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1、6.3 互感器的原理與選擇,互感器的作用,將一次側(cè)的高電壓、大電流轉(zhuǎn)變成二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓（100V，100/sqrt（3）、小電流（5A、1A），使測(cè)量?jī)x表標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。 其一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測(cè)量?jī)x表與繼電保護(hù)裝置等。 將一次系統(tǒng)同二次設(shè)備（儀表、保護(hù)）隔開(kāi)，以保護(hù)人身安全。,互感器的類(lèi)型,電流互感器 電磁式電流互感器 電壓互感器 電磁式電壓互感器 電容式電壓互感器,電磁式電流互感器,電容式電壓互感器,電磁式電壓互感器,一、電磁式電流互感器,1. 工作原理,一、電磁式電流互感器,1. 工作原理,一、電磁式電流互感器,電磁式電流互感器的工作原理和變壓器相似。 電磁式電流互感器的特點(diǎn)

2、是： 一次繞組串聯(lián)在電路中且匝數(shù)很少，而二次繞組匝數(shù)多。 二次繞組所接負(fù)載串聯(lián)且阻抗很小，類(lèi)似于二次側(cè)短路的變壓器。,1. 工作原理,一、電磁式電流互感器,1. 工作原理,一、電磁式電流互感器,由于電流互感器本身存在勵(lì)磁損耗和磁飽和等影響，使一次電流 在數(shù)值上和相位上都有差異，即測(cè)量結(jié)果有誤差。通常用電流誤差和相位誤差表示。,2. 誤差及影響因素,電流誤差：,相位誤差：,一、電磁式電流互感器,二次負(fù)荷功率因數(shù)角； 二次總阻抗角 鐵芯損耗角；圖中二次繞組阻抗Z2（x2，r2）、負(fù)荷阻抗Z2L（x2L、r2L）和二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)E2 、電壓U2 、電流I2的數(shù)值均是歸算到一次側(cè)的值。,由于 一般很小，

3、所以，,一、電磁式電流互感器,一、電磁式電流互感器,影響誤差的因素： 根據(jù)電磁感應(yīng)定律 磁動(dòng)勢(shì)方程 和二次側(cè)回路方程 帶入誤差公式,2. 誤差及影響因素,電流和相位誤差取決于鐵心、二次繞組的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài),一、電磁式電流互感器,影響誤差的因素：,2. 誤差及影響因素,一、電磁式電流互感器,影響誤差的因素：,2. 誤差及影響因素,一、電磁式電流互感器,準(zhǔn)確級(jí)： 根據(jù)測(cè)量時(shí)誤差的大小而劃分的，是指在規(guī)定的二次負(fù)載范圍內(nèi)，一次電流為額定值時(shí)的最大誤差。 測(cè)量用電流互感器有一般用途和特殊用途（S類(lèi)）兩類(lèi)。對(duì)于工作電流變化范圍較大的線路及高壓、超高壓電網(wǎng)中，推薦采用帶有S類(lèi)測(cè)量級(jí)二次繞組的電流互感器。,

4、3. 準(zhǔn)確級(jí)和額定容量,一、電磁式電流互感器,下表為測(cè)量用電流互感器在規(guī)定的二次負(fù)荷變化范圍為（0.251）S2N時(shí)的準(zhǔn)確級(jí)和誤差限值,3. 準(zhǔn)確級(jí)和額定容量,一、電磁式電流互感器,準(zhǔn)確級(jí)： 保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)。保護(hù)用電流互感器按用途可分為穩(wěn)態(tài)保護(hù)用（P）和暫態(tài)保護(hù)用（TP）兩類(lèi)。 一般情況下，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，短路電流已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電流互感器只要滿足穩(wěn)態(tài)下的誤差要求，這種互感器成為穩(wěn)態(tài)保護(hù)用電流互感器。 如果繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間較短，短路電流尚未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電流互感器要保證暫態(tài)誤差要求，這種互感器稱(chēng)為暫態(tài)保護(hù)用電流互感器。,3. 準(zhǔn)確級(jí)和額定容量,一、電磁式電流互感器,額定容量：,3

