东北农大变电工程设计课件第3章 互感器

第3章互感器互感器作用及工作原理电压互感器和电流互感器的连接互感器是电力系统中供测量和保护的重要设备，也是电力系统中一次系统和二次系统之间的联络元件。它可以将高电压、大电流转变成低电压（100V、50V等）和小电流（5、1或0.5A），分别为测量仪表、保护装置和控制装置提供电压或电流信号，反应电气设备的正常运行和故障情况。无论大、中、小变电站都离不开互感器，互感器分为电压互感器和电流互感器。一、互感器的种类和作用互感器是电力系统中一次系统和二次系统之间的联络元件，用以变换电压或电流，分别为测量仪表、保护装置和控制装置提供电压或电流信号，反映电气设备的正常运行和故障情况，分为电压互感器（TV）和电流互感器（TA）。互感器的作用体现在以下几个方面：（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值。，二次设备的绝缘水平可按低压设计，使测量仪表和继电保护装置标准化、小型化，结构轻巧、价格便宜。一、互感器的种类和作用（2）所有二次设备可用低电压、小电流的控制电缆来连接，使配电屏内布线简单、安装方便；便于集中管理，可以实现远距离控制和测量。（3）二次回路不受一次回路的限制，接线灵活方便。对二次设备进行维护、调换以及调整试验时，不需中断一次系统的运行。一、互感器的种类和作用（4）使一次设备和二次设备实电气隔离。使二次设备和工作人员与高电压部分隔离，保证了设备和人身安全。二次设备出现故障也不会影响到一次侧，提高了一次系统和二次系统的安全性和可靠性。（5）取得零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。一、互感器的种类和作用二、电磁式电流互感器的工作原理电流互感器的一次绕组串联于被测量电路内，二次绕组与二次回路串联。当一次侧流过电流I1时，在铁芯中产生交变磁通，此磁通穿过二次绕组，产生电动势，在二次回路中产生电流I2。磁势平衡方程为：102211NININI忽略很小的励磁安匝：2211NINI只考虑电流数值得：2211NININN电流互感器的额定电流比Ki：2121/1/2/IINNIIKNNi二、电磁式电流互感器的工作原理三、电磁式电压互感器的工作原理电磁式电压互感器一次绕组与一次被测电力网并联，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈并联。电磁式电压互感器二次电压U2近似与一次电压U1成正比，测出二次电压，便可确定一次电压。在被测电网的相和地之间接有主电容C1和分压电容C2，Z2为继电器、仪表等电压线圈阻抗。电容式电压互感器实质上是一个电容串接的分压器，被测电网的电压在电容C1、C2上按反比分压。1.分压原理12111c2UkCCUCUU2211CCCk分压比三、电磁式电压互感器的工作原理主要由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及载波装置、防护间隙等组成。2.原理结构三、电磁式电压互感器的工作原理电流互感器中的电流误差及角误差（a）等值电路（b）相量图电流互感器的等值电路及相量图如图所示:电流互感器中的电流误差及角误差图中以二次电流为基准，画在第一象限水平轴上，即初相角为。二次电压超前二次负荷功率因数角，超前二次总阻抗角。铁芯磁通超前90°。励磁磁势对超前铁芯损耗角。根据磁势平衡原理和相量图可知，一次侧通过的实际电流与二次电流测量值乘以额定互感比以后所得的值在数值和相位上都有差异，即有测量误差。'2I02'2E'2I'2U'2E'01IN'2E这是由于电流互感器存在励磁损耗和磁饱和等而引起的。这种误差通常用电流误差和角误差（相对误差）来表示，其定义为：电流误差为二次电流测量值乘额定互感比所得的值与实际一次电流之差，以后者的百分数表示。211I-I100%IiiKf由磁势平衡方程可知，当励磁损耗很小时，Ki=I1/I2≈Ke=N2/N1,故式可以写成()%100111122´NININIfi角误差为二次电流相量旋转180°后与一次电流相量所夹的角，并规定超前于时，角误差为正值；反之为负值。