测量用互感器

本章重点讲述测量用互感器，即电流互感器和电压互感器的结构、工作原理以及误差特性，并介绍了电流互感器和电压互感器的接线方式以及在使用中的注意事项等。对二次导线有源压降补偿的原理和使用以及电压断相计时仪的接线和使用作为选修内容进行了讲述。概述第四章测量用互感器互感器（是一种特殊的变压器）的主要作用：(1)扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围，将高电压、大电流变为低电压(100V)、小电流(5A、也有1A、0.5A)。(3)使仪表制造设计标准化(按互感器二次侧参数)(4)可取零序电流、电压分量供继电保护装置以监视接地及绝缘故障。(2)可以与主电路绝缘，隔离测量二次回路与一次回路高电压和大电流，以保证测量工作人员和仪表设备的安全。测量用互感器一、互感器的用途互感器主要用于扩大交流电流表、电压表、功率表和电能表的量程，而且具有如下特点1.隔离高压。2.降低表耗。3.节省设备投资。4.可统一使用5A、100V的标准表芯，配上不同的互感器，可组成各种不同量程的电压、电流表。高压部分低压部分工作原理电压互感器相当于空载变压器，与电压表并联用。被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比。注意！电压互感器二次绕组不许短路。电流互感器相当于短路的变压器，与电流表串联用。被测电流等于接在二次绕组的电流表读数乘以电流互感器电流变比。注意！电流互感器二次绕组不许开路。212121NNEEUUKU1221NNIIKI第四章测量用互感器第一节电流互感器第二节电压互感器第三节二次导线有源压降补偿的原理和应用电压断相计时仪的接线和使用第一节电流互感器又称变流器，符号TA（旧CT/LH）电流互感器由两个绕制在闭合铁芯上、彼此绝缘的绕组所组成。工作时，一次绕组与被测电路串联，二次绕组与仪表、继电器的电流线圈相串联，形成一个回路。由于这些电流线圈的内阻很小，因此电流互感器的二次侧接近于短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A,也有1A和0.5A的。图4-1电流互感器原理结构图和接线图（a）原理结构图（b）接线图钳式电流表是电流互感器和电流表的组合，可以在不断开交流电路，并在设备仍运行的条件下，测量交流电流。外型内部结构示意例：用钳形电流表确定某用户电流互感器的倍率，现场测得一次侧电流为192A，二次侧电流为3.2A倍率是多少？TA变比是多少？解：TA倍率为602.3192II21K因为二次额定电流为5A，所以一次额定电流I1‘=60x5=300A即电流互感器的变比为300/5.4.1电流互感器（1）按用途分：1）测量用电流互感器：测量电流、功率和电能等2）保护用电流互感器：继电保护等3）控制用电流互感器：自动控制等1、电流互感器分类：常用五种分类方法又称变流器，符号TA（旧CT/LH）（2）据一次绕组匝数分：单匝式电流互感器和多匝式电流互感器单匝式又分为贯穿型电流互感器和母线型电流互感器两种贯穿型互感器：本身装有单根铜管或铜杆作为一次绕组母线型互感器：本身未装一次绕组，而是在铁芯中留出一次绕组穿越的空隙，施工时以母线穿过空隙作为一次绕组多适用于：油断路器和变压器套装入管（3）据装置使用场所分：户内型电流互感器20kV以下制成户内式。户外型电流互感器；35kV及以上多制成户外式便携式电流互感器等。便携式电流互感器（4）据绝缘结构及绝缘材料不同分：干式电流互感器固体浇注式电流互感器油浸式电流互感器气体绝缘式电流互感器等1）干式电流互感器1)用绝缘胶浸渍，多用于低压电路，2)适用于作户内型。3)主要由铁芯，一、二次线圈组成。2）固体浇注式电流互感器固体浇注式电流互感器：1)主要由铁芯，一、二次绕组及环氧树脂浇注而成2)多用于10－35KV电压等级，尤用于10KV及以下配电装置一次端子二次端子如：LQJ－10型环氧树脂浇注TA3）油浸式电流互感器a.