互感器讲义

[e-mail]第一讲互感器概述(一)互感器的主要作用电力系统中当电压和电流超过一定值时，电能表和其他测量仪表应经过互感器接入电路，使测量仪表及工作人员避免与高压回路直接接触，以保证安全。同时由于电流互感器二次额定电流一般规定为5A，电压互感器二次额定电压为100V，照此电流、电压值制造的仪表容易作到标准化、系列化，且可利用互感器任意扩大测量范围，仪表测量准确度也容易提高。此外，仪表的安装地点及与测量回路的连接方式可以灵活选择。因此互感器也是电能计量装置中的一个主要部分。归纳起来，互感器起了以下几个主要作用：(1)隔离高电压；(2)扩大测量表计量程；(3)统一测量表计规格。(二)互感器的分类互感器分为电流互感器和电压互感器1．电流互感器电流互感器按用途可分为测量用电流互感器和试验用电流互感器等；按其工作原理可分为电磁感应型、光电型等。一般可由铭牌了解其类型。电流互感器铭牌上的型号含义见表1表1电流互感器型号含义字母排列次序型号含义字母排列次序型号含义1L-电流互感器3C-瓷绝缘Q-气体介质K-塑料外壳式Z-浇注式绝缘G-干式2D-单匝式F-多匝式M-母线式Q-线圈式R-装入式Z-支柱式4B-有保护级J-加大容量型号举例：LQG----线圈式干式电流互感器；LMZ----母线式浇注式绝缘电流互感器；LB----有保护级的电流互感器；LMZJ----加大容量母线式浇注绝缘电流互感器；LR----装入式电流互感器(附装在断路器套管内使用)。2．电压互感器电压互感器按工作原理可分为电磁感应型、电容分压型；按装置场所可分为户内装置型、户外装置型；按绕组结构可分为双绕组型、三绕组型等。当然还可以有其他分类,一般可由铭牌了解其类型。铭牌上的型号含义见表2。表2电压互感器型号含义字母排列次序型号含义字母排列次序型号含义1J-电压互感器4B-三相带补偿绕组C-串接式带剩余电压绕组W-三绕组三相五铁芯柱结构X-带剩余电压绕组J-接地型2D-单相S三相3Z-浇注式G-干式Q-气体介质型号举例：JDG---单相干式电压互感器；JDZJ---单相浇注式接地型电压互感器；2JSB---相油浸式带补偿绕组电压互感器；JSW---三相三绕组五铁芯柱油浸式电压互感器；JDC---单相串接式带剩余电压绕组电压互感器．(三)电流互感器主要技术名词和技术规范在电流互感器的铭牌上标明了电流互感器的额定电流比、准确度等级、额定容量或额定负载、额定电压等。下面对这些技术名词分别加以介绍。l．额定电流比额定电流比KI系指一次额定电流I1n与二次额定电流I2n之比(用不约分的分数形式表示)KI=I1n/I2n所谓额定电流，就是互感器可以长期运行而不会发热损坏的电流。当负荷电流超过额定电流时，叫作过负荷。长期过负荷运行，会把电流互感器的绕组烧坏或减少绝缘寿命。按照国家标准规定，电力系统用的电流互感器一次额定电流有：5,10,15,20,30,40,50,75,100,150,200,300,400,600,800,1000,1200,1500,2000,3000,4000,5000,6000,8000,10000,15000,20000,25000A。二次额定电流为5A和lA；常用的为5A。2．准确度等级电流互感器和其他测量器具一样，也存在一定的误差。根据电流互感器在额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确度等级，国产电流互感器的准确度等级为：0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1，3，10级。0.1级以上的电流互感器，主要用于试验室精密测量，叫作标准电流互感器。0.2、0.5、1级互感器用于测量回路。3级及以下等级的电流互感器主要用于继电保护装置和控制设备(包括标有B或D级的电流互感器)DL／T448—2000《电能计量装置技术管理规程》要求电能计量装置应配置0.2(或0.2S)级、0.5(或0.5S)级电流互感器。