I2N2及I1N1只表示其绝对值的大小，当I1N1I2N2时，电流误差为负；反之为正。由相量图可得，I2N2-I1N1＝Ob-Od=-bd，当δi很小时，bd≈bc，考虑到1弧度≈3440分，有0111sin()100(%)iINfIN0111sincos()3440iiININ（分）根据电磁感应定律，互感电动势二次回路电压降等于，在误差不大时，，则有根据公式可得电流互感误差为112222IN()222lBNSzz012221111112()222avavavlINlHlBlINININNSzz224.44EBSfN2E122222()()2LLNIIZEZEEK21/NIIK2222()sin()100(%)222avlilfNSzz2222()sincos()3440222avliilNSzz（分）电流互感器误差因素分析电流互感器误差因素分析根据电磁感应定律，互感电动势二次回路电压降等于E2，在误差不大时，I2I1/kn，则有122222()()2LLNIIZZZZEK224.44BSNE根据公式可得电流互感器误差为122122()222lBSNIzzN电流互感器误差因素分析220121111112()222lavavavSHlBllNZZINNNIIIN电流互感器误差因素分析Z2和Z2l一互感器二次线圈的内阻抗和负荷阻抗（欧）2222()sincos()3440222avliilSzzN（分）22lavi22(ZZ)lfsin(ψα)100(%)222NSμ电流互感器误差因素分析式中H—铁芯磁场强度（安.匝/米）B—磁感应强度（韦/米2）S—铁芯截面（米2）—磁路平均长度（亨/米）—磁芯磁导率（亨/米）—工频频率（50赫兹）avL电流互感器的误差主要由励磁损耗和磁饱和等因素而引起。励磁损耗的大小直接影响着误差的大小，而励磁损耗又主要由互感器的结构参数决定。电流互感器误差因素分析1．一次电流的影响电流互感器误差因素分析一次电流I1与互感电势E2和磁感应强度B成正比，而且还与磁导率μ及铁芯损耗角有关。铁芯损耗角随磁场强度的大小而变化。1．一次电流的影响电流互感器误差因素分析铁芯的磁场强度越大，铁芯损耗角就越大。当一次电流I1减小，μ值将逐渐下降，由于磁导率下降励磁损耗增大，故误差fi和δi随I1减小而增大，但由于励磁损耗角随磁场强度H减小而减小，故δi比fi增加快些。电流互感器误差因素分析当系统发生短路，一次电流为数倍于额定电流时，由于铁芯开始饱和，μ值下降，因而误差随I1增加而增大，由于铁芯损耗角也随之增大，所以其变化特性曲线fi比δi增加快些。1．一次电流的影响电流互感器误差因素分析2．二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响电流互感器误差因素分析当功率因数不变时，增加二次负荷阻抗Z2，I2减小，依磁势平衡原理，I0N1将增加，因而fi及δi增大。当二次负荷功率因数角增加时，a角增大，使fi增大，而δi减小；反之二次负荷功率因数角减小时，a角减小,fi减小，而δi增大。2．二次负荷阻抗及功率因数对误差的影响电流互感器误差因素分析3．电流互感器二次绕组开路的影响电流互感器误差因素分析后果：危及工作人员的人身安全和仪表、继电器的绝缘；磁感应强度骤增使铁芯损耗增加、引起过热使铁芯和绕组都有被损坏的危险；在铁芯中还会产生剩磁使互感器误差增大。电流互感器误差因素分析当电流互感器需要在运行中拆除二次回路所连接的仪表时，必须先用导线（或者专用短路压板）将二次线圈或需拆仪表的端子短接起来，然后进行工作，用来防止二次回路开路造成严重危害。电流互感器的准确级与10%误差曲线电流互感器的准确级及10%误差曲线电流互感器根据测量时误差的大小而划分为不同的准确级，准确级是指在规定的二次负荷范围内一次电流为额定值时的最大误差限值。