，使弧柱中的带电质点扩散，因冷却而复合为中性质点。①游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等（电弧电流不变），电弧稳定燃烧。②游离作用大于去游离作用，电弧电流增大，电弧燃烧加剧。③游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少（电弧电流减小），最终导致电弧熄灭。3）电弧的熄灭：电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。（三）交流电弧的特性1）开断交流电路时，电弧电流随时间作周期性变化，每半个周期过零一次，此时电弧因失去能量而自然熄灭。2）由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的，如下图2-3所示。在电流增大时，温度来不及增高，弧隙电阻来不及减小；在电流减小时，温度来不及减小，弧隙电阻来不及增大。故图2-3a中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。

A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。

B点是电弧熄灭时的电压，称为熄弧电压。（四）交流电弧熄灭的条件1）熄灭交流电弧的最佳时机：电弧电流在自然过零时，电弧向弧隙输送能量减少，电弧温度和热游离下降，电弧将自动熄灭。如果在电流过零电弧自然熄灭时，采取有效措施加强弧隙的冷却，使弧隙介质的绝缘能力达到不会被弧隙外加电压击穿的程度，在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭。故自然过零时是熄灭交流电弧的最佳时机。2）在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。a)弧隙介质强度恢复过程:以耐受的电压Ud(t)表示电弧电流过零时，输入弧隙的能量减少，弧隙温度剧降，因而弧隙游离程度也下降，当弧隙温度降低到热游离基本停止时，弧隙重新转变为介质状态。此时，虽然不会出现热击穿而重燃，但是弧隙的绝缘能力或称介质强度要恢复到正常状态仍需要一定时间，这就称为“弧隙介质强度的恢复过程”。原因：在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，弧隙中的自由电子立即向新阳极运动，正离子质量大，基本未动，在新阴极附近就形成了只有正电荷的不导电薄层，阻碍阴极发射电子，呈现出一定的介质强度，如上图所示。近阴极效应在熄灭低压短弧中得到广泛应用.（2）起始介质强度出现后的弧柱区介质强度的恢复：起始介质强度出现后，弧柱区介质强度的恢复是一个复杂的过程，它与断路器的灭弧装置结构、电弧电流、介质特性、冷却条件和触头分断速度有关。（1）起始介质强度（近阴极效应）在电流过零后的0.1~1μs的短暂时间内，阴极附近出现150~250V的起始介质强度，称为近阴极效应。b)弧隙电压恢复过程:用恢复电压Ur(t)表示。1）电弧为纯电阻性质，电弧电流与弧隙电压同相位，电弧电流过零时，弧隙电压接近零；2）短路时电路电阻很小，电路呈感性，电弧电流与电源电压不同相位，电弧电流过零时，电源电压不等于零；3）由于电路参数L、C的存在，电弧熄灭后，弧隙电压不可能立刻由熄弧电压上升到电源电压，一般弧隙恢复电压是一个过渡过程。它将从瞬态（振荡）恢复电压逐渐过渡到工频恢复电压。如右图所示。电弧电流自然过零后，弧隙电压将由熄弧电压经过一个由电路参数所决定的振荡过程，逐渐恢复到电源电压，这就称为“弧隙电压的恢复过程”。由于电路参数不同，这一过程可能是周期性变化的，也可能是非周期性的。3）

交流电弧熄灭的条件电流过零时，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结果：1）如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大，弧隙电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧重燃，如下图2-6a所示。2）如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过程，则电弧熄灭，如下图2-6b和2-6c所示。故交流电弧熄灭的条件应为：Ud(t)>Ur(t)如果能够采取措施，防止弧隙恢复电压振荡，将周期性振荡特性的恢复电压转变为非周期性恢复过程，电弧就更容易熄灭，如上图2-6c所示。加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧隙电压的上升速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本方法。高压断路器通常利用某几种灭弧方法的组合来达到迅速灭弧的目的。常用的方法有：1．利用灭弧介质电弧中的去游离强度，很大程度上取决于电弧周围介质的特性。如介质的传热能力、介电强度、热游离温度和热容量等，这些参数的值越大，则去游离作用就越强，电弧就越容易熄灭。在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。常用的灭弧介质有：空气、油（变压器油或断路器油）、SF6、真空。二、高压断路器灭弧的基本方法2．吹弧利用气体或油吹动电弧，电弧在气流或油流中被强烈地冷却而使复合加强，吹弧也有利于带电离子的扩散。在高压断路器中是利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭。吹动的方式有纵吹和横吹。纵吹是指吹动方向与弧柱轴线平行，主要使电弧冷却变细，最后熄灭．横吹是指吹动方向与弧柱轴线垂直，主要把电弧拉长，表面积增大并加强冷却。3．采用特殊金属材料作灭弧触头电弧中的去游离强度在一定程度上取决于触头材料。若选用熔点高，导热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，抑制游离作用。同时，触头材料还要求有较高的抗电弧、抗熔焊能力。采用铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。4．提高断路器触头的分离速度加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。为此，在高压断路器中都装有强有力的断路弹簧，以加快触头的分离速度。某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式。1）多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。2）电源电压加在几个断口上，每个断口上施加的电压降低，即降低弧隙的恢复电压，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。采用多断口的断路器，由于连接两断口的导电部分对地分布电容的影响，断路器在开断位置时，各断口上的电压分配不均匀，影响了断路器的灭弧。断口等效电容两断口连接处对地的等效电容：5．采用多断口灭弧分配在两断口上的电压为(CQ

