大学课件 发电厂电气 互感器的原理与选择

§6.3互感器的原理与选择互感器的作用①将一次侧的高电压、大电流转变成二次侧标准的低电压（100V，100/sqrt（3））、小电流（5A、1A），使测量仪表标准化、小型化。②其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。③将一次系统同二次设备（仪表、保护）隔开，以保护人身安全。互感器的类型电流互感器电磁式电流互感器电压互感器电磁式电压互感器电容式电压互感器电磁式电流互感器电容式电压互感器电磁式电压互感器一、电磁式电流互感器1.工作原理一、电磁式电流互感器1.工作原理一、电磁式电流互感器电磁式电流互感器的工作原理和变压器相似。电磁式电流互感器的特点是：一次绕组串联在电路中且匝数很少，而二次绕组匝数多。二次绕组所接负载串联且阻抗很小，类似于二次侧短路的变压器。1.工作原理一、电磁式电流互感器102211NININI可以忽略不计，则有，或若1000NII2211NINIiNkIkINNII111212/—匝数比—式中12NNkN1N2NiIkI——额定电流比1.工作原理一、电磁式电流互感器由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流在数值上和相位上都有差异，即测量结果有误差。通常用电流误差和相位误差表示。2.误差及影响因素21II与(%)100112IIIkfii电流误差：相位误差：的夹角与)(12IIi一、电磁式电流互感器—二次负荷功率因数角；—二次总阻抗角—铁芯损耗角；图中二次绕组阻抗Z2（x2′，r2′）、负荷阻抗Z2L（x2L′、r2L′）和二次侧电动势E’2、电压U’2、电流I’2的数值均是归算到一次侧的值。由于一般很小，所以，一、电磁式电流互感器___21210'sin()iIIkIIbcIi01110111sin100%sincos3440'iiiINfINININ一、电磁式电流互感器影响误差的因素：根据电磁感应定律磁动势方程和二次侧回路方程带入误差公式2.误差及影响因素电流和相位误差取决于铁心、二次绕组的结构和运行状态224.44EBSfN01/avINLB2222()LEIZZ22222222()sin100%222cos3440'222LaviLaviZZLfNSZZLNS一、电磁式电流互感器影响误差的因素：2.误差及影响因素(%)100)sin(222)(2222SNLZZfavLi)('3440)cos(222)(2222SNLZZavLi应选用高导磁材料。成反比，与、iif||)1(。，增大应减小成反比，成正比，与与、SLSLfavavii||)2(应一定。，但应增大成反比，与、12222/||)3(NNNNfii最小。定电流附近运行时误差一次电流的影响：在额)4(不变），二次负载的影响：（设11222)5(NIeZZjLLiiLfNINIZ、不变，则若||102222iiLfZ、不变，则若||22一、电磁式电流互感器影响误差的因素：2.误差及影响因素二次侧开路：)6(1110220NINIIZL饱和而变成平顶波铁心中的磁通波形严重产生很高的尖顶波，所以二次绕组将感应因为dtdNe22大小有关）及甚至上万伏（与电势，其值可达数千伏1Iki中产生剩磁）互感器特性变坏（铁心磁感应强度剧增）引起铁心和绕组过热（仪表、继电器的绝缘危及工作人员的安全和一、电磁式电流互感器准确级：根据测量时误差的大小而划分的，是指在规定的二次负载范围内，一次电流为额定值时的最大误差。测量用电流互感器有一般用途和特殊用途（S类）两类。对于工作电流变化范围较大的线路及高压、超高压电网中，推荐采用带有S类测量级二次绕组的电流互感器。3.准确级和额定容量一、电磁式电流互感器下表为测量用电流互感器在规定的二次负荷变化范围为（0.25~1）S2N时的准确级和误差限值3.准确级和额定容量准确级电流误差（±%）在下列一次额定电流（%）时相位差（±’）在下列一次额定电流（%）时1520100R1201520100R1200.2S0.5S0.751.50.350.750.20.50.20.530901545103010300.10.20.510.40.751.53.00.20.350.751.50.10.20.51.0153090180815459051030603在(50-120)%额定电流时，电流误差为±3%，相位差不作规定5在（50-120%）额定电流时，电流误差为±5%，相位差不作规定一、电磁式电流互感器准确级：保护用电流互感器的准确级。保护用电流互感器按用途可分为稳态保护用（P）和暂态保护用（TP）两类。一般情况下，继电保护动作时间相对比较长，短路电流已达到稳态，电流互感器只要满足稳态下的误差要求，这种互感器成为稳态保护用电流互感器。如果继电保护动作时间较短，短路电流尚未达到稳态，电流互感器要保证暂态误差要求，这种互感器称为暂态保护用电流互感器。3.准确级和额定容量一、电磁式电流互感器额定容量：3.准确级和额定容量S2N是指在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时，二次绕组输出的容量，S2N=I2N2Z2N。两点说明：由于二次电流为标准值，所以S2N常用Z2N表示。由于误差与二次负荷有关，所以同一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同的额定容量。一、电磁式电流互感器按安装方式分：穿墙式、支持式、装入式4.分类按绝缘方式分：干式：用绝缘胶绝缘，适用于低电压浇注式：用环氧树脂绝缘，适用于10~35kV油浸式：用油绝缘，适用于35kV以上按安装地点分：户内型户外型一、电磁式电流互感器ABCAABCAAAABCAWhcUbUaU5.