互感器原理.ppt

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1、互感器的原理与应用互感器的原理与应用 为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量.但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备,而需要将一次系统的高电压和大电流按比例变换成低电压和小电流,供给测量仪表和保护装置使用.执行这些变换任务的设备,最常见的就是我们通常所说的互感器.进行电压转换的是电压互感器(voltagetransformer),简称为PT.而进行电流转换的互感器为电流互感器(currenttransformer),简称为CT. 1.1、互感器的发展概况自1876年，俄罗斯科学家亚布洛其可夫研制了第一台变压器以来，人们就一直探索发明电压互感器和电流互感器，

2、其目的是为了测量高电压和大电流。第一台电压互感器诞生于1881年，随后，1885年出现了电流互感器。从此，人们在缩小互感器体积和提高测量准确度上下功夫。1953年 ，沈阳变压器厂翻译了苏联图纸，建立起仿苏的产品系列并开始试制。并于1956年试制成功仿苏220kY油浸绝缘电压互感器，1958年试制成功仿苏220kY油浸绝缘电流互感器。自此，中国已可以制造05kV220kV各种规格的电流互感器和电压互感器并形成了系列。 1958年后开始在仿制产品的基础上自行设计。 1970年后，我国互感器的整体技术水平有了更大的提高，品种日益增加。沈阳变压器厂先后又试制成功330kV和500kV油纸绝缘电流互感器

3、。西安电力电容器厂也试制成功500kV电容式电压互感器。 至此，我国已制造了05kV500kV电压等级的各种规格电流、电压互感器，最大电流达25000A，并形成了比较完整的系列。 1.1、互感器的发展概况为了进一步提高互感器技术水平，多个互感器厂家先后从国外引进油浸绝缘和浇注绝缘互感器制造技术。引进的SF6气体绝缘电流互感器及油浸绝缘电流互感器都是国际上最新、最先进的倒置式结构。 2002年按IEC新标准对互感器标准进行了修改并采用了新的标准号IEC60044-1电流互感器和IEC60044-2电压互感器。目前，上海MWB互感器有限公司通过引进国外技术也已掌握了设计、制造保证暂态特性的电流互感

4、器的技术，并能设计、制造发电机保护用保证暂态特性的大电流互感器。1997年我国颁布实施了等同采用IEC44-6：1992标准的国家标准GBl6847-1997保护用电流互感器暂态特性技术要求。当前，国际上正在开发新型原理、结构的低阻抗互感器（即LOP0），其结构简单、产品体积小、性能稳定、造价低廉，可望在不久的将来会成为互感器新的品种，也会对电力系统的发展起到一定的推动作用。 1.2、互感器概述1、互感器是一种特殊的变压器，它被广泛应用于供电系统中向测量仪表和继电器的电压线圈或电流线圈供电。2、互感器的作用 （1）将一次回路的高电压和大电流变换成二次回路标准的低电压（100V线电压或 V相电压

5、）和小电流（5A或1A）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，且便于屏内安装。 （2）隔离高压电路。互感器一次侧和二次侧没有电的联系，只有磁的耦合。使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。3100电压互感器2.1电压互感器结构及原理 电压互感器是将一次侧的大电压，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电压为100V或 V的变换设备。1、电压互感器的结构 常用的电压互感器有电磁式和电容式两种。在计量装置中，使用最多的是电磁式电压互感器。31002.1电压互感器结构及原理2、电压互感器的原理 电压互感器和电力变压器的工作原理基本一样

6、，都是电磁感应原理，电压互感器可以看做是一台二次绕组近似开路的降压变压器。2.1电压互感器结构及原理2.1电压互感器结构及原理由基尔霍夫电压定律知电动势平衡方程为：代入 则：其中： 一次绕组的漏阻抗。 接于二次回路中的电能表等仪表的阻抗10111rIEEU101xI jE101101011ZIErIxI jEU111jxrZ222222222222)ZIEjxrIErIEEU（LZIU22LZ2.1电压互感器结构及原理式中 互感器的励磁阻抗； 励磁电阻，是对应于铁芯损耗的等效电阻，该电阻上消耗的有功能量等于铁耗； 一一励磁电抗，该电抗上消耗的无功能量等于建立主磁场需要的无功。)(001mmmj

7、xrIZIEmmmjxrZmrmx2.1电压互感器结构及原理3、电磁式电压互感器等值电路 为便于分析，将二次侧参数折算到一次侧，折算前后磁动势平衡、有功功率和无功功率的输入、输出及损耗等均保持不变。 2.1电压互感器结构及原理 折算方法如下 ：（1）根据折算前后二次侧磁动势不变的原则，可得：（2）由于折算前后主磁通不变，根据电动势与匝数成正比的关系，可得：（3）根据折算前后二次侧的铜耗不变，得：2122ININkIINNI2212222212EkENNE222222rIrI2222222)(rkrIIr2.1电压互感器结构及原理（4）根据折算前后二次侧漏磁场无功损耗不变，得：二次漏阻抗的折算值