5、. 準(zhǔn)確級(jí)和額定容量,S2N是指在額定二次電流I2N和額定二次阻抗Z2N下運(yùn)行時(shí)，二次繞組輸出的容量， S2N = I2N2 Z2N 。 兩點(diǎn)說(shuō)明： 由于二次電流為標(biāo)準(zhǔn)值，所以S2N常用Z2N表示。 由于誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，所以同一臺(tái)電流互感器使用在不同準(zhǔn)確級(jí)時(shí)，會(huì)有不同的額定容量。,一、電磁式電流互感器,按安裝方式分： 穿墻式、支持式、裝入式,4. 分類(lèi),按絕緣方式分： 干式：用絕緣膠絕緣，適用于低電壓 澆注式：用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣，適用于1035kV 油浸式：用油絕緣，適用于35kV以上,按安裝地點(diǎn)分： 戶內(nèi)型 戶外型,一、電磁式電流互感器,5. 接線,單相接線,星形接線,不完全星形接線,一、電

6、磁式電流互感器,種類(lèi)和型式的選擇： 根據(jù)安裝地點(diǎn)（如屋內(nèi)、屋外）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式等）選擇型式。 當(dāng)一次電流較小時(shí)（在400A及以下）時(shí)，宜優(yōu)先選用一次繞組多匝式，以提高準(zhǔn)確度； 一次回路額定電壓和電流的選擇： UNUNs，I1NImax。 I1N應(yīng)盡可能與最大工作電流接近。,6. 選擇,一、電磁式電流互感器,準(zhǔn)確級(jí)和額定容量的選擇： 為保證測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度，電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)不得低于所供測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確級(jí)。 當(dāng)所供儀表要求不同準(zhǔn)確級(jí)時(shí)，應(yīng)按相應(yīng)最高級(jí)別來(lái)確定電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)。 互感器按選定準(zhǔn)確級(jí)所規(guī)定的額定容量S2N應(yīng)大于或等于二次側(cè)所接負(fù)荷I2N2Z2L，即S2NI2N2

7、Z2L。,6. 選擇,一、電磁式電流互感器,熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： 對(duì)本身帶有一次回路導(dǎo)體的電流互感器進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s 允許通過(guò)的熱穩(wěn)定電流 It 或一次額定電流 I1N 的倍數(shù) Kt 來(lái)表示，熱穩(wěn)定校驗(yàn)式為 It2Qk或(KtI1N)2Qk。 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)包括由同一相的電流相互作用產(chǎn)生的內(nèi)部電動(dòng)力校驗(yàn)，以及不同相的電流相互作用產(chǎn)生的外部電動(dòng)力校驗(yàn)。,6. 選擇,二、電壓互感器,目前電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的電壓互感器主要有兩種： 電磁式 電容分壓式,(一) 電磁式電壓互感器,1. 工作原理,(一) 電磁式電壓互感器,電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相似。 電磁式電壓互感器的

8、特點(diǎn)是： 一次繞組并聯(lián)在電路中且匝數(shù)多，而二次繞組匝數(shù)少。 二次繞組所接負(fù)載均并聯(lián)且阻抗大，二次側(cè)近似于開(kāi)路或空載。,1. 工作原理,(一) 電磁式電壓互感器,1. 工作原理,(一) 電磁式電壓互感器,由于電壓互感器存在勵(lì)磁電流和內(nèi)阻抗，使得測(cè)量結(jié)果的大小和相位都有誤差。通常用電壓誤差和相位誤差表示。,2. 誤差及影響因素,電壓誤差：,相位誤差：,(一) 電磁式電壓互感器,2. 誤差及影響因素,(一) 電磁式電壓互感器,2. 誤差及影響因素,(一) 電磁式電壓互感器,影響誤差的因素：,2. 誤差及影響因素,(一) 電磁式電壓互感器,準(zhǔn)確級(jí)： 在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，負(fù)荷功率因數(shù)為

9、額定值時(shí)，電壓誤差的最大誤差。 電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)和誤差限值，P192 表6-9,3. 準(zhǔn)確級(jí)和額定容量,(一) 電磁式電壓互感器,額定容量：,3. 準(zhǔn)確級(jí)和額定容量,由于誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，所以同一臺(tái)電壓互感器對(duì)應(yīng)于不同的準(zhǔn)確級(jí)便有不同的容量。 額定容量：對(duì)應(yīng)于最高準(zhǔn)確級(jí)的容量。 最大容量：按照在最高工作電壓下長(zhǎng)期工作容許發(fā)熱條件所規(guī)定的容量。,(一) 電磁式電壓互感器,按安裝地點(diǎn)分： 戶內(nèi)型 戶外型 按相數(shù)分： 單相：35kV及以上 三相： 35kV以下（三相五柱式）,4. 分類(lèi),(一) 電磁式電壓互感器,按絕緣方式分： 澆注式：用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣，3-35kV 油浸式：用油絕緣，110kV及