≈C0)：可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要恶劣，如其电弧不能熄灭，电压将全部加在第二断口上，它也将被击穿。为了使断口的电压均衡分配，可在断口上并联均压电容C（约为1000~2000pF），其值远大于CQ，如右图所示。可见并联均压电容后，断口上的电压分布均匀，在i过零后，两断口上的电弧可以同时熄灭。

6．在断路器主触头两端加装低值并联电阻1)主触头Q1先断开，产生电弧，因有并联电阻，恢复电压为非周期性，降低了恢复电压的上升速度和幅值，主触头上的电弧很快熄灭。2)接着断开的辅助触头Q2，由于r的限流和阻尼作用，辅助触头上的电弧也容易熄灭。图4-1SF6断路器(单断口)图4-2LW15-363GCBP(双断口)三、高压断路器的类型根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。⑴油断路器：以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质的断路器。利用电弧本身的能量，将油加热，形成油蒸汽和大量气体所组成的高压力气泡实现吹弧。其特点是：灭弧时不需要外界供给很大能量，但灭弧能力与电弧电流有关，其燃弧时间随着开断电流减小而增大。多油断路器：断路器中的油除作为灭弧介质外，还作为触头断开后的间隙绝缘介质和带电部分与接地外壳间的绝缘介质，它结构简单，绝缘性能好，断路器内部带有电流互感器。其缺点是体积大，耗油量多，有爆炸发生火灾的可能性，检修工作量大。现已淘汰。少油断路器：油只作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质，而带电部分对接地之间采用固体绝缘（例如瓷绝缘），它结构简单，用油量少，体积小，价格便宜。但其抗震性较差，油易冻结和劣化，不适用于严寒地带。长期以来，少油断路器在我国电力系统中应用广泛，但近年来在35kV及以下系统中有被真空断路器取代的趋势。⑵六氟化硫(SF6)断路器：采用SF6气体作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。SF6气体是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，具有优良的灭弧性能（比空气强100倍）和绝缘性能（为空气的2.5-3倍）。它的优点：开断能力强，允许断路次数多，开断迅速、安全可靠体积小，寿命长，维护工作量小，检修周期长。但结构复杂，要求加工精度高，密封性能好，价格贵。目前国内生产的有10-500kV电压级产品；⑶真空断路器：真空是相对而言的，指绝对压力低于1个大气压的气体稀薄的空间。以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘的断路器。开断能力强，灭弧迅速，体积小，运行维护简单，寿命长，无火灾和爆炸危险。但对材料、加工工艺和密封性能要求严格。目前国内只生产35kV及以下电压级产品。⑷压缩空气断路器：采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。灭弧能力强，动作快，无火灾危险，但结构复杂，有色金属消耗量大，噪音大，价格贵，需要配备一套空气压缩装置。主要用于220kV及以上电压的屋外配电装置；四、高压断路器的型号含义图4-3SN10-10型高压少油断路器1-铝帽；2-上接线端子；3-油标；4-绝缘筒；5-下接线端子；6-基座；7-主轴；8-框架；9-断路弹簧图4-4LN2-10型高压六氟化硫断路器1-上接线端子；2-绝缘筒（内为气缸及触头、灭弧系统）；3-下接线端子；4-操作机构箱；5-小车；6-断路弹簧图4-5ZN3-10型高压真空断路器1-上接线端子；2-真空灭弧室(内有触头)；3-下接线端子(后面出线)；4-操作机构箱；5-合闸电磁铁；6-分闸电磁铁；7-断路弹簧；8-底座1．额定电压额定电压是指高压断路器长期正常工作的线电压有效值，该参数表征了断路器长期正常工作的绝缘能力。2．额定电流额定电流是指高压断路器在规定条件下，可以长期通过的最大电流，该参数表征了断路器承受长期工作电流产生的发热量的能力。即长期通过此电流时，其发热温度不超过允许值。

3．额定开断电流在额定电压下，高压断路器能可靠开断的最大短路电流有效值，该参数表征了断路器的开断（灭弧）能力。五、高压断路器的技术参数高压断路器的技术性能常用以下技术参数来表征：4．额定关合电流额定关合电流是指在额定电压下，断路器能可靠地闭合的（不致产生触头熔焊及其他妨碍继续正常工作）最大短路电流峰值。热稳定电流是在保证断路器不损坏的条件下，在规定的时间t秒（产品目录一般给定2s、4s、5s、10s等）内允许通过断路器的最大短路电流有效值。5．热稳定电流该参数表征了断路器耐受短路电流热效应的能力。当断路器持续通过t秒时间的It时，不会发生触点熔焊或其他妨碍其正常工作的异常现象。6．动稳定电流动稳定电流是指断路器在合闸位置所能承受的最大短路电流峰值，该参数表征了断路器承受短路电流电动力效应的能力。当断路器通过这一电流时，不会因为电动力作用而发生任何机械上的损坏。动稳定电流决定于导体及机械部分的机械强度，并与触点的结构形式有关。8．合闸时间合闸时间是指断路器从接到合闸命令起到各相触头完全接触为止的一段时间。

电力系统对断路器合闸时间一般要求不高，但要求其合闸性能好。7．分闸时间分闸时间（也称全开断时间）是指断路器从接到分闸命令起到各相触头电弧完全熄灭为止的一段时间，它等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和。固有分闸时间是指从接到分闸命令起到触头刚刚分离的一段时间。燃弧时间从触头分离到各相电弧均熄灭的一段时间。为提高电力系统稳定性，要求断路器有较高的分闸速度，即全开断时间越短越好。六、高压断路器的选择1．种类和型式的选择种类：6~10kV电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器。35kV电网一般选择少油、真空和六氟化硫断路器，某些35kV屋外配电装置也可用多油断路器。110~330kV电网一般选择少油和六氟化硫断路器。500kV电网一般选择六氟化硫断路器。2．额定电压选择：UN≥UsN