8、（5）根据折算前后二次侧输出有、无功功率不变，得：（6）根据折算前后二次侧负载消耗有、无功功率不变，得：222222xIxI2222222)(xkxIIx22222222)(Zkjxrkx jrZ2222IUIU22222UkUIIULLLLLLZkjxrkx jrZ22)(2.1电压互感器结构及原理折算之后，可将电压互感器等效电路简化为T型等效电路2.1电压互感器结构及原理4、电压互感器的变比5、相量图212121NNEEUUKU2.1电压互感器结构及原理6、电压互感器的特点及注意事项（1）容量很小，类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高的安全系数。（2）使用前应进行试验检查，按要求相序进

9、行接线，防止接错极性。（3）电压互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很大，正常情况下，电压互感器在近于空载的状态下运行。（4）电压互感器二次侧必须有一点接地，防止一、二次侧击穿时，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。（5）运行中，二次侧严禁短路。在正常工作时，其二次侧的电流很小，近于开路状态，当二次侧短路时，其电流很大（二次侧阻抗很小）将烧毁设备。2.2电压互感器的误差1、变比误差（比差） 变比误差为二次电压的测量值 与额定互感比 的乘积与实际一次电压 之差，以百分数表示；2、相位差（角差） 相位差为旋转180的二次电压相量 与一次电压相量 之间的夹角 ，并规定 超前于 时相位差 为正，反之为

10、负。 电压互感器的误差与二次负载、功率因数和一次电压等运行参数有关。%100112UUUKfuu1U2UuK1。Uu2U1Uu2U2.2电压互感器的误差3、电压互感器误差的主要影响因素（1）二次负载对误差的影响（2）一次电压对误差的影响（3）二次导线压降对计量的影响（4）提高电压互感器的准确度铁芯选用导磁率较高的材料适当增加绕组截面减小电阻绕组装配尽量紧凑，均匀，以减少漏抗。 以上几点措施会增加制造成本。此外，还可以采取以下几种误差补偿方法：1）匝数补偿法：一次绕组少绕几匝或者二次绕组多绕几匝2）附加绕组补偿法3）二次绕组并联外阻抗补偿法2.3电压互感器的铭牌及参数1、电压互感器全型号含义2.

11、3电压互感器的铭牌及参数2、电压互感器的分类1）按相数分：单相和三相两类2）按绝缘及其冷却方式分：有干式和油浸式两类3、电压互感器的主要参数1）额定一次电压2）额定二次电压电力系统常用二次电压为：100、100/ V。接于三相四限制中性点接地系统的单相互感器，其二次额定电压应为100/ V。3）额定变比K额定一次电压与额定二次电压的比值。NU1NU2332.3电压互感器的铭牌及参数4）额定二次负荷电压互感器的额定二次负荷为确定准确级次所依据的二次负荷导纳（或阻抗），额定输出电压下所输出的容量，通常以视在功率单位（VA）表示。5）准确度等级电压互感器的准确等级是以最大变比误差和相角误差来区分的，

12、在数值上就是变比误差等级的百分限值。6）额定二次负荷的功率因数电压互感器二次回路所带负荷的额定功率因数即为额定二次负荷的功率因数。2.4电压互感器的接线方式1、单相接线 该接法仅适用于测量相间电压。如果互感器一次绕组的一端接在线路上，另一端接地，互感器可测量某一相对地电压。2.4电压互感器的接线方式2、VV接线 由两个单相互感器接线成不完全星形（VV形），用来测量各相间电压，但不能测量相对地电压，它广泛应用在35kV及以下中性点不接地或经消弧线图接地的电网中，特别是10kV三相系统。2.4电压互感器的接线方式3、YY0接线 可用一台铁芯三相电压互感器，也可由三个单相互感器一、二次侧均接成Y形，

13、可供给要求线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表。2.4电压互感器的接线方式4、Y0/Y0/接线 用三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/ 接线，该接线方式其二次绕组用来测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形检测零序电压。用于3220kV系统（110kV及以上无高压熔断器），供接入交流电网络缘监视仪表和继电器用。三相五柱式电压互感器只用于315kV系统，其接线与三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/接线基本相同。电流互感器3.1电流互感器结构及原理 电流互感器是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A的变换设备。 1电流互感器的结构

14、电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器（以下简称电流互感器）。3.1电流互感器结构及原理2电流互感器的原理 电流互感器利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同，可以看成是二次短路状态下运行的变压器。3.1电流互感器结构及原理1、空载：I2=0 由F1产生 F0=F1，平衡；2、负载：I20 F2=N2I20，打破原来平衡，迫使I1发生变化。 磁势平衡方程：F0=F1+F2 式中 ，称为一次侧电流的负载分量。因为空载电流很小，可忽略不计， 故 即变压器一、二次侧电流与其绕组匝数成反比。 LIIINNIIINININ10212012211012121INNIL

