第8單元 互感器的作用、特性和電流互感器(前半部分)

1、第8單元第四章 互感器互感器包括電流互感器和電壓互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡元件，將一次側的高電壓、大電流變成二次側標準的低電壓（100V或V）和小電流（5A或1A），用以分別向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，使二次電路正確反映一次系統(tǒng)的正常運行和故障情況。目前，互感器常用電磁式和電容式。第一節(jié) 互感器的作用及工作特性一、互感器與系統(tǒng)的連接互感器是一種特殊的變壓器，其基本結構與變壓器相同并按變壓器原理工作。其一、二次繞組與系統(tǒng)的連接方式如圖4-1所示。電壓互感器一次繞組并接于電網(wǎng)，二次繞組與測量儀表或繼電器電壓線圈并聯(lián)。A1 與a2 同名，X1與 x2同名。電流互感器一次繞

2、組串接于電網(wǎng)（與支路負載串聯(lián)）二次繞組與測量儀表或繼電器的電流線圈相串聯(lián)。L1與K1同名，L2與K2同名。功率型測量儀表與保護繼電器及自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的工作與輸入電壓電流相位有關。二、互感器的作用1. 將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈返臉藴手?。通常電壓互感器二次繞組額定電壓為 100V或V。電流互感器二次繞組額定電流一般為5A或 1A。2. 使低電壓的二次系統(tǒng)與高電壓的一次系統(tǒng)實施電氣隔離，且互感器二次側接地，保證了人身和設備的安全?；ジ衅鞫卫@組接地的目的在于當發(fā)生一、二次繞組擊穿時降低二次系統(tǒng)的對地電位，接地電阻愈小，對低電位愈低，從而保證人身安全，因此將其稱為保護接地。三相電壓互感

3、器一次繞組接成星形后中性點接地，其目的在于使一、二繞組的每一相均反應電網(wǎng)各相的對地電壓從而反應接地短路故障，因此將該接地稱為工作接地。3. 取得零序電流、電壓分量供反應接地故障的繼電保護裝置使用。支路的零序電流，因此將三相電流互感器二次繞組并聯(lián)，使其輸出總電流為三相電流之和即得到一次電網(wǎng)的零序電流。如將一次電路（例如電纜電路）的三相穿過一個鐵芯，則繞于該芯上的二次繞組輸出零序電流。電網(wǎng)對地電壓的零序分量為三相對地電壓。見圖4-22（d）、(e)。能做接地監(jiān)視的電壓互感器有兩個二次繞組：第一副繞組接成星形供一般測量、保護使用，提供線電壓和相電壓。第二副繞組（又稱輔助繞組）三相首尾相連組成開口三角

4、形反應三相對地電壓之和，即對地電壓的零序分量。三、互感器的工作特性 電流互感器與電壓互感器由于接入電網(wǎng)的方式、匝數(shù)比（）及二次負載阻抗的不同，而具有不同的工作特性。（一）、電流互感器的工作特性1. 正常運行時，二次繞組近似于短路工作狀態(tài)。2. 一次電流的大小決定于一次負載電流，與二次電流大小無關。3. 運行中的電流互感器二次回路不允許開路。否則會在開路的兩端產(chǎn)生高電壓危及人身設備安全，或使電流互感器發(fā)熱。4. 正常運行時，由于二次繞組的阻抗很小，一次電流所產(chǎn)生的磁動勢大部分被二次電流產(chǎn)生的磁動勢所補償，總磁通密度不大，二次繞組感應的電動勢也不大，一般不會超過幾十伏。當二次回路開路時，阻抗無限增

5、大，二次電流變?yōu)榱?，二次繞組磁動勢也變?yōu)榱?，而一次繞組電流又不隨二次開路而變小，失去了二次繞組磁動勢的補償作用，一次磁動勢很大，全部用于勵磁，合成磁通突然增大很多很多倍，使鐵芯的磁路高度飽和，此時一次電流全部變成了勵磁電流，在二次繞組中產(chǎn)生很高的電動勢，其峰值可達幾千伏甚至上萬伏，威脅人身安全或造成儀表、保護裝置、互感器二次絕緣損壞。另外，由于磁路的高度飽和，使磁感應強度驟然增大，鐵芯中磁滯和渦流損耗急劇上升，會引起鐵芯過熱甚至燒毀電流互感器。所以運行中當需要檢修、校驗二次儀表時，必須先將電流互感器二次繞組或回路短接，再進行拆卸操作。5. 電流互感器的一次電流變化范圍很大。6. 電流互感器的結