接线单相接线星形接线不完全星形接线一、电磁式电流互感器①种类和型式的选择：根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择型式。当一次电流较小时（在400A及以下）时，宜优先选用一次绕组多匝式，以提高准确度；②一次回路额定电压和电流的选择：UN≥UNs，I1N≥Imax。I1N应尽可能与最大工作电流接近。6.选择一、电磁式电流互感器③准确级和额定容量的选择：为保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于二次侧所接负荷I2N2Z2L，即S2N≥I2N2Z2L。6.选择一、电磁式电流互感器④热稳定和动稳定校验：对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为It2≥Qk或(KtI1N)2≥Qk。动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。6.选择shes1Nshes2iKIii或内部动稳定校验式为：aLiF2sh7al1073.15.0外部动稳定校验式为：二、电压互感器目前电力系统广泛应用的电压互感器主要有两种：电磁式电容分压式(一)电磁式电压互感器1.工作原理(一)电磁式电压互感器电磁式电压互感器的工作原理和变压器相似。电磁式电压互感器的特点是：一次绕组并联在电路中且匝数多，而二次绕组匝数少。二次绕组所接负载均并联且阻抗大，二次侧近似于开路或空载。1.工作原理(一)电磁式电压互感器2121NNUUuNkUkUNNUU112112/—匝数比—式中21NNkN—额定互感比—N2N1UUku1.工作原理(一)电磁式电压互感器由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，使得测量结果的大小和相位都有误差。通常用电压误差和相位误差表示。2.误差及影响因素(%)100112UUUkfuu电压误差：相位误差：的夹角与)(12UUu(一)电磁式电压互感器2.误差及影响因素(一)电磁式电压互感器2.误差及影响因素(一)电磁式电压互感器影响误差的因素：2.误差及影响因素(%)100sin)(cos)(cossin12212221211010UxxIrrIUxIrIfu)('3440cos)(sin)(sincos12212221211010UxxIrrIUxIrIu应选用高导磁材料。成正比，的空载误差与、0||)1(Ifuu）二次负载的影响：（设222)2(jLLeZZ||||222iiLfIZ、）（不变，则二次负载若由正值向负值变化由负值向正值变化时，不变，则当若uuLfZ909022(一)电磁式电压互感器准确级：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，电压误差的最大误差。电压互感器的准确级和误差限值，P192表6-93.准确级和额定容量(一)电磁式电压互感器额定容量：3.准确级和额定容量由于误差与二次负荷有关，所以同一台电压互感器对应于不同的准确级便有不同的容量。额定容量：对应于最高准确级的容量。最大容量：按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件所规定的容量。(一)电磁式电压互感器按安装地点分：户内型户外型按相数分：单相：35kV及以上三相：35kV以下（三相五柱式）4.分类(一)电磁式电压互感器按绝缘方式分：浇注式：用环氧树脂绝缘，3-35kV油浸式：用油绝缘，110kV及以上按结构分：普通式：同变压器，3-35kV串级式：采用分级绝缘，110kV及以上4.分类按绕组数分：双绕组三绕组(二)电容式电压互感器实质上是一个电容分压器1.工作原理1U2CUabC1C2121112CKUCCCUU—分压比—式中211CCCK当a、b间接上负荷时，负荷电流将影响C1、C2上的容抗压降，使UC2小于电容分压值，而且负荷电流越大，误差越大。当a、b间开路时，按反比分压，有1UK~abZia’b’LiZ)(121CCjZiLjCCjZi)(121时，当)(121CCL2C0UZi，即输出电压与负荷无关。(二)电容式电压互感器实质上是一个电容分压器1.工作原理1U2CUabC1C2a’b’LTVZ2L实际上，由于电容器有损耗、电抗器有电阻，使内阻抗不可能为零，因此负荷变化时，还会有误差产生。减小分压器的输出电流，可减小误差，故将测量仪表(Z2L)经中间变压器TV升压后与分压器连接。(二)电容式电压互感器2.过电压1U2CUabC1C2a’b’LTVZ2Lrd①二次侧短路引起的过电流和过电压所以应加放电间隙E。12II二次侧短路21CULI过电压，可能击穿2CE②铁磁谐振过电压由于电容式电压互感器是由电容和非线性电抗所构成，当受到二次侧短路、断开等冲击瞬变作用时，由于非线性电抗的饱和，可能激发产生次谐波铁磁谐振。抑制方法是装设阻尼电阻rd（谐振时自动投入）。(二)电容式电压互感器优点：制造简单，重量轻，成本低，电压等级越高越明显；分压电容兼作载波通讯的耦合电容。缺点：输出容量小；误差比电磁式大，且受频率的影响；暂态特性不如电磁式PT好。3.特点(三)电压互感器的接线110~220kV3~35kV3~20kV用一台单相电压互感器测量相电压用一台单相电压互感器测量相间电压用两台单相电压互感器接成不完全星形测量各相间电压(三)电压互感器的接线3~220kV110~500kV用三台单相三绕组电压互感器构成YN,yn,d0接线