多为户外型b.多数为全密封装置以防绝缘受潮c.可据电流大小的需要将一二次线圈做成串并联d.因变比不同需要可将二次线圈做成几个抽头。箱体瓷套管放油阀油浸式TA主要结构铁芯，一、二次线圈瓷套管箱体油位表放油阀（5）按制造时机械结构的不同分：线圈式电流互感器穿心式电流互感器套管式电流互感器1）线圈式电流互感器如：LFC－10型TA1—铭牌；2—一次母线穿孔；3—铁芯；4—安装板；5—二次接线端子LMZJ1型电流互感器母线式、浇注绝缘、加大容量2）穿心式电流互感器——一般用于大电流电路中，即一次线圈利用母排穿入互感器铁芯的绝缘体中间，铁芯上绕有二次线圈并外包绝缘如：LMC－10母线型穿墙式TA母排3）套管式电流互感器——多用于35KV多油开关及电力变压器，将一个绕有二次线圈的铁芯套在高压套管引出线上接成如：LDC－10型TA（6）据工作原理分：电磁式电流互感器光电式电流互感器电子式电流互感器2、电流互感器的型号及准确度等级（1）电流互感器的型号如：LMZJ－0.5型电流互感器产品型号均以汉语拼音字母表示，字母含义及排列顺序见表4-l所示（2）电流互感器的准确度等级：用其在额定电流下所规定的最大允许误差的百分数来表示。准确度等级有如下系列：0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0级0.2S级、0.5S级S级与非S级的主要区别：在于对轻负载计量的准确度要求不同。如：非S级电能表在5%Ⅰb以下没有误差要求，而S级电能表在1%Ⅰb就有误差要求------为宽限量S级的电流互感器。2）用户电能计量装置通常采用0.2级和0.5级电流互感器3）对于某些特殊要求，可采用0.2S级和0.5s级的电流互感器。如希望电能表在0.05～6A之间，即额定电流5A的1％～120％之间的某一电流下能作准确测量。1）0.1级以上电流互感器——标准电流互感器。主要用于试验室进行精密测量，或者作为标准用来检验低等级的互感器，也可以与标准仪表配合，用来检验仪表。其中0.1～1的四个标准其二次负荷应在额定负荷的25％～100％间，3～5两个标准其二次负荷应在额定负荷的50％～100％间，否则准确度不能满足要求。所以对负荷范围广，准确度要求高的场合，可以采用经补偿的0.2s和O.5s电流互感器，该互感器在1％～120％负荷间均能满足准确度要求。对测量用电流互感器除了幅值准确度要求外，还有角度误差要求。一、电流互感器的工作原理电流互感器的工作原理与普通变压器的工作原理基本相同。根据磁势平衡原理可以得到：忽略铁芯中的能量损耗理想电流互感器的一次电流I1等于仪表测得的二次电流I2乘以电流互感器的额定变比。第一节电流互感器一、电流互感器的工作原理正常工作时,电流互感器的工作状态和普通变压器的区别：A)最主要的区别是电流互感器的一次电流不随二次的负载变化,它仅取决于一次电路的电压和阻抗；即当二次负载变化时，不改变其一次电流值的大小。B)电流互感器二次电路所消耗的功率随二次电路阻抗的增加而增加；C)因为接到二次电路都是些内阻很小的仪表,如电流表以及电能表的电流线圈等,所以其工作状态接近于短路状态。第一节电流互感器beZIS222二、电流互感器的误差特性（一）电流互感器的比差和角差励磁安匝不为零，一次磁势安匝数不等于二次磁势安匝数。电流互感器存在着误差。电流互感器二次绕组的感应电动势滞后铁芯中磁通约900。忽略二次绕组的漏阻抗压降，认为。二次回路负载的功率因数角为第一节电流互感器图4-2电流互感器的简化相量图二、电流互感器的误差特性二次安匝数旋转1800后（即）与一次安匝数相比较，大小不等，相位也不同，存在着两种误差，分别称之为比值误差和相角误差。比值误差简称比差，用公式表示为：第一节电流互感器NNIIII21121121K'KII额定电流比实际的电流变比实际的二次电流实际的一次电流图4-2电流互感器的简化相量图二、电流互感器的误差特性相角误差简称角差，即二次安匝数旋转1800后（即）与一次安匝数之间的相位差，用表示，通常用“‘”(分)作为计量单位。