（所在电网的额定电压）安装地点：屋内和屋外。

3．额定电流选择：IN≥Imax(所在回路最大持续工作电流)4．额定开断电流选择断路器的额定开断电流INbr应不小于其触头刚刚分开时的短路电流周期分量有效值Ik，即INbr≥Ik开断计算时间tbr

：从发生短路到断路器的触头刚刚分开所经历的时间。为保证断路器能开断最严重情况下的短路电流，开断计算时间等于主保护动作时间tpr1与断路器固有分闸时间tin之和，即tbr=tpr1+tin

1)对于非快速动作断路器（其tbr≥0.1s），可略去短路电流非周期分量的影响，简化用短路电流周期分量0s有效值I”校验断路器的开断能力，即INbr≥I″2)对于快速动作断路器（其tbr<0.1s），开断短路电流中非周期分量可能超过周期分量的20%，需要用tbr时刻的短路全电流有效值校验断路器的开断能力，即Ipt为触头刚刚分开时的短路电流周期分量有效值，在此可取Ipt=I″；为短路电流非周期分量衰减时间常数，其中，XΣ、RΣ分别为电源至短路点的等效电抗和等效电阻。5．额定关合电流选择如果在断路器关合前已存在短路故障，则断路器合闸时也会产生电弧，为了保证断路器关合时不发生触头熔焊及合闸后能在继电保护控制下自动分闸切除故障，断路器额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值，即iNcl≥ish

6．热稳定校验Qk为短路电流热效应[(kA)2·s]；It为制造厂家给出的t秒内允许通过的热稳定电流（kA）。7．动稳定校验ies≥ish

第三节隔离开关的原理与选择一、隔离开关的作用隔离开关俗称“刀闸”，没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则，将产生强烈的电弧（带负荷拉刀闸），造成人身伤亡，设备损坏或引起相间短路故障。⑴隔离电源：在检修电气设备时，为了安全，需要用隔离开关将停电检修的设备与带电运行的设备隔离，形成明显可见的断口，断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证设备和线路检修人员的人身安全。隔离电源是隔离开关的主要用途。⑵倒闸操作：在双母线接线倒换母线或接通旁路母线时，某些隔离开关可以在“等电位”的情况下进行分、合闸，配合断路器完成改变运行方式的倒闸操作。⑶分、合小电流电路：可用来合电压互感器、避雷器和空载母线；分、合励磁电流小于2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。二．隔离开关的种类隔离开关的种类较多，按装设地点可分为屋内式（GN型）和屋外式（GW型）；按每极绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式和三柱式；按极数屋内式可分为单极和三极式；按闸刀运动方向可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动和插入式等。三、隔离开关的选择1.隔离开关的型号应根据其安装地点，配电装置的布置特点等选择。2.由于隔离开关没有灭弧装置，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。四．隔离开关的型号含义图4-6GN8-10型户内式高压隔离开关1-上接线端子；2-静触头；3-闸刀；4-套管瓷瓶；5-下接线端子；6-框架；7-转轴；8-拐臂；9-升降瓷瓶；10-支柱瓷瓶图4-7GW2-35型户外式高压隔离开关1-角钢架；2-支柱瓷瓶；3-旋转瓷瓶；4-曲柄；

5-轴套；6-传动框架；7-管形闸刀；

8-工作动触头；9、10-灭弧角条；11-插座；

12、13-接线端子；14-曲柄传动机构GN19-10型实物图片

GN19-10C型实物图片

隔离闸刀上接线端子下接线端子

操作手柄传动机构第四节电流互感器的原理与选择互感器是一次系统和二次系统间的联络元件。用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变成二次回路标准的低电压（100V或）和小电流（5A或1A）,从而使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。并可用小截面电缆进行远距离测量；将二次设备与高压部分隔离，保护工作人员的安全；同时，互感器二次侧均接地，这样可防止一、二次侧绝缘损坏时，在二次设备上发生高压危险。一、电流互感器的作用⑴变换：将一次回路的大电流变为二次回路的小电流（5A或1A），供电给测量仪表和保护装置继电器的电流线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜。⑵隔离：使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。二、电磁式电流互感器的工作原理1.工作原理电力系统中常采用电磁式电流互感器（通常称作TA），其工作原理与变压器相似。电磁式电流互感器的原理结构与接线图见下图所示。它包括一次绕组N1，二次绕组N2及铁芯。2.特点⑴TA的一次绕组串联于电气一次电路中，且匝数很少，流过一次绕组的电流就是负荷电流，与二次绕组中的电流大小无关。⑵二次绕组匝数很多，是一次绕组匝数的若干倍，与测量仪表和保护装置的电流线圈串联，二次绕组的电流完全取决于决于一次绕组电流。二次负载的阻抗(电流线圈)都非常小，所以正常情况下，TA二次侧接近于短路状态下运行。电流互感器额定一次电流IN1与额定二次电流IN2之比。它近似等于二次绕组匝数N2与一次绕组匝数N1的比值，即3.额定电流比kI

