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1、6.3 互感器的原理与选择,互感器的作用,将一次侧的高电压、大电流转变成二次侧标准的低电压（100V，100/sqrt（3）、小电流（5A、1A），使测量仪表标准化、小型化。 其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。 将一次系统同二次设备（仪表、保护）隔开，以保护人身安全。,互感器的类型,电流互感器 电磁式电流互感器 电压互感器 电磁式电压互感器 电容式电压互感器,电磁式电流互感器,电容式电压互感器,电磁式电压互感器,一、电磁式电流互感器,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,电磁式电流互感器的工作原理和变压器相似。 电磁式电流互感器的特点
2、是： 一次绕组串联在电路中且匝数很少，而二次绕组匝数多。 二次绕组所接负载串联且阻抗很小，类似于二次侧短路的变压器。,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流 在数值上和相位上都有差异，即测量结果有误差。通常用电流误差和相位误差表示。,2. 误差及影响因素,电流误差：,相位误差：,一、电磁式电流互感器,二次负荷功率因数角； 二次总阻抗角 铁芯损耗角；图中二次绕组阻抗Z2（x2，r2）、负荷阻抗Z2L（x2L、r2L）和二次侧电动势E2 、电压U2 、电流I2的数值均是归算到一次侧的值。,由于 一般很小，
3、所以，,一、电磁式电流互感器,一、电磁式电流互感器,影响误差的因素： 根据电磁感应定律 磁动势方程 和二次侧回路方程 带入误差公式,2. 误差及影响因素,电流和相位误差取决于铁心、二次绕组的结构和运行状态,一、电磁式电流互感器,影响误差的因素：,2. 误差及影响因素,一、电磁式电流互感器,影响误差的因素：,2. 误差及影响因素,一、电磁式电流互感器,准确级： 根据测量时误差的大小而划分的，是指在规定的二次负载范围内，一次电流为额定值时的最大误差。 测量用电流互感器有一般用途和特殊用途（S类）两类。对于工作电流变化范围较大的线路及高压、超高压电网中，推荐采用带有S类测量级二次绕组的电流互感器。,
4、3. 准确级和额定容量,一、电磁式电流互感器,下表为测量用电流互感器在规定的二次负荷变化范围为（0.251）S2N时的准确级和误差限值,3. 准确级和额定容量,一、电磁式电流互感器,准确级： 保护用电流互感器的准确级。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。 一般情况下，继电保护动作时间相对比较长，短路电流已达到稳态，电流互感器只要满足稳态下的误差要求，这种互感器成为稳态保护用电流互感器。 如果继电保护动作时间较短，短路电流尚未达到稳态，电流互感器要保证暂态误差要求，这种互感器称为暂态保护用电流互感器。,3. 准确级和额定容量,一、电磁式电流互感器,额定容量：,3
5、. 准确级和额定容量,S2N是指在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时，二次绕组输出的容量， S2N = I2N2 Z2N 。 两点说明： 由于二次电流为标准值，所以S2N常用Z2N表示。 由于误差与二次负荷有关，所以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。,一、电磁式电流互感器,按安装方式分： 穿墙式、支持式、装入式,4. 分类,按绝缘方式分： 干式：用绝缘胶绝缘，适用于低电压 浇注式：用环氧树脂绝缘，适用于1035kV 油浸式：用油绝缘，适用于35kV以上,按安装地点分： 户内型 户外型,一、电磁式电流互感器,5. 接线,单相接线,星形接线,不完全星形接线,一、电
6、磁式电流互感器,种类和型式的选择： 根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择型式。 当一次电流较小时（在400A及以下）时，宜优先选用一次绕组多匝式，以提高准确度； 一次回路额定电压和电流的选择： UNUNs，I1NImax。 I1N应尽可能与最大工作电流接近。,6. 选择,一、电磁式电流互感器,准确级和额定容量的选择： 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。 当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。 互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于二次侧所接负荷I2N2Z2L，即S2NI2N2
7、Z2L。,6. 选择,一、电磁式电流互感器,热稳定和动稳定校验： 对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s 允许通过的热稳定电流 It 或一次额定电流 I1N 的倍数 Kt 来表示，热稳定校验式为 It2Qk或(KtI1N)2Qk。 动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。,6. 选择,二、电压互感器,目前电力系统广泛应用的电压互感器主要有两种： 电磁式 电容分压式,(一) 电磁式电压互感器,1. 工作原理,(一) 电磁式电压互感器,电磁式电压互感器的工作原理和变压器相似。 电磁式电压互感器的
8、特点是： 一次绕组并联在电路中且匝数多，而二次绕组匝数少。 二次绕组所接负载均并联且阻抗大，二次侧近似于开路或空载。,1. 工作原理,(一) 电磁式电压互感器,1. 工作原理,(一) 电磁式电压互感器,由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，使得测量结果的大小和相位都有误差。通常用电压误差和相位误差表示。,2. 误差及影响因素,电压误差：,相位误差：,(一) 电磁式电压互感器,2. 误差及影响因素,(一) 电磁式电压互感器,2. 误差及影响因素,(一) 电磁式电压互感器,影响误差的因素：,2. 误差及影响因素,(一) 电磁式电压互感器,准确级： 在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为
9、额定值时，电压误差的最大误差。 电压互感器的准确级和误差限值，P192 表6-9,3. 准确级和额定容量,(一) 电磁式电压互感器,额定容量：,3. 准确级和额定容量,由于误差与二次负荷有关，所以同一台电压互感器对应于不同的准确级便有不同的容量。 额定容量：对应于最高准确级的容量。 最大容量：按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件所规定的容量。,(一) 电磁式电压互感器,按安装地点分： 户内型 户外型 按相数分： 单相：35kV及以上 三相： 35kV以下（三相五柱式）,4. 分类,(一) 电磁式电压互感器,按绝缘方式分： 浇注式：用环氧树脂绝缘，3-35kV 油浸式：用油绝缘，110kV及