6、構應滿足熱穩(wěn)定和電動穩(wěn)定的要求。（二）、電壓互感器的工作特性1. 正常運行時，電壓互感器二次繞組近似工作在開路狀態(tài)。2. 電壓互感器一次側電壓決定于一次電力網(wǎng)的電壓，不受二次負載的影響。3. 運行中的電壓互感器二次側繞組不允許短路。電壓互感器二次側所通過的電流由二次回路阻抗的大小來決定，當二次側短路時，將產(chǎn)生很大的短路電流損壞電壓互感器。為了保護電壓互感器，一般在二次側出口處安裝些熔斷器或快速自動空氣開關，用于過載和短路保護。在可能的情況下，原邊也應裝設熔斷器以保護高壓電網(wǎng)不因互感器高壓繞組或引線故障危及一次系統(tǒng)的安全。第二節(jié) 電流互感器一、電流互感器的工作原理電流互感器由閉合的鐵芯和繞組組成

7、。圖4-2是電流互感器的工作原理圖。一次繞組的匝數(shù)較少，串接在需要測量電流的回路中，因此它經(jīng)常有回路的全部電流流過；二次繞組的匝數(shù)較多，串接在測量儀表或繼電保護回路里。電流互感器在工作時，它的二次回路始終是閉合的，正常工作時接近短路，并且它的一次電流與二次回路阻抗無關。當一次繞組中通過一次電流時，產(chǎn)生磁動勢,大部分被二次電流所產(chǎn)生的磁動勢所平衡，只有小部分磁動勢（叫總磁動勢）產(chǎn)生的磁通在二磁繞組內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢，以負擔阻抗很小的二次回路內(nèi)的有功和無功損耗。在理想的電流互感器其中，如果假定空載電流，則總磁動勢，根據(jù)能量守恒定律，一次繞組磁動勢等于二次繞組磁動勢， 即 (4-1)也可寫為 (4-2

8、)電流互感器的電流與它的匝數(shù)成反比，一次電流對二次電流的比值稱為電流互感器的電流比（我們用代表電流比）。當知道二次電流時，乘上電流比就可以求出一次電流，這時二次電流的相量與一次電流的相量相差1800。二、電流互感器測量誤差及影響誤差的運行因素實際上電流互感器工作時，要消耗一定能量（鐵芯勵磁，鐵芯發(fā)熱和磁滯損耗），因此空載電流和它所產(chǎn)生的總磁化力不能忽略，方程式（4-1）改為下式方為正確 (4-3)然而在設計和制造電流互感器時采取了一些減少能量損耗的措施（如增加一次安匝，增大鐵芯截面，減少鐵芯磁路的平均長度和采用高導磁系數(shù)的材料等），使總磁化力 所占比重大大降低，結果使得導出的理想電流互感器的關

9、系式（4-1）和式（4-2）具有實用意義。不過電流互感器所產(chǎn)生的能量損耗仍會在工作中反映出來，使電流互感器出現(xiàn)了誤差，降低了準確度。電流互感器的等值電路和向量圖，如圖4-3所示。向量圖中以二次電流為基準，畫在第一象限水平軸上，即的初相角為00。二次電壓對 超前角（二次負荷功率因數(shù)角），超前一個角（二次總阻抗角）,鐵芯磁通超前900，勵磁磁勢對超前角（鐵芯損耗角）。由式（4-3）和向量圖可以看出：一次電流與在數(shù)值和相位上都有差異，即測量結果有誤差，通常用電流誤差和角誤差來表示。這兩種誤差的定義如下：（一）、電流誤差（又稱比差） 電流誤差：電流互感器實際測量出來的電流與實際一次電流之差，占的百分數(shù)，即 （4-4）（二）、角誤差（角差）角誤差：旋轉1800的二次電流與一次電流之間的夾角。規(guī)定超前于時，為正，反之為負。（三）、電流互感器運行工況對誤差的影響由式（4-8）和式（4-9）可見，電流互感器誤差與一次磁勢、勵磁磁勢、 二次阻抗角及鐵芯損耗角有關。影響電流互感器誤差的因素除此之外還有以下因素：1. 一次電流的影響 當一次電流數(shù)倍于額定電流（即發(fā)生短路時），誤差隨I1增加而加大。2. 二次負荷阻抗及功率因數(shù)對誤差的影響 當二次負荷功率因數(shù)角增加時，與之間的角增加，由式（4-14）和式（4-15）可見，當增加時，增大，而