电流互感器的准确级电流互感器的准确级及10%误差曲线测量用电流互感器有以下准确级：0.5级、0.2级、0.1级、0.05级、0.02级、0.01级、0.005级、0.002级、0.001级和0.5S级、0.2S级、0.1S级、0.05S级、0.02S级、0.01S级、0.005S级、0.002S级、0.001S级。其中S（special）代表特殊用途的电流互感器的精度标准。电流互感器的准确级准确级次一次电流为额定电流的百分数（％）误差极限二次负荷变化范围电流误差（±％）角误差（±＇）0.2100.520（0.25～1）S2e200.3515100～1200.2100.510160200.7545100～1200.5301102120201.590100～200160350～1203.0不规定（0.5～1）S2e1050～12010B1003不规定S2e100n①－电流互感器的准确级和误差极限电流互感器的准确级及10%误差曲线电流互感器保护级与测量级的准确级要求有所不同，对于测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确度，而保护级电流互感器主要是在系统短路时工作，一般只要求3～10级，但是对在可能出现的短路电流范围内，则要求互感器最大误差限值不得超过-10%。电流互感器的准确级电流互感器的准确级及10%误差曲线同一台电流互感器使用在不同的准确度级时，规定有相应的额定容量。当电流互感器使用于向收费用电度表供电时，应控制二次负载阻抗数值范围，否则会降低准确度级，使测量的电能数不准确。电流互感器的准确级电流互感器的准确级及10%误差曲线当电流互感器所通过的短路电流为一次额定电流的n倍时，其误差达到-10%，n称为10%倍数，而10%倍数与互感器二次允许最大负荷阻抗Z2e的关系曲线n=f（Z2e）便叫做电流互感器的10%误差曲线。通常，10%误差曲线由制造厂家提供，只要电流互感器实际二次负荷不超过按最大一次电流倍数从曲线上查出的Z2e值，就保证了误差不超过-10%。电流互感器10%误差曲线电流互感器10%误差曲线电流互感器分类及接线按照用途电流互感器一般可分为保护用电流互感器和计量用电流互感器两种。保护用电流互感器又可分为:P（protection，保护）类TP（transientprotection，暂态保护）类。按安装地点可分为户内式和户外式。20kV及以下制成户内式；35kV及以上多制成户外式。电流互感器的分类电流互感器分类及接线按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管；支持式则安装在平面或支柱上；装入式是套在35kV及以上变压器或多油断路器油箱内的套管上，故也称为套管式。电流互感器的分类电流互感器分类及接线按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等。干式用绝缘胶浸渍，适用于低压户内型电流互感器；浇注式利用环氧树脂作绝缘，目前仅用于35kV及以下的电流互感器；油浸式多为户外型。按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式。电流互感器的分类电流互感器的分类1.干式和浇注绝缘互感器干式互感器适用于户内、低电压的互感器。浇注式互感器广泛用于10～20kV级电流互感器。如图：浇注绝缘电流互感器结构(多匝贯穿式)电流互感器的分类（2）LMZ1-10、LMZD1-10型环氧树脂浇注绝缘单匝母线式电流互感器电流互感器的分类（3）LFZB-10型环氧树脂浇注绝缘有保护级复匝式电流互感器电流互感器的分类（4）LQZ-35型环氧树脂浇注绝缘线圈式电流互感器电流互感器的分类2.油浸式电流互感器U字形电容绝缘原理结构图吊环行绕组结构图电流互感器的分类2、油浸式电流互感器（1）LCW-110型户外油浸式瓷绝缘电流互感器电流互感器的分类2、油浸式电流互感器（2）LCLWD3-220型户外瓷箱式电流互感器电流互感器的分类2、油浸式电流互感器（3）L-110型串级式电流互感器电流互感器的结构类型3.SF6气体绝缘电流互感器SF6电流互感器有两种结构形式，一种是与SF6组合电器（GIS）配套用的，一种是可单独