0.2S、0.5S级电流互感器系宽量程电流互感器。JJG313--1994《测量用电流互感器检定规程》对各种电流互感器的误差限值作了明确规定．表3给出用于电能计量装置用电流互感器误差限值。表3电能计量用电流互感器误差限值准确度级别比差(±％)相位差(±′)额定电流百分值额定电流百分值1％5％20％100％120％1％5％20％100％120％0.2---0.750.350.20.2---301510100.2S0.750.350.20.20.230151010100.5---1.50.750.50.5---904530300.5S1.50.750.50.50.590453030303．额定容量电流互感器的额定容量，就是额定二次电流I2n通过二次额定负载Z2n。时所消耗的视在功率S2n,即S2n=I22nZ2n一般I2n=5A，因此S2n=25Z2n.。额定容量与额定阻抗Z2n成正比，所以，额定容量也可以用额定负载阻抗表示。按照标准规定，对于二次额定电流为5A的电流互感器，额定容量有5，10，15，20，25，30，40，50，60，80，100VA。电流互感器在使用中，二次连接线及仪表电流线圈的总阻抗，不超过铭牌上规定的额定容量且不低于1/4额定容量(额定二次电流为5A的电流互感器，其下限负荷不得低于2.5VA)时，才能保证它的准确度。4．额定电压3电流互感器额定电压，是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效值)。电流互感器的额定电压有0.5，3，6，10，35，110，220，330，500kV等几种电压形式。5．极性标志为了保证测量及校验工作的接线正确与统一，电流互感器一般都按减极性连接并标示。如图4-1-1所示。图中L1和K1或L2和K2为同名端。(1)一次绕组出线端首端标为L1，末端标为L2。当多量限一次绕组带有抽头时，首端标为L1，自第一个抽头起依次标为L2，L3等。(2)二次绕组出线端标志，首端标为K1，末端标为K2。当二次绕组带有中间抽头时，首端标为KI，自第一个抽头起以下依次标志为K2，K3等。(3)对于具有多个二次绕组的电流互感器，应分别在各个二次绕组的出线端标志“K”前加注数字，如1K1，1K2，1K3，2K1，2K2，2K3等。（四）电压互感器主要技术名词和技术规范1．绕组的额定电压一次额定电压是可以长期加在一次绕组上的电压，并在此基准下确定其各项性能。根据其接入电路的情况，一次额定电压可以是线电压，也可以是相电压。其额定值应与我国电力系统规定的“额定电压”系列相一致。我国规定接在三相系统中相与相之间的单相电压互感器二次额定电压为100V，对于接在三相系统相与地间的单相电压互感器，其二次额定电压为100/√3V。其他国家并不完全和我国一样，有的二次额定电压采用110V或者其他数值，使用时应注意。2．额定变比额定变比KU等于一次额定电压U1n与二次额定电压U2n之比，即KU=U1n/U2n3.准确度等级电压互感器的准确度等级是指电压互感器在规定的使用条件下误差的允许范围。电力系统测量用电压互感器的准确度等级有0.2,0.5,1.0,3四级。DL／T448---2000《电能计量装置技术管理规程》要求电能汁量装置应配置0.2，0.5级的电压互感器。JJG314一1994《测量用电压互感器检定规程》，对各种电压互感器的误差限值作了明确规定，表5给出了用于电能引量装置的电压互感器误差限值表5电能计量用电压互感器误差限值准确度级别比差(±％)相位差(±′)额定电流百分值额定电流百分值2050801001202050801001200.20.40.30.20.20.220151010100.5------0.50.50.5------2020204.额定负载电压互感器的额定负载也叫额定容量。该容量是按照其准确度等级制造的容量。当二次电压为额定值时，规定允许接入的负载，通常以视在功率(单位VA)表示。在额定二次负载下，电压互感器的误差应符合其准确度等级的规定。