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1、互感器的作用互感器的分类互感器与系统连接互感器的工作特性,第一节 互感器概述,主要内容,1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，使测量仪表和保护装置标准化。2.所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，二次设备的绝缘水平能按低电压设计，结构轻巧，价格便宜。便于集中管理，可实现远方控制和测量。3.二次回路不受一次回路的限制，使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。,一、互感器的作用,二.互感器的类型,互感器,三、互感器与系统的连接,互感器是一种特殊的变压器。,电流互感器一次绕组串接于被测电路，二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈相
2、串联。,电压互感器一次绕组并接于被测电路，二次绕组与测量仪表或继电器的电压线圈相串联。,四、互感器的工作特性,电流互感器,正常运行时，二次绕组近似于短路工作状态。一次电流的大小决定于一次负载电流，与二次电流大小无关。运行中的电流互感器二次回路不允许开路。电流互感器的一次电流变化范围很大。电流互感器的结构应满足热稳定和动稳定的要求。,第一，第二，第三，第四，第五，,电压互感器,第一，第二，第三，,正常运行时，电压互感器二次绕组近似工作在开路状态。电压互感器一次侧电压决定于一次电力网的电压，不受二次负载的影响。运行中的电压互感器二次侧绕组不允许短路。,四、互感器的工作特性,第二节 电磁式电流互感器
3、,工作原理测量误差准确级与额定二次负分类和结构接线,主要内容,1.原理： KI=IN1/IN2 NN2/NN1,一、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如图所示。它包括一次绕组N1，二次绕组N2及铁芯。,2.特点,一、工作原理,TA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。,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
4、近于短路状态下运行。,3.额定电流比,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,kI =IN1 / IN2 N2 / N1,4.运行特点：二次回路不允许开路,正常工作时： 磁动势 NlIl+N2I2=NlI0,，NlIl和N2I2互相抵消一大部分，励磁磁动势NlI0 ，数值不大。 二次电路开路时： N2I2 等于零，励磁磁动势猛增到NlIl，铁芯中磁感应强度猛增，造成铁心磁饱和。铁芯饱和致使随时间变化的磁通的波形由正弦波变为平顶波，如图所示在磁通曲线过零前后磁通在短时间内从+m变为-m ，使d/dt值很大。,一、工作原理,运行
5、中二次回路开路可能造成的后果,1.e2=-d/dt ，磁通急剧变化时，二次绕组内将感应很高的尖顶波电势e2，危及工作人员的安全，威胁仪表和继电器以及连接电缆的绝缘。2.磁路的严重饱和还会使铁心严重发热，若不能及时发现和处理，会使电磁式电流互感器烧毁和电缆着火。 3.在铁芯中产生剩磁，影响互感器的特性。,二、测量误差,1电流互感器的误差分析,电磁式电流互感器的等值电路和向量图,可以看出：与 在数值上和相位上都不相等，测量结果有误差。励磁电流是产生误差的原因。,由TA的等效电路得, 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。,二、测量误差,(2)相
6、角误差i：相位差为旋转180。的二次电流相量-I2，与一次电流相量 Il之间的夹角i，并规定- I2，超前Il 时，相位差i 为正值。,三、准确级与额定二次负荷,1.测量用电流互感器的准确级 在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分数来标称。标准的准确级为0.1、0.2、0.5、l、3和5级。供特殊用途的为0.2S及0.5S级。（1）二次负荷在欧姆值为额定负荷值的25100之间的任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不超过限值。,（2）对于0.2S和0.5S级测量用电流互感器，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的25100之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过限值。（3）对于3