=IN1/IN2

≈N2/N1

三、电流互感器的误差1．电流互感器的误差分析可以看出：与在数值上和相位上都不相等，测量结果有误差。激磁电流与磁饱和是产生误差的原因。由TA的等效电路得从相量图上可见，I2N2-I1N1=。⑴电流误差fI：二次电流的测量值乘以额定电流比所得的值与实际一次电流之差，占一次电流的百分比。于是得到⑵相位差上两式中，I0N1称为电流互感器的绝对误差，I0N1/（I1N1）称为电流互感器的相对误差。可见：fi和δi都与励磁磁动势F0（I0N1）和一次磁势F1（I1N1）有关。F0↑F1↓→fi↑δi↑；F0↓F1↑→fi↓δi↓。具体影响电流互感器的误差的因素有：一、二次绕组的匝数，一次电流的大小，铁芯材料质量、结构尺寸，二次回路的负荷阻抗等。2.减小误差的措施⑴一次电流I1的影响。运行时，应使一次实际电流接近一次额定电流。因为当I1比I1N小很多时，F1小，误差大。当I1=（100%-120%）I1N时，F1↑→fi↓δi↓，但如果I1继续增大，由于铁芯磁路饱和，误差反而会增大，同时，此时的发热也会超过允许值。⑵I1较小时，必须增加一次绕组匝数N1。因为当I1较小时，若N1=1，则I1N1就小，误差就大；多匝式：N1>1，当被测电流很小时，也能保证其精度。缺点是构造较复杂，价格贵，当I1N小于600-1000A时，可以将其造成多匝式。单匝式：N1=1，当被测电流很小时，误差较大。优点是构造简单，价格低，尺寸小，短路电流通过时的动稳定度高。IN1大于600-1000A都制成单匝式的。⑶为了减小磁势F0，必须减小铁芯的磁阻rm。缩短磁路长度L（如用圆形截面铁芯）；增大铁芯的横截面积S，磁路不易饱和；采用磁导率μ高的电工钢。⑷尽量减小二次回路的负荷Z2L。因为，如果F1不变的情况下，增大Z2L，则I2减小，F2减小，使F0增大，使fi和δi都增大。Z2L一般包括测量仪表阻抗、继电器的电流线圈阻抗，连接电缆电阻和接头电阻。⑸减少二次绕组的匝数。由于二次电流与二次匝数成反比，减少二次绕组匝数可以使二次电流增大，从而补偿了电流误差。电流互感器二次绕组开路时，I2=0,Δ电流互感器在运行中，二次绕组不允许开路。原因：一次安匝全部变成励磁安匝，铁心严重饱和，φ变为平顶波。二次绕组的感应电动势e2与磁通的变化率dφ/dt成正比，因此磁通过零时，磁通的变化率dφ/dt很大，在二次绕组感应产生很高的尖顶波电动势e2，如下图所示。1)危及人身安全和仪表、继电器绝缘；2)由于磁感应强度剧增，引起铁心和绕组过热；3)在铁心中产生剩磁，使互感器特性变坏。避免TA二次绕组开路的措施：拆除仪表前先将二次线圈短路。此高电压会造成：四、电流互感器的准确级和额定容量1.电流互感器的准确级电流互感器的准确级：以电流误差fi来定义。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百分数。（准确级越大，误差越大，精度就越低）根据用途的不同，可分为测量级和保护级。⑴测量级按测量与计量表计的不同，划分为若干准确级次，如0.2级、0.5级、1级、3级等。0.2级用于精密测量；0.5级用于电度计量；1、3级用于其他盘式仪表。

2)保护级在旧型号产品中，型号中有B、D（相当于3-10级）等字样的为保护级。a)在短路情况下，保护级的电流误差∣fI∣不应大于10％。当短路电流I1=nIN1时，∣fI∣达10％，则称n为10％额定一次电流倍数，简称10％电流倍数。b)n的数值与二次负荷阻抗Z2L

的大小有关，二者之间的关系曲线，称为电流互感器的10％误差曲线，如图2-18所示，此曲线由电流互感器制造厂家提供。c)使用时，由n=I1/IN1从曲线上查出相应的Z2L，只要实际负载阻抗小于查出的Z2L，就能保证误差在10％范围内。2)保护级新型号电流互感器产品分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）两类。a)如果继电保护动作时间相对来说比较长，短路电流已达稳态，电流互感器只要满足稳态下的误差要求，这种互感器就称为稳态保护用电流互感器。b)如果继电保护时间比较短，短路电流尚未达到稳态，电流互感器则需保证暂态误差要求，这种互感器就称为暂态保护用电流互感器。c)保护级的准确级是以额定准确限值一次电流下（指一次电流为额定一次电流的倍数，也称额定准确限值系数，其标准值为5，10，15，20，30。稳态保护用电流互感器的标准准确级有5P和10P两种）的最大复合误差ε%来标称的。其计算式为：