15、）（）（kIINNI221213.1电流互感器结构及原理3、电流互感器一、二次电流之比称为电流互感器的额定互感比。式中 一次线圈的额定电流，A； 二次线圈的额定电流，5A。4、运行中的电流互感器与变压器相比有以下不同：（1）电流互感器的一次电流不随二次负载变化，它仅仅取决于一次电路的电压和阻抗。（2）电流互感器的二次电路的功耗随二次阻抗的增大而增加。（3）由于接在电流互感器二次回路的仪表内阻很小（如电能表的电路线圈等），因此其二次回路工作状态接近短路状态。1221NNIIKNNiNI2NI13.1电流互感器结构及原理5、电流互感器的等值电路3.1电流互感器结构及原理5、电流互感器的特点及注意事

16、项（1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；二次侧与测量仪表或继电器串接。故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关；（2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。（3）二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全；（4）接线时要注意极性。电流互感器一、二次侧的极性端子，都用字母表明极性。3.1电流互感器结构及原理（5）电流互感器正常运行中严禁二次回路开路。 原因：电流互感器正常工作时，二次回路近于短路状态，此时二次侧电流产生的二次磁势对一次磁势有去磁作用，因此合成磁动势不大，

17、合成磁通也不大，二次绕组内感应电动势数值小，最多不超过几十伏。但此时若二次回路开路，则二次去磁磁势等于零，而一次磁势保持不变，全部用来激磁，使电流互感器铁芯饱和，通过铁芯中的磁通变为平顶波，磁通过零时感应产生很高的尖顶波电动势，其值达数千甚至上万伏，危害运行人员安全和仪表继电器的绝缘。3.2电流互感器的误差 1、变比误差（比差）为二次电流的测量值乘以额定互感比后与实际一次电流之差，以百分数表示即2、相位差为旋转180的二次电流相量 与一次电流相量 之间的夹角，并规定 超前于 时，相位差 为正值；反之为负值。%100112IIIKfii2I1I2I1Ii3.2电流互感器的误差3、电流互感器误差的

18、主要原因1）一次电流的影响2）二次负荷的影响3）负荷功率因数的影响4）电流频率的影响4、电流互感器的误差补偿1）匝数补偿法2）二次绕组并联阻抗补偿法3）磁分路短路匝补偿法3.3电流互感器的铭牌及主要参数1、电流互感器全型号含义3.3电流互感器的铭牌及主要参数2、电流互感器的主要参数1）额定变流比2）二次负荷与容量电流互感器二次负荷是在保证精度等级的条件下，允许其二次所接测量仪表、导线等的阻抗总值。其值应大于或等于二次负荷阻抗的总和。电流互感器二次输出容量为额定二次电流通过额定二次负荷时所需要的视在功率。即：1221NNIIKNNiNNNZIS22223.3电流互感器的铭牌及主要参数3）额定电压

19、电流互感器的额定电压是指一次线圈长期能承受的最大工频有效值电压，通常用线电压算出，并注在型号的后面。4）准确等级电流互感器的准确等级是在额定电流下所规定的最大允许电流误差百分数的标称值。5）额定二次电流电流互感器额定输出的二次电流。6）额定二次负荷的功率因数额定工况下电流互感器二次回路所带负荷的功率因数。3.4电流互感器的接线电流互感器的接线形式指的是电流互感器与测量仪表或保护继电器之间的连接形式。1、三相完全星形接线可以准确反映三相中每一相的真实电流。该接线方式应用在大电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路和单相接地短路。3.4电流互感器的接线2、两相星形接线可以准确反映两相的真实电流

20、。该接线方式应用在610kV中性点不接地的小电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路。 互感器在主接线中的配置与测量仪表、同期点的选择、保护和自动装置的要求以及主接线的形式有关。互感器的配置4.1电流互感器的配置 （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。对于大接地短路电流系统，一般按三相配置；对于小接地短路电流系统，依具体要求按二相或三相配置。 （2）对于保护用电流互感器应尽量消除主保护装置的不保护区。例如，若有两组电流互感器，且位置允许时应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。 （3）为了减轻内部故障对

21、发电机的损伤，用于自动调整励磁装置的电流互感器应配置在发电机定子绕组的出线侧。为便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量的电流互感器宜装设在发电机中性点侧。4.2电压互感器的配置（1）母线：除分路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同期、测量仪表和保护装置。（2）线路：35kV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同期和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。（3）发电机：一般装二组电压互感器。一组（D，y接线），用于自动调整励磁装置。另一组供测量仪表、同期和保护装置使用，该互感器采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器，其开口三角形供发电机未并列之前检查接地之用。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，专供测量仪表使用。20万kW及以上发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100静子接地保护。4.2电压互感器的配置（4）变压器：变压器低压侧有时为了满足同期或保护的要求，设有一组不完全星形接线的电压互感器。 （5）新型电流互感器按高、低压部分的耦合方式，可分为无线电电磁波耦合、电容耦合和光电耦合式，其中光电式电流互感器性能更佳。新型电流互感器的特点是高低压间没有直接的电磁联系，使绝缘结构大为简化；测量过程中不需要消耗很大能量；没有饱和现象，测量范围宽，暂态响应快，准确度高；重量轻、成本低。