7、级和5级，在二次负荷欧姆值为额定负荷值的50100之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位误差不应超过限值。,三、准确级与额定二次负荷,2. 保护用电流互感器的准确级,按用途分为：稳态保护用和暂态保护用（1）稳态保护：P、PR、PX 其中P类为准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差的电流互感器；PR类是剩磁系数有规定限值的电流互感器；而PX类是一种低漏磁的电流互感器。,三、准确级与额定二次负荷,（1）稳态保护：P、PR、PX,P类及PR类电流互感器的准确级以在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数标称，标准准确级为：5P、10P、5PR和10PR。P类及PR类电流互感器在额定频
8、率及额定负荷下，电流误差、相位误差和复合误差应不超过限值。,三、准确级与额定二次负荷,（2）暂态保护用,能满足短路电流具有非周期分量的暂态过程性能要求的保护用电流互感器称为暂态保护用电流互感器（TP类）。分为TPS级、TPX级、TPY级和TPZ级。,三、准确级与额定二次负荷,10误差曲线,保证电流误差不超过一10的条件下，一次电流的倍数n(n=I1/IN1)与允许最大二次负荷阻抗Z2的关系曲线。,三、准确级与额定二次负荷,3.额定容量和额定二次负荷,额定容量Se2指电流互感器在额定二次电流Ie2和额定二次阻抗Ze2下运行时，二次绕组输出的容量。由于电磁式电流互感器的额定二次电流为标准值（5A或
9、1A），为了便于计算，有些厂家常提供电磁式电流互感器额定二次阻抗Ze2。,三、准确级与额定二次负荷,四、分类和结构,1.电磁式电流互感器的分类（1）按功能：测量用电流互感器、保护用电流互感器（2）按安装地点：户内式、户外式（3）按安装方式：穿墙式、支持式、套管式（4）按绝缘方式：干式、浇注式、油浸式（5）按一次绕组匝数：单匝式、多匝式（6）按变流比：单变流比、多变流比,电磁式电流互感器结构原理图,(a)单匝式 (b)多匝式 (c)具有两个铁芯多匝式,1一次绕组；2绝缘；3铁芯；4二次绕组,电磁式电流互感器结构原理图,上图标示出了单匝式和多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
10、（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。,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。此外，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
11、电流比。,五、电流互感器的型号含义,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。,六、电磁式电流互感器的接线,(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 610kV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
12、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,六、电磁式电流互感器的接线,(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610kV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,六、电磁式电流互感器的接线,(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
13、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。,六、电磁式电流互感器的接线,电流互感器的减极性标示,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 。,互感器的“减极性”判别法 U1 输入电压； U2 输出电压,电流互感器的减极性标示,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
14、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。,第三节 电压互感器,电磁式电压互感器工作原理 测量误差 准确级和额定容量铁磁谐振及防谐措施分类 电容式电压互感器电磁式和电容式电压互感器的接线,主要内容,一、 电磁式电压互感器的原理,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如图所示。它包括一次绕组N1，二次绕组
15、N2及铁芯。,一、 电磁式电压互感器的原理,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,二、电磁式电压互感器的测量误差,由等效电路可得,由图可以看出，二次电压 和一次电压 大小不相等，相位差也不差180度，测量有误差，误差由励磁电流和内阻抗造成。电压相量图如图所示。,1. 误差分析,二
16、、电磁式电压互感器的测量误差,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,二、电磁式电压互感器的测量误差,二、电磁式电压互感器的测量误差,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，励磁电流I0、二次负载电流I2和二次负荷的功率因数 cos2 这些运行参数有关。,二次负载电流I2增大时，fu增大，u也相应增大。,减小误差的方法：,互感器本身的构造及材料