2.电流互感器的额定容量SN2

电流互感器的额定容量SN2：指在额定二次电流IN2

（5A）和额定二次负荷阻抗ZN2下运行时，二次绕组所输出的容量，即由于电流互感器的额定二次电流为标准值（一般为5A），SN2=25ZN2，两者只差一个系数。所以，额定容量常用额定阻抗来表示。对同一台电流互感器来说，在不同准确级时，具有不同的额定容量。例如，LMZ1－10－3000/5型电流互感器在0.5级工作时，ZN2＝1.6Ω（40VA）；在1级工作时，ZN2＝2.4Ω（60VA），当Z2L>ZN2时，TA的准确级将增大。通常所说的额定容量是指对应于最高准确级的容量。五、电流互感器的分类与结构1．电流互感器的分类1)按安装地点可分为屋内式和屋外式（多为35kV及以上）。2)按安装方式可分为支持式(安装在支柱上)、穿墙式(安装在墙壁、楼板或金属结构的孔中)和装入式(套装在变压器或高压断路器的引出套管中)。3)按一次绕组匝数可分为单匝式(一次绕组为一匝，又可分为贯穿式与母线式)和复匝式(又称多匝式，一次线圈为多匝)。4)按绝缘可分为干式(用绝缘胶浸渍，用于屋内低压)、浇注式(用环氧树脂浇注，用于35kV及以下的屋内式)、油浸式(铁心和绕组放于铁箱或磁箱内，用油浸泡，多用于屋外式)和气体式(用SF6气体绝缘，多用于110kV及以上的屋外式)。2.电流互感器的结构下图标示出了单匝式和复匝式电流互感器的结构示意图。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。但由于原绕组是单匝，当被测电流很小时，原边磁势小，测量精确度很低。当一次额定电流为400A及以下时，为提高其测量准确度，将一次绕组制成两匝或两匝以上，就构成了复匝式。1.一次绕组2.绝缘套管3.铁心4.二次绕组在同一回路中，往往需要多只电流互感器，用以供给各种测量与各种保护。为了节约材料和降低投资，高压电流互感器常由多个没有磁联系的独立铁芯和二次绕组与共用的一次绕组构成具有同一电流比、多个二次绕组的电流互感器，一般3-35kV电流互感器均有2个二次绕组，110kV有3-4个二次绕组，而220kV则有4-5个二次绕组。如上图2-21b所示为具有3个二次绕组的电流互感器结构。加外，为了适应不同一次负荷电流的要求，110kV及以上电流互感器常常将一次绕组分成几组，通过改变一次绕组的串并联关系，即可方便地获得2-3个额定电流比。图4-8是应用广泛的树脂浇注绝缘的、户内高压LQJ-10型电流互感器的外形图。它有两个铁心和两个二次绕组，分别为0.5级和3级，0.5级用于测量，3级用于保护。图4-8LQJ-10型电流互感器1)一次接线端子；2)一次绕组（树脂浇注）；3)二次接线端子；4)铁心；5)二次绕组；6)警示牌（上写“二次侧不得开路”等字样）图4-9是应用广泛的树脂浇注绝缘的、户内低压LMZJ1-0.5型（500～800/5A）的外形图。它不含一次绕组，穿过其铁心的母线就是其一次绕组（相当于1匝）。它用于500V及以下的配电装置中测量电流和电能。图4-9LMZJ-0.5型电流互感器1)铭牌；2)一次母线穿孔；3)铁心（外绕二次绕组，树脂浇注）；4)安装板；5)二次接线端子以上两种电流互感器都是环氧树脂或不饱和树脂浇注绝缘的，较之老式的油浸式和干式电流互感器的尺寸小，性能好，安全可靠，因此现在生产的高低压成套配电装置中基本上都采用这类新型电流互感器。LDZJ10LA10LMZB6-10LFZ1-10LAJ1010kV树脂浇注绝缘电流互感器LRD235DW2(装入式)六、电流互感器的型号含义七、电流互感器的接线电流互感器在三相电路中有四种常见的接线方案：(1)单相式接线：电流线圈通过的电流，反应一次电路对应相的电流。这种接线通常用于测量平衡对称三相负荷中的一相电流。如在低压动力线路中，供测量电流或接过负荷保护装置之用。

(2)两相V形接线：又称为两相不完全星形接线。在继电保护装置中，这种接线称为两相两继电器接线。它在中性点不接地的三相三线制电路中（如一般的6～10kV电路中），可供三相二元件功率表或电能表使用，仅取A相和C相电流即可。广泛用作三相电流、电能的测量和过电流继电保护。由它的相量图可知，两相V形接线的公共线上的电流为，反应的是未接电流互感器的那一相（B相）的电流，从而节省了一台电流互感器。两相V形接线电流互感器的一、二次侧电流相量图(3)两相电流差接线：由它的相量图可知，二次侧公共线上的电流为，其量值为相电流的倍。这种接线也适用于中性点不接地的三相三线制电路（如一般的6～10kV电路）中的过电流继电保护。故这种接线也称为两相一继电器接线。两相电流差接线电流互感器的一、二次侧电流相量图(4)三相星形接线：这种接线中的三个电流线圈，正好反应各相电流，广泛应用在负荷不平衡的三相四线制系统（如低压TN系统）中，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，用作三相电流电能测量和过电流继电保护等，监视各相负荷不对称的情况。1．种类和型式选择八、电流互感器的选择根据安装地点可选择：屋内(35kV以下)或屋外式。根据安装方式可选择：支持式、装入式（装在变压器套管或多油断路器套管中）和穿墙式（兼作穿墙套管）。根据一次绕组匝数可选择：单匝LD（用于大电流）、多匝LF（用于小电流）和母线式LM（用于大电流）。6~20kV屋内配电装置的电流互感器有：瓷绝缘（如LDC、LFC和LMC系列）结构；树脂浇注绝缘（小电流回路采用LA和LFZ系列，大电流回路采用LDZ、LMZ、LAJ和LBJ系列）结构。一般多采用浇注绝缘型。35kV及以上配电装置的电流互感器采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器（如屋外的LCW系列）。电流互感器应按装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型、额定电压、一次电流、二次电流（一般为5A）、准确度等级等，其次要根据额定容量和二次负荷计算二次回路连接导线的截面积；最后校验其短路动稳定和热稳定。选用母线式电流互感器时，应校核其窗口允许通过的母线尺寸。2．额定电压选择：UN≥UNs