10、以上 按結(jié)構(gòu)分： 普通式：同變壓器， 3-35kV 串級(jí)式：采用分級(jí)絕緣， 110kV及以上,4. 分類(lèi),按繞組數(shù)分： 雙繞組 三繞組,(二) 電容式電壓互感器,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電容分壓器,1. 工作原理,當(dāng)a、b間接上負(fù)荷時(shí)，負(fù)荷電流將影響C1、C2上的容抗壓降，使 UC2 小于電容分壓值，而且負(fù)荷電流越大，誤差越大。,當(dāng)a、b間開(kāi)路時(shí)，按反比分壓，有,(二) 電容式電壓互感器,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電容分壓器,1. 工作原理,實(shí)際上，由于電容器有損耗、電抗器有電阻，使內(nèi)阻抗不可能為零，因此負(fù)荷變化時(shí)，還會(huì)有誤差產(chǎn)生。,減小分壓器的輸出電流，可減小誤差，故將測(cè)量?jī)x表(Z2L)經(jīng)中間變壓器TV升壓后與分壓器

11、連接。,(二) 電容式電壓互感器,2. 過(guò)電壓, 二次側(cè)短路引起的過(guò)電流和過(guò)電壓,所以應(yīng)加放電間隙E。, 鐵磁諧振過(guò)電壓,由于電容式電壓互感器是由電容和非線性電抗所構(gòu)成，當(dāng)受到二次側(cè)短路、斷開(kāi)等沖擊瞬變作用時(shí)，由于非線性電抗的飽和，可能激發(fā)產(chǎn)生次諧波鐵磁諧振。,抑制方法是裝設(shè)阻尼電阻rd（諧振時(shí)自動(dòng)投入）。,(二) 電容式電壓互感器,優(yōu)點(diǎn)： 制造簡(jiǎn)單，重量輕，成本低，電壓等級(jí)越高越明顯； 分壓電容兼作載波通訊的耦合電容。 缺點(diǎn)： 輸出容量??； 誤差比電磁式大，且受頻率的影響； 暫態(tài)特性不如電磁式PT好。,3. 特點(diǎn),(三) 電壓互感器的接線,用一臺(tái)單相 電壓互感器 測(cè)量相電壓,用一臺(tái)單相 電壓

12、互感器 測(cè)量相間電壓,用兩臺(tái)單相 電壓互感器 接成不完全星形測(cè)量各相間電壓,(三) 電壓互感器的接線,用三臺(tái)單相三繞組電壓互感器 構(gòu)成YN, yn, d0接線,電容式電壓互感器接線,(四) 電壓互感器的選擇,種類(lèi)和型式的選擇：,1) 在 635 kV 屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；110220kV 配電裝置特別是母線上裝設(shè)的電壓互感器，通常采用串級(jí)式電磁式電壓互感器；當(dāng)容量和準(zhǔn)確級(jí)滿足要求時(shí)，通常多在出線上采用電容式電壓互感器。,2) 在 500kV配電裝置中，配置有雙套主保護(hù)，并考慮到后備保護(hù)、自動(dòng)裝置和測(cè)量的要求，電壓互感器應(yīng)具有三個(gè)二次繞組，即兩個(gè)主二次繞組和一個(gè)輔助

13、二次繞組。,3) 為節(jié)省投資，在20kV及以下配電裝置中，可選用三相式電壓互感器（選用三相五柱式，而不是三相三柱式）。,4) 用于接入精度要求較高的計(jì)費(fèi)電能表時(shí)，不宜采用三相式電壓互感器。,根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件選擇種類(lèi)和型式。,(四) 電壓互感器的選擇,一次額定電壓和二次額定電壓的選擇：,3 35 kV電壓互感器一般經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)和熔斷器接入高壓電網(wǎng)。110 kV及以上的互感器可靠性較高，電壓互感器只經(jīng)過(guò)隔離開(kāi)關(guān)與電網(wǎng)連接。,電壓互感器一次繞組額定電壓 U1N，應(yīng)根據(jù)互感器的接線方式來(lái)確定其相電壓或相間電壓。常用接線有： 1) 用一臺(tái)單相電壓互感器測(cè)量相對(duì)地電壓或相間電壓； 2) 用三臺(tái)單相或三