4(五)电流互感器结构电力系统上使用的电流互感器，除了进行电流比例变换外，还具有隔离高压回路的作用。结构上除一次线圈、二次线圈和铁芯外，还有绝缘介质，户内35kV以下的电流互感器，多数采用环氧树脂浇注绝缘。户外35kV以下的电流互感器多采用油纸绝缘。110kV以上电流互感器在油纸绝缘层中夹入若干金属箔片，使电场分布均匀，称为电容型绝缘．近年国外开始使用SF6体绝缘的电流互感器，它具有不爆燃的优点，不污染环境获得迅速推广。电流互感器的铁芯，通常用冷轧取向硅钢片制造。沿压延方向加工，做成卷环型或叠片式。卷环型铁芯漏磁小，有利于提高准确度，叠片式铁芯的线圈容易绕制。为了提高铁芯的初始磁导率，加工好的铁芯要进行退火处理，处理好的卷环铁芯μ一般可达2π×10-3亨每米。如果对铁芯的μ有更高的要求，可以考虑采用铁镍合金材料。经过热处理的铁镍合金卷环铁芯，μ一般能达到3π×10-2亨每米。由于铁镍合金材料的这种优良的磁性能，它常被用来制造精密电流互感器和电流比较仪。户内使用的电流互感觉器可以按安装方式区分，例如可作穿墙套管使用的LD型和LF型；可套在载流母线上的LM型和可安装在高压套管上的LR型；可作支柱绝缘子使用的LZ型和LQ型。户外使用的电流互感器多采用瓷箱式结构，属于LCW型，一次电流导线从瓷箱顶部引下，成U型或O型与二次线圈环连，后者常称为链形或8字型结构，适用于一次电流导线多于4匝的情况。（六）电压互感器的基本结构电磁式电压互感器有全绝缘结构及半绝缘结构两大类，全绝缘结构用于中性点非有效接地系统，半绝缘结构主要用于中性点接地系统。户内l0kV及35kV电压互感器多为环氧树脂浇注绝缘，以JDZJ型单相电压互感器最为常见，这类互感器分为单相浇注式(线圈单独浇注、再装上铁芯)和全浇注式(线圈和铁芯装好后一起浇注)两种。铁芯一般用单相旁轭式(或C型铁芯)，一次线圈为分段式。高压出线端用浇注套管引出，其他线圈为圆筒式．一次和二次线圈采用环氧树脂筒绝缘。户外3-35kV油浸式电压互感器的铁芯和线圈放置在盛有变压器油的箱体内，有单相式和三相式两种。一次线圈分为两段，高压出线端子用瓷套管引出。6-l5kV电压互感器一般没有膨胀器，油箱内油面离顶盖10—15mm，35kV电压互感器由于油量多，装有橡胶膜膨胀器。国产110kV电磁式电压互感器一般采用瓷箱式结构，如图7—2—3所示．瓷箱既起高压出线套管的作用，又代替油箱。一次线圈采用串级式宝塔形结构。整个一次线圈由匝数相等的两部分制成，分别套在两个铁芯柱上，两者互相串联并有平衡绕组。正常运行时，每柱线圈对铁芯的电位差只有互感器工作电压的一半，与铁芯电位差越大的部分，离铁芯越远。这样对绝缘有利，铁芯与地的电位差也是工作电压的一半。国产220kV电磁式电压互感器一般由两台串级式110kV电压互感器串级组成。两组110kV电压互感器的铁芯线圈安装在同一个5绝缘支架上，装入同一个瓷箱之中。瓷箱式结构装有大量的变压器油，因此110kV和220kV电压互感器都设计有金属波纹管式或盒式膨胀器，可以实现全密封，避免油质劣化．另一种全密封方式是用氯气作膨胀介质，器身需要承受较大的压力。国外已开始使用的SF6气体电压互感器，一般是单线圈结构，体积小，长期运行不需维护，而且励磁电流为电容性，不容易与线路电容发生谐振，具有推广的前景。110kV以上电力系统也采用电容式电压互感器，它根据电容分压器原理制成。电容电流一般取0.1-1A，中间电压为10-20kV。原理电路见图7-2-4。电容式电压互感器的高压臂电容器在电力线路中还可以兼作载波通讯耦合电容器。电容式电压互感器设计有抑制二次回路谐振的线路，通过在二次电压回路接入放电间隙Pl和P2以及在中间互感器T二次侧接入速饱和电抗器或调谐式电阻阻尼电路，使谐振能量迅速消耗掉。图7-2-4中的电抗线圈L以及中间互感器的二次线圈漏电与高低压电容器有串联谐振关系，因此电容式互感器的误差受频率的影响很严重。6第二讲电流互感器的原理与其误差特性电流互感器结构示意图4-l-5。当一次线圈接入