3．额定电流的选择：IN1≥Imax

1)为保证电流互感器的准确级，回路的最大持续工作电流Imax应尽可能接近一次额定电流IN1。2)电流互感器的二次额定电流IN2，可根据二次回路的要求选用5A（强电系统）或1A（弱电系统）。当配电装置距离控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确度，应尽量采用1A。4．准确级和额定容量的选择1)电流互感器的准确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百分数。根据测量时电流互感器误差的大小和用途，发电厂和变电所中电流互感器的准确级分为0.2、0.5、1、3级及P和TP级。2)为保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。电流互感器准确级的确定，取决于二次负荷的性质。a)实验室的精密测量、重要的发电机和变压器回路及500kV重要回路宜采用0.2级；b)二次负荷如果属于一般电能计量，则电流互感器采用0.5级；功率表和电流表可配用1.0级电流互感器；c)供粗略测量仪表用的电流互感器，准确级可用3级；d)如果几个性质不同的测量仪表共用一台电流互感器时，则互感器的准确级按就高不就低的原则确定。3)电流互感器的额定容量SN2是指在额定二次电流IN2和额定二次阻抗ZN2下运行时，二次绕组输出的容量，即制造厂家一般提供电流互感器的ZN2(单位为Ω)值。4)同一台电流互感器除最高准确级外，还有几个较低测量精度的准确级，对应于不同的准确级，具有不同的额定容量（或额定二次阻抗）。5．二次负荷的校验为保证所选电流互感器的准确级，其最大相二次负荷S2L应不大于所选准确级相应的额定容量，即S2L≤SN2

由和得Z2L≤ZN2

其中，二次负荷阻抗为Z2L为ra、rre——测量仪表和继电器的电流线圈电阻(Ω)，可从有关仪表、继电器的产品样本中查得。rL——仪表或继电器至电流互感器的连接导线电阻(Ω)；rc——连接处的接触电阻(Ω)，一般取0.1Ω。可将二次负荷校验条件转化为求连接导线的最小截面。连接导线的电阻应满足根据r=ρL/S，可得满足准确级要求的连接导线最小截面S为ρ:连接导线的电阻率，控制电缆一般采用铜导线，ρ=0.0175Lc:连接导线的计算长度(m)，与仪表和继电器至电流互感器安装地点的实际距离及电流互感器的接线方式有关。假设电流互感器到仪表、继电器的纵向长度为L1，则电流互感器为单相接线时，LC=2L1；当互感器采用不完全星形接线时，；当电流互感器采用全星形接线时，中性线上的电流很小，故可取LC=L1。为保证连接导线具有一定的机械强度，铜导线截面不应小于1.5mm2，铝导线截面不应小于2.5mm2。a)当电流互感器采用单相接线时，如图a所示，往返导线中的电流相等，电流互感器的二次电压为考虑到rL=ρL/S，故可取Lc=2L。b)当电流互感器采用星形接线时，如图b所示，如果一次侧负荷对称，则中线（返回导线）电流很小可略去不计，电流互感器的二次电压为故可取Lc=L。c)当电流互感器采用不完全星形接线时，如图c所示，中线（返回导线）电流等于电流互感器的二次电压为如果只计阻抗的模，忽略相角的旋转，二次负载电阻近似为故近似取6．热稳定校验对带有一次绕组的电流互感器，热稳定校验条件为It——电流互感器1s允许通过的热稳定电流；Kt——电流互感器的1s热稳定倍数，Kt=It/IN1。（1s热稳定电流与一次线圈额定电流的比值），可从手册中查到或7．动稳定校验内部动稳定校验条件为ies≥ish

或ies、Kes——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，对采用硬导线连接的瓷绝缘电流互感器，相间电动力作用其瓷帽上。因此，需要进行外部动稳定校验，校验条件为L——电流互感器瓷帽端部到最近一个支柱绝缘子间的距离(m)，对母线型电流互感器为:电流互感器瓷帽端部到最近一个支柱绝缘子间的距离+电流互感器两端瓷帽间的距离；a——相间距离(m)；ish——短路冲击电流幅值（A）；Fal——电流互感器瓷帽上的允许力（N），由制造厂家提供。2.电流互感器的二次侧有一端必须接地。互感器二次侧有一端接地，是为了防止其一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。1.电流互感器在工作时其二次侧不得开路，在安装时，其二次接线必须牢固可靠，且其二次侧不允许接入熔断器和开关。避免TA二次绕组开路的措施：拆除仪表前先将二次线圈短路。九、电流互感器的使用注意事项3.电流互感器在连接时，要注意端子的极性。按照规定，我国互感器和变压器的绕组端子，均采用“减极性”标号法。所谓“减极性”标号法，就是互感器按图4-10所示接线时，一次绕组接上电压U1，二次绕组就感应出电压U2。这时将一对同名端（均标有“•”者）短接，则在另一对同名端测出的电压为。图4-10互感器的“减极性”判别法