10、以上 按结构分： 普通式：同变压器， 3-35kV 串级式：采用分级绝缘， 110kV及以上,4. 分类,按绕组数分： 双绕组 三绕组,(二) 电容式电压互感器,实质上是一个电容分压器,1. 工作原理,当a、b间接上负荷时，负荷电流将影响C1、C2上的容抗压降，使 UC2 小于电容分压值，而且负荷电流越大，误差越大。,当a、b间开路时，按反比分压，有,(二) 电容式电压互感器,实质上是一个电容分压器,1. 工作原理,实际上，由于电容器有损耗、电抗器有电阻，使内阻抗不可能为零，因此负荷变化时，还会有误差产生。,减小分压器的输出电流，可减小误差，故将测量仪表(Z2L)经中间变压器TV升压后与分压器
11、连接。,(二) 电容式电压互感器,2. 过电压, 二次侧短路引起的过电流和过电压,所以应加放电间隙E。, 铁磁谐振过电压,由于电容式电压互感器是由电容和非线性电抗所构成，当受到二次侧短路、断开等冲击瞬变作用时，由于非线性电抗的饱和，可能激发产生次谐波铁磁谐振。,抑制方法是装设阻尼电阻rd（谐振时自动投入）。,(二) 电容式电压互感器,优点： 制造简单，重量轻，成本低，电压等级越高越明显； 分压电容兼作载波通讯的耦合电容。 缺点： 输出容量小； 误差比电磁式大，且受频率的影响； 暂态特性不如电磁式PT好。,3. 特点,(三) 电压互感器的接线,用一台单相 电压互感器 测量相电压,用一台单相 电压
12、互感器 测量相间电压,用两台单相 电压互感器 接成不完全星形测量各相间电压,(三) 电压互感器的接线,用三台单相三绕组电压互感器 构成YN, yn, d0接线,电容式电压互感器接线,(四) 电压互感器的选择,种类和型式的选择：,1) 在 635 kV 屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器；110220kV 配电装置特别是母线上装设的电压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。,2) 在 500kV配电装置中，配置有双套主保护，并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求，电压互感器应具有三个二次绕组，即两个主二次绕组和一个辅助
13、二次绕组。,3) 为节省投资，在20kV及以下配电装置中，可选用三相式电压互感器（选用三相五柱式，而不是三相三柱式）。,4) 用于接入精度要求较高的计费电能表时，不宜采用三相式电压互感器。,根据装设地点和使用条件选择种类和型式。,(四) 电压互感器的选择,一次额定电压和二次额定电压的选择：,3 35 kV电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压电网。110 kV及以上的互感器可靠性较高，电压互感器只经过隔离开关与电网连接。,电压互感器一次绕组额定电压 U1N，应根据互感器的接线方式来确定其相电压或相间电压。常用接线有： 1) 用一台单相电压互感器测量相对地电压或相间电压； 2) 用三台单相或三
14、相式电压互感器测量相间电压或相对地电压； 3) 用两台单相电压互感器接成不完全星形测量两个相间电压。,电压互感器二次绕组额定电压通常是供额定电压为100V的仪表和继电器的电压绕组使用。显然，单个单相式电压互感器的二次绕组电压为100V，而其余可获得相间电压的接线方式，二次绕组电压为100/,(四) 电压互感器的选择,容量和准确级的选择：,根据仪表和继电器的接线要求，选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量，选择互感器的准确级和额定容量。,三、互感器在主接线中配置原则,互感器在主接线中的配置与测量仪表、同步点的选择、保护和自动装置
15、的要求以及主接线的形式有关。 互感器的配置包括： 电压互感器的配置； 电流互感器的配置。 下页图为发电厂中互感器配置示例。,1. 电压互感器的配置,除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。 旁路母线上是否装设电压互感器要根据出线同期方式而定。,(1) 母线,1. 电压互感器的配置,35 kV 及以上输电线路，当对端有电源时，装有一台单相电压互感器，用于监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸。,(2) 线路,1. 电压互感器的配置,一般装 23 组电压互感器。 一组供自动调节励磁装置，采用三只单相、双绕组互感器。 另一组供测量仪表、同期和保护装置使用，
16、采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器。,(3) 发电机,1. 电压互感器的配置,当互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表用。,(3) 发电机,大、中型发电机中性点常接有单相电压互感器，用于 100% 定子接地保护。,1. 电压互感器的配置,变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求，设有一组电压互感器。,(4) 变压器,2. 电流互感器的配置,对于中性点接地系统，一般按三相配置； 对于中性点非接地系统，依具体情况按二相或三相配置,(1) 为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。,2. 电流互感
17、器的配置,如有两组电流互感器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。,(2) 保护用电流互感器的装设地点，应按尽量消除主保护装置的死区来设置。,2. 电流互感器的配置,(3) 为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧，即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。,2. 电流互感器的配置,(4) 为了减轻内部故障对发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。,为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。,四、高压互感器的新进展,电子式互感器 传感原理与传统互感器相同，区别只是传感部分不传送功率而只传送信号，再由电子放大器放大后送到负荷，依靠光导纤维传递光信号，并作为互感器高低压侧之间的绝缘。 电光式互感器 利用材料的磁光效应或电光效应，将电流的变化转换成激光或光波，经过光通道传送到低压侧，再转变成电信号，经放大后供仪表和继电器使用。 由于采用了电光变换和光导纤维传递，使互感器造价降低、尺寸减小、频率特性改善，因而成为高压互感器的发展方向。,