17、：减小内阻抗：减小线圈电阻；减小匝数；选用合理的线圈结构；减小励磁电流：即选用高磁导率的材料。互感器的运行工况：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二次负荷功率因数应保证在额定功率因数0.8范围内；一次侧电压的大小，一般变化不大。,三、 准确级和额定容量,1.电压互感器的准确级 是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时误差的最大限值。 2. 额定容量 对应于每个准确级，每台电压互感器规定一个额定容量。 在功率因数为0.8(滞后)时，额定容量标准值为10、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500V
18、A。,四、铁磁谐振及危害,当电力系统操作或其它暂态过程引起互感器暂态饱和而感抗降低时，与电力网中的分布电容或杂散电容在一定条件下可能形成铁磁谐振。铁磁谐振产生的过电流或高电压可能造成互感器损坏。特别是低频谐振时，互感器相应的励磁阻抗大为降低而导致铁心深度饱和，励磁电流急剧增大，高达额定值的数十倍至百倍以上，从而严重损坏互感器。,四、对铁磁谐振的防谐措施,在中性点不接地系统中： 1）在电压互感器开口三角或互感器中性点与地之间接入专用的消谐器； 2）选用三相防谐振电压互感器 3）增加对地电容破坏谐振条件 在中性点直接接地系统中： 采用人为破坏谐振条件,五、电磁式电压互感器分类,(1)按安装地点分为
19、户内式和户外式。(2)按相数分为单相式和三相式。 (3)按线圈数可分为双线圈和三线圈。(4)按绝缘结构可分为干式、浇注式、充气式和油浸式。,220kV串级式电压互感器的原理接线图,互感器由两个铁心组成，一次绕组分成匝数相等的四个部分，分别套在两个铁心上、下铁柱上，按磁通相加方向顺序串联，接在相与地之间。每一单元线圈中心与铁心相连。二次绕组绕在末级铁心的下铁柱上。,220kV串级式电压互感器的原理接线图,当二次绕组开路时，线圈电位均匀分布，线圈边缘线匝对铁心的电位差为Uxg/4（Uxg 为相对地电压）。因此，线圈边缘线匝对铁心的绝缘只需按Uxg/4设计，而普通结构的则需按Uxg设计。至于铁心对铁
20、心、铁心对外壳之间有电位差，虽然需要绝缘，但比较容易解决。串级式结构可以大量节约绝缘材料和降低造价。,220kV串级式电压互感器中连耦线圈的作用,当二次接通负荷后，由于二次负荷电流的去磁作用，使末级铁心内的磁通小于其它铁芯内磁通，从而使各单元感抗不等，电压分布不均，准确度会降低。为了避免这一现象，在两铁心相邻的铁柱上绕有匝数相等的连耦绕组(绕向相同，反向对接)。这样，当某一单元的磁通变动时，连耦线圈内出现电流，该电流使磁通较大的铁心去磁，而使磁通较小的铁心增磁，达到各级铁心内磁通大致相等，各元件线圈电压均匀分布的目的。,在同一铁心的上、下铁柱上，还设有平衡绕组(绕向相同，反相对接)，其作用与连
21、耦线圈相似，借助平衡线圈内电流，使两柱上的磁势得到平衡。,六、电容式电压互感器的特点,供11OkV级及以上中性点直接接地系统测量电压之用 。优点：（1）除作为电压互感器用外，还可将其分压电容兼做高频载波通讯的耦合电容；（2）电容分压式电压互感器的冲击绝缘强度比电磁式电压互感器高；（3）体积小，重量轻，成本低； （4）在高压配电装置中占地面积很小。缺点： 误差特性和暂态特性比电磁式电压互感器差，输出容量较小。,电容分压式电压互感器（CCVT） 工作原理,UC2= =KU1其中：K分压比， K= ； U1装置的相对地电压,改变C1和C2的比值，可得到不同的分压比。,电容分压互感器的工作原理图,利用
22、补偿电抗减小测量误差的原理,电容分压器简化成的含源一端口网络如图所示。内阻抗Z1为电源短路后，自a和b两点所测得的入端阻抗。其大小为： Z1= 当接通负荷后，负荷电流将在Z1上产生压降，使Uc2降低。,在a和b回路中加入一电感L,则内阻抗变为： 当输出电压Uc2与负荷无关。,利用补偿电抗减小测量误差的原理,电容分压式电压互感器的原理接线图,原理接线图中各元件的作用,L补偿电抗，可补偿电容分压器的内阻抗 。TV 中间变压器，将测量仪表经中间变压器TV后与分压器连接，减小分压器的输出电流以减少误差。rd阻尼电阻，在TV付边单独设置一只线圈，接入阻尼电阻rd，用以抑制铁磁谐振过电压。,CK 补偿电容
23、器，用来补偿电磁式电压互感器TV的磁化电流和副边负荷电流的无功分量，亦能减小测量装置的误差。P1放电间隙，用以保护TV的原绕组和补偿电抗器L，防止因受二次侧短路所产生的过电压而造成的损坏。,原理接线图中各元件的作用,八、电磁式和电容式电压互感器的接线,1. 单相电压互感器：测量任意两相之间的线电压。,2.两只单相电压互感器接成不完全星形接线(VV形）,测量线电压，不能测量相电压。这种接线广泛用于小接地短路电流系统中。,八、电磁式和电容式电压互感器的接线,3.三只单相三绕组电压互感器接成星形接线，且原绕组中性点接地,线电压和相对地电压都可测量。在小接地电流系统中，可用来监视电网对地绝缘的状况。,