U1—输入电压；U2—输出电压用“减极性”法所确定的“同名端”，在同一瞬间，同为高电位或同为低电位，所以同名端又称为“同极性端”。在安装和使用电流互感器时，一定要注意其端子的极性，否则其二次仪表、继电器中流过的电流就不是预想的电流，甚至引起事故。例如下图中C相电流互感器的K1、K2如果接反，则二次侧公共线中的电流就不是相电流，而是相电流的倍，可能使电流表烧毁。一、电压互感器的作用⑵隔离：使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。二、电压互感器的分类按照工作原理，电压互感器可分为：⑴变换：将一次回路的高电压变为二次回路的低电压(100V)，供电给测量仪表和保护装置继电器的电压线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜。第五节电压互感器的原理与选择电磁式电压互感器，原理与普通变压器相似，适用于6-110kV系统；价格贵，容量大，误差小（相对于后者）；电容式电压互感器：是电容分压型，适用于110-500kV系统，价格低，容量小，误差大（相对于前者）。三、电磁式电压互感器的工作原理1.工作原理电力系统中广泛采用电磁式电压互感器（通常称作TV），其工作原理与变压器相似，相当于一台小容量变压器,通常只有几十到几百伏安。电磁式电压互感器的原理结构与接线图见下图所示。它包括一次绕组N1，二次绕组N2及铁芯。2.电磁式电压互感器的特点：1)电压互感器一次绕组匝数很多，与被测电路并联。其电压等于电网电压，不受二次回路负荷的影响。2)二次侧所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，近于开路（空载）状态运行。（运行中的电压互感器，二次绕组决不能短路）。此时，二次电压值决定于一次电压值。3.额定变压比：电压互感器一次、二次绕组额定电压之比称为额定变压比，即UN2已统一为100V或100/V。由等效电路可得可以看出，测量有误差，误差由励磁电流和内阻抗造成。电压相量图如图2-23所示。四、互感器的误差1.误差分析3.相位误差：旋转180°的二次电压相量与一次电压相量之间的夹角。并规定U1滞后-U2'时，其值为正。2.电压误差:二次电压乘以额定电压比与实际一次电压之差占一次电压的百分比。即，电压误差=空载电压误差+负载电压误差即，相位误差=空载相位差+负载相位差电压互感器的电压误差和相位误差与互感器本身的构造及材料，一次电压U1、二次负载电流I2和功率因数cosφ2

这些运行参数有关。二次负载电流I2增大时，∣fu∣增大，∣δu∣也相应增大。减小误差的方法：互感器本身的构造及材料：①减小内阻抗：减小线圈电阻；减小匝数；选用合理的线圈结构；②减小空载电流：即减小磁阻，增加匝数，选用高磁导率的材料。互感器的运行工况：①减小二次负载电流：使二次负载尽可能大，即减少并联的仪表和继电器的数目②二次负荷功率因数应保证在额定功率因数0.8范围内；③一次侧电压的大小，一般变化不大。4.电压互感器的准确级指在规定的一次电压和二次负载变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。（准确级越大，误差越大，精度越低）。与电流互感器相似，电压互感器的准确级是根据电压误差的大小划分的。对于测量级分为0.2、0.5、1和3级；对于保护级分为3P和6P。5.电压互感器的额定容量电压互感器的额定容量SN2，通常是指在规定的最高准确级下所对应的二次容量。即：电压互感器在这种负荷容量下所引起的误差，不会超过这一准确级规定的数值。同一台电压互感器在不同的准确级下具有不同的容量，即可以带不同范围的额定二次阻抗。准确级越高，对应的容量越小；当二次负荷大于SN2时，TV的准确级随之下降。另外，按照电压互感器在最高工作电压下长期工作允许发热条件，还规定有最大（极限）容量。例如：JSJW-10型电压互感器2)按相数可分为单相式(任何电压级)和三相式(20kV及以下)。3)按绕组数可分为双绕组(35kV及以下)和三绕组(任何电压级，有两个二次绕组，一个是基本二次绕组，用于测量仪表和继电器；另一个称为附加二次绕组或开口三角绕组，用来反映系统单相接地)。4)按绝缘可分为干式(用绝缘胶浸渍，多用于屋内低压)、浇注式(用于3～35kV的屋内式)、油浸式(可分为普通式和串级式，3－35kV用普通结构，110kV及以上采用串级结构)和SF6气体绝缘式(110kV及以上)。7.电压互感器的结构（1）三相式结构三相式结构的电压互感器仅适用于20kV及以下电压等级，有三相三柱式和三相五柱式两种结构，如图4-11所示。6.电压互感器的分类1)按安装地点可分为屋内式(35kV及以下)和屋外式(多为110kV及以上)。图4-11三相式电压互感器结构原理示意图a)三相三柱式结构b)三相五柱式结构a)三相三柱式电压互感器只能用来测量线电压，由于它的一次侧中性点不允许接地，故不能用来测量相对地电压。原因：要测量相对地电压，它的一次侧中性点必须接地，当系统发生接地故障时，三相绕组中的零序电流同时流向中性点，产生的三相零序磁通同相位，在三个铁心柱中不能构成零序磁通通路，只能通过气隙和铁外壳构成回路，由于磁阻很大，使得零序电流比正常励磁电流大很多倍，使互感器绕组过热甚至烧毁。b)三相五柱式电压互感器由于两个边柱为零序磁通提供了通路，避免因磁阻太大导致电流过大而发热。其一次绕组中性点可以接地。这种结构与接线的电压互感器可用来测量线电压，也可以用测量相对地电压。（2）单相式结构单相电压互感器可以构成单相、三相电压互感器，适用于任何电压等级。分为普通式和串级式，其结构原理图如下图所示。1)35kV及以下TV采用普通式结构，它与普通小容量变压器相似，右图a和图b所示分别为单相双绕组和单相三绕组TV结构原理示意图。2)110kV及以上的电磁式电压互感器普遍制成串级式结构，其特点是：铁心与绕组采用分级绝缘，节省了绝缘材料，减小了重量和体积，降低了成本。右图c为220kV串级式TV的结构原理示意图。该互感器由两个铁心(元件)组成，两个铁心互相绝缘；一次绕组分成匝数相等的四部分，分别绕在两个铁心的上、下铁心柱上，按磁通相加方向顺序串联，接于相与地之间，每个铁心上的两个绕组的中点与铁心相连。每段绕组对铁心的最高电压为Uph/4，所以每段绕组对铁心的绝缘只需按Uph/4设计，比普通结构的TV减少了3/4的绝缘。a)连耦绕组的作用:当二次绕组接通负载后，流过负载电流,二次磁动势产生去磁磁通，使末级铁心(下部铁心)内的磁通小于上部铁心内的磁通，于是使各段线圈感抗不等，电压分布不均匀。为了避免这一现象，在两铁心相邻的铁心柱上，绕有匝数相等、绕向相同、反向对接的连耦绕组4。这样，当两个铁心中磁通不相等时，连耦绕组内出现环流，使磁通较大的铁心去磁和磁通较小的铁心助磁，从而达到两个铁心内磁通大致相等，各段绕组电压分布均匀。b)平衡绕组的作用:同一铁心的两个铁心柱，由于位置不同，漏磁通路有差异，会使两铁心柱中磁通不等，此二铁心柱上的两段线圈的电压分布不匀。为此，在同一铁心的上下铁心柱上绕有匝数相等、绕向相同、反向对接的平衡绕组3。若两柱中磁通不等，在平衡绕组内产生平衡电流，使磁通大者去磁，磁通小者助磁，从而使两柱中磁通相等，两段线圈电压分布均匀。三相五柱式电压互感器干式电压互感器高压油浸式单相油浸式三相油浸式一次接线端子二次接线端子铁心一二次绕组JDZ(J)-10电压互感器实物图片JDZ6,10或JDZJ6,10(单相浇注绝缘)