电流互感器的比差和角差不仅与励磁电流有关，还与负载功率因数损耗角有关第一节电流互感器二、电流互感器的误差特性（二）电流互感器误差受工作条件的影响：1.一次电流的影响当电流互感器工作在小电流时，由于硅钢片磁化曲线的非线性影响，其初始的磁通密度较低，因而导磁率小，引起的误差增大。所以在选择电流互感器容量时，不能选得过大，以避免在小电流下运行。电流互感器误差与一次电流百分数的关系，称为电流特性。第一节电流互感器电流特性2.二次负载Zb的影响二次负载阻抗Zb增加时，由于一次电流I1不变，并假设负载功率因数不变，则二次电流I2减小。故比差及角差增大第一节电流互感器二次负载特性负载功率因数特性二、电流互感器的误差特性3.电源频率的影响频率降低时，将使减小，影响误差。电流互感器误差与频率的关系如图。频率降低时，比差减小：角差增大第一节电流互感器频率特性二、电流互感器的误差特性二、电流互感器的误差特性第一节电流互感器表4-1电流互感器的误差特性相对与额定值的变化变比误差相角误差电流特性一次电流减小时-+负载特性负载减小时+-负载功率因数特性负载功率因数向迟后变化--电源频率变化频率降低时-+剩磁影响去磁时+-注:表中“+”号表示向正的方向变化;“-”号表示向负的方向变化。三、电流互感器误差的补偿方法为了减小误差，提高电流互感器测量的准确度，最有效的方法是尽可能的减小励磁电流I10。I10的大小取决于铁芯的材质、尺寸、线圈匝数以及二次负载的特性和大小。铁芯的导磁率越高，铁芯损耗越小，则励磁电流越小。缩短导磁体的长度，并增大铁芯的截面积，使磁阻减小，也能减小励磁电流。三种人工调节误差的方法：匝数补偿法二次绕组并联附加阻抗元件附加磁场第一节电流互感器三、电流互感器误差的补偿方法1.匝数补偿法改变二次绕组匝数，就可以改变电流互感器的电流变比。如将二次绕组匝数减少，使二次电流相应增大，补偿了励磁电流引起的负的比差。第一节电流互感器由于电流互感器往往要求补偿的比差不大，增加一匝时，比差调整范围太大，可采用分数匝补偿。图4-4分数匝补偿法1221NNIIK三、电流互感器误差的补偿方法2.二次绕组并联附加阻抗元件改变电流互感器的负载，就改变了二次电流I2的大小和相位的关系，就可以改变电流互感器的误差。第一节电流互感器图4-5电流互感器二次并联附加阻抗（a）接线原理图（b）并联一般阻抗（c）并联电容元件（d）并联电感元件附加阻抗三、电流互感器误差的补偿方法3.附加磁场采用附加磁场法，人为地使铁芯磁化到相当于最大导磁率的程度。这时若要产生一定的磁通，励磁安匝数就可以相对减小，从而使误差降低。第一节电流互感器图4-6圆环磁分路补偿原理线路I-为主铁芯II-磁分路使主铁芯的部分磁通转移到磁分路中四、电流互感器的接线方式第一节电流互感器二相星形（V形）接线三相星形（Y形）接线广泛应用于三相负载平衡或不平衡电路主要用于重要线路及380V、220V多用于三相四线制电路不允许断开公共接线，否则影响计量精度(因为零序电流没有通路)五、电流互感器的选择和正确使用第一节电流互感器一、电流互感器的选择1.额定电压选择Ux≤UNUx—电流互感器安装处的工作电压UN—电流互感器的额定电压2.额定变比的选择长期通过电流互感器的最大工作电流应小于或等于互感器一次额定电流，最好使电流互感器在额定电流附近运行。——只说明TA的绝缘强度，与TA额定容量无关是指电流互感器一次绕组能长期承受的最大电压（有效值），是电流互感器的一次绕组对二次绕组和对地的绝缘电压，应不低于所接线路额定相电压。五、电流互感器的选择和正确使用3.准确度等级的选择依据电流互感器在额定工作条件下所产生的比值误差，规定了准确度等级。装设在线路、变压器、发电厂的电能表、用户计费电能表及所有测量仪表，一般均应选择准确度等级不低于0.5级的电流互感器。对于计量发电机发出的电能及用电量大的用户，应采用准确度不低于0.2级的电流互感器。0.1级以上的电流互感器，主要用于实验室进行精密的测量或者作为