24、八、电磁式和电容式电压互感器的接线,4.三相三柱式电压互感器的接线,可用来测量线电压。不许用来测量相对地的电压，即不能用来监视电网对地绝缘，因此它的原绕组没有引出的中性点。,八、电磁式和电容式电压互感器的接线,5.三相五柱式电压互感器,测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护 。其一次线圈及主二次线圈均接成星形，附加二次线圈接成开口三角形。接成星形的二次线圈供电给绝缘监察用的电压表，保护及测量仪表；接成开口三角形的二次线圈供电给绝缘监察继电器。正常情况下，系统三相电压对称，三相电压之和为零，开口三角两端电压接近于零，电压继电器不动作。当发生单相接地故障时，开口三
25、角两端出现零序电压，电压继电器动作，发出预告信号。,八、电磁式和电容式电压互感器的接线,6.电容式电压互感器的接线,测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护适用于110500kV的中性点直接接地电网中。,八、电磁式和电容式电压互感器的接线,1.电压互感器的电源侧要有隔离开关 。2.在35kV及以下电压互感器的电源侧加装高压熔断器进行短路保护。 3.电压互感器的负载侧也应加装熔断器，用来保护过负荷。 4.6OkV及以上的电压互感器，其电源侧可不装设高压熔断器。 5.三相三柱式电压互感器不能用来进行交流电网的绝缘监察。 6.电压互感器副边的保护接地点不许设在副边熔断
26、器的后边，必须设在副边熔断器的前边。 7.凡需在副边连接交流电网绝缘监视装置的电压互感器，其一次侧中性点必须接地，否则无法进行绝缘监察。,对电压互感器接线的要求,第四节 电子式互感器,电子式互感器概述电子式电流互感器电子式电压互感器组合式电子电流/电压互感器,主要内容,一、 电子式互感器概述,1.电子式互感器与传统电磁式互感器的分别,随着电力传输容量的不断增长和电网电压的提高，传统电磁式互感器已暴露出许多缺点，主要包括： （1）电压等级越高，其制造工艺越复杂，可靠性越差，造价越高； （2）带导磁体的铁芯易产生磁饱和和铁磁谐振，且有动态范围小、使用 频带窄等缺陷。,一、 电子式互感器概述,1.电
27、子式互感器与传统电磁式互感器的分别,电子式互感器具有传统电磁式互感器的全部功能。除原理、结构不同外，电子式互感器还具有传统电磁式互感器不可比拟的优点，主要 表现在： （1）消除了磁饱和现象； （2）对电力系统故障响应快； （3）消除了铁磁谐振，抗干扰能力强； （4）优良的绝缘性能； （5）适应电力计量与保护数字化的发展； （6）动态范围大； （7）频率响应范围宽；,一、 电子式互感器概述,2.电子式互感器的分类,电子式互感器,一、 电子式互感器概述,3.电子式互感器的通用结构,电子式互感器由一次部分、二次部分和传输系统构成，其通用结构如图所示。,一、 电子式互感器概述,4.电子式互感器的数字接
28、口框图,电子式互感器的数字输出一般是经合并单元将多个传感器的采样量合并变为数字量输出的。,二、 电子式电流互感器,1.光学电流互感器,磁光电流互感器, 法拉第磁光效应,法拉第磁光效应的基本原理：当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面就会线性地随着平行于光线方向的磁场大小发生旋转 。,通过测量通流导体周围线偏振光偏振面的变化，就可以间接测量出导体中的电流值。,二、 电子式电流互感器,1.光学电流互感器, 磁光电流互感器的原理,磁光电流互感器由光学传感头、光路部分（光源、光纤准直透镜、起偏器、检偏器、耦合透镜和传输系统、光纤合成绝缘子等）、检测系统、信号处理系统等组成。,二、
29、电子式电流互感器,2.有源型电子式电流互感器,有源型电子式电流互感器的原理图如图所示。由低功率铁芯线圈、空心线圈、高压侧信号调制电路、高压侧供电电源、光纤复合绝缘子与光纤传输系统等组成。,三、 电子式电压互感器,1.基于电光效应的电子式电压互感器,测量光的折射率通常是通过干涉法进行间接测量。测量装置主要由传感头、信号传输光纤和测量系统组成。,三、 电子式电压互感器,2.基于逆压电效应的电子式电压互感器,当交流电压施加在晶体上时，引起晶体的交变形变，这种形变由椭圆形双模光纤感知，从而调制光纤中两个传导模式间相位差，利用零差相位跟踪技术，测量相位调制量，可得被测电压的大小和相位。,四、 组合式电子
30、电流/电压互感器,组合式电子电流/电压互感器的构成,组合式电子电流/电压互感器一般由三个主要部分构成：（1）绝缘支柱（2）光学电压互感器和光学电流互感器（3）光电变换及信号处理电路,本章小结,1.概述:互感器的原理接线(A)。 2.电磁式电流互感器:电磁式电流互感器的工作原理、测量误差、准确级与额定二次负荷(B)、分类、结构(C)、接线(A)。3.电磁式和电容分压式电压互感器:电磁式电流互感器的工作原理、测量误差、准确级与额定容量(B)、铁磁谐振及防谐措施、分类、结构(C)、接线(A)、电容分压式电压互感器(C)。 4.光电式互感器:光电式互感器的一般结构、光电式电流互感器与电压互感器(C）。【教学重点和难点】电磁式互感器的作用、工作原理、常用接线及使用注意事项。,