JDJ6,10(单相油浸绝缘)五、电压互感器的型号含义电压互感器在三相电路中有如下几种常见的接线方案。六、电压互感器的接线方式⑴一台单相式电压互感器接线方式：上图a是由一台单相电压互感器测量线电压，适用于3～35kV中性点不接地系统中。其额定一次电压UN1=UNS（所接电网的额定电压），UN2=100V。图b是由一台单相电压互感测量相对地电压，这种接线适用于110～220kV中性点直接接地系统中，其额定一次电压UN1=UNS/，其UN2=100V。⑵两台单相式电压互感器不完全星形(即V—V)接线方式(图c所示)：两台单相电压互感器分别接于母线的A相—B相和B相—C相之间，用来测量线电压，但不能测量相电压。这种接线常用于3～20kV小电流接地系统中。其额定一次电压UN1为所接系统母线的额定电压UNS，即UN1=UNS。其额定二次电压UN2=100V。(3)星-星-开口三角形（YN，yn，d0）接线（图d所示）：可用于一台三相三绕组或三台单相三绕组电压互感器，其一次、二次侧绕组均接成星形，且中性点均接地；三相的辅助二次绕组接成开口三角形。主二次绕组可测量各相电压和相间电压，辅助二次绕组供小电流接地系统、绝缘监察装置或大电流接地系统的接地保护用。②三个单相三绕组电压互感器接成Y0/Y0/(开口三角)形：在3～220kV系统中得到广泛应用，其额定一次电压UN1=UNS/，二次绕组的额定电压UN2=100/V。这种接线可用于大电流接地系统，也可用于小电流接地系统。辅助二次绕组（开口三角形接线）用于大电流接地系统的接地保护。每相辅助二次绕组的额定电压为100V。正常运行时，开口三角两端之间电压为0V；单相金属性接地时，开口三角两端之间电压为100V。

辅助二次绕组（开口三角形接线）用于小电流接地系统的绝缘监察装置，每相辅助二次绕组的额定电压为100/3V。正常运行时，开口三角两端之间电压为0V；单相金属性接地时，开口三角两端之间电压为100V。不管在哪种系统中发生一次系统一相完全接地时，在开口三角形绕组两端的电压均为100V。①一台三相五柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/(开口三角)形：广泛应用于3～35kV系统中，其额定一次电压UN1=UNS，二次绕组的额定电压UN2=100V。接成(开口三角)形的辅助二次绕组的额定电压UN3=100/3V；(5)电压互感器与电力系统的连接a)3～35kV的电压互感器高压侧需经隔离开关和熔断器接入高压电网。高压侧熔断器的作用：保护高压电网不因一次绕组或引线短路危及一次系统的安全。低压侧也应装设熔断器。b)110kV及以上的电压互感器只经隔离开关接入高压电网，其回路中不使用熔断器，其理由之一是，110kV及以上的电压互感器可靠性高；其二是，110kV及以上的熔断器制造困难，价格昂贵。低压侧仍需装设熔断器。c)380V的电压互感器可直接经熔断器接入电网，而不用隔离开关。d)电压互感器二次侧不能短路，否则会烧坏，所以电压互感器二次侧一般要装熔断器作为二次侧短路的保护。七、电压互感器的选择电压互感器的二次负荷阻抗很大，一次电流很小，不存在额定电流选择问题。外部电网短路电流不通过电压互感器，故不进行短路稳定性校验。1．种类和型式选择应根据安装地点及使用条件来选择电压互感器的种类和型式。6~20kV屋内：一般采用油浸绝缘或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器。35~110kV：一般采用油浸绝缘的电磁式电压互感器。220kV及以上：当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。需要测量零序电压时，6~20kV可以采用三相五柱式三绕组电压互感器，或三台单相式三绕组电压互感器。35kV及以上只有单相式电压互感器。3-20kV当只需要测量线电压时，可采用两只单相电压互感器的V-V接线；35kV及以下，当需要测量线电压，同时又