14、相式電壓互感器測(cè)量相間電壓或相對(duì)地電壓； 3) 用兩臺(tái)單相電壓互感器接成不完全星形測(cè)量?jī)蓚€(gè)相間電壓。,電壓互感器二次繞組額定電壓通常是供額定電壓為100V的儀表和繼電器的電壓繞組使用。顯然，單個(gè)單相式電壓互感器的二次繞組電壓為100V，而其余可獲得相間電壓的接線方式，二次繞組電壓為100/,(四) 電壓互感器的選擇,容量和準(zhǔn)確級(jí)的選擇：,根據(jù)儀表和繼電器的接線要求，選擇電壓互感器的接線方式，并盡可能將負(fù)荷均勻分布在各相上，然后計(jì)算各相負(fù)荷大小，按照所接儀表的準(zhǔn)確級(jí)和容量，選擇互感器的準(zhǔn)確級(jí)和額定容量。,三、互感器在主接線中配置原則,互感器在主接線中的配置與測(cè)量?jī)x表、同步點(diǎn)的選擇、保護(hù)和自動(dòng)裝置

15、的要求以及主接線的形式有關(guān)。 互感器的配置包括： 電壓互感器的配置； 電流互感器的配置。 下頁(yè)圖為發(fā)電廠中互感器配置示例。,1. 電壓互感器的配置,除旁路母線外，一般工作及備用母線都裝有一組電壓互感器，用于同步、測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置。 旁路母線上是否裝設(shè)電壓互感器要根據(jù)出線同期方式而定。,(1) 母線,1. 電壓互感器的配置,35 kV 及以上輸電線路，當(dāng)對(duì)端有電源時(shí)，裝有一臺(tái)單相電壓互感器，用于監(jiān)視線路有無(wú)電壓、進(jìn)行同步和設(shè)置重合閘。,(2) 線路,1. 電壓互感器的配置,一般裝 23 組電壓互感器。 一組供自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，采用三只單相、雙繞組互感器。 另一組供測(cè)量?jī)x表、同期和保護(hù)裝置使用，

16、采用三相五柱式或三只單相接地專(zhuān)用互感器。,(3) 發(fā)電機(jī),1. 電壓互感器的配置,當(dāng)互感器負(fù)荷太大時(shí)，可增設(shè)一組不完全星形連接的互感器，專(zhuān)供測(cè)量?jī)x表用。,(3) 發(fā)電機(jī),大、中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)常接有單相電壓互感器，用于 100% 定子接地保護(hù)。,1. 電壓互感器的配置,變壓器低壓側(cè)有時(shí)為了滿足同期或繼電保護(hù)的要求，設(shè)有一組電壓互感器。,(4) 變壓器,2. 電流互感器的配置,對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，一般按三相配置； 對(duì)于中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)，依具體情況按二相或三相配置,(1) 為了滿足測(cè)量和保護(hù)裝置的需要，在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段及母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)有電流互感器。,2. 電流互感

17、器的配置,如有兩組電流互感器，應(yīng)盡可能設(shè)在斷路器兩側(cè)，使斷路器處于交叉保護(hù)范圍之中。,(2) 保護(hù)用電流互感器的裝設(shè)地點(diǎn)，應(yīng)按盡量消除主保護(hù)裝置的死區(qū)來(lái)設(shè)置。,2. 電流互感器的配置,(3) 為了防止電流互感器套管閃絡(luò)造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側(cè)，即盡可能不在緊靠母線側(cè)裝設(shè)電流互感器。,2. 電流互感器的配置,(4) 為了減輕內(nèi)部故障對(duì)發(fā)電機(jī)的損傷，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的電流互感器應(yīng)布置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。,為了便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障，用于測(cè)量?jī)x表的電流互感器宜裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)。,四、高壓互感器的新進(jìn)展,電子式互感器 傳感原理與傳統(tǒng)互感器相同，區(qū)別只是傳感部分不傳送功率而只傳送信號(hào)，再由電子放大器放大后送到負(fù)荷，依靠光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)，并作為互感器高低壓側(cè)之間的絕緣。 電光式互感器 利用材料的磁光效應(yīng)或電光效應(yīng)，將電流的變化轉(zhuǎn)換成激光或光波，經(jīng)過(guò)光通道傳送到低壓側(cè)，再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后供儀表和繼電器使用。 由于采用了電光變換和光導(dǎo)纖維傳遞，使互感器造價(jià)降低、尺寸減小、頻率特性改善，因而成為高壓互感器的發(fā)展方向。,