培訓資料：互感器的結構和原理

1、 互感器的結構和工作原理互感器的結構和工作原理第一節(jié) 電流互感器的結構和工作原理 第二節(jié) 電壓互感器的結構和工作原理 第三節(jié) 光電式互感器的結構和原理 (略） 2016年5月10號互感器作用 互感器的主要作用有：（1）將高電壓變?yōu)榈碗妷海?00V），大電流變?yōu)樾‰娏鳎?A或1A）。（2）使測量二次回路與一次回路高電壓和大電流實施電氣隔離，以保證測量工作人員和儀表設備的安全。 2016年5月10號（3）采用互感器后可使儀表制造標準化，而不用按被測量電壓高低和電流大小來設計儀表。（4）取出零序電流、電壓分量供反應接地故障的繼電保護裝置使用。 2016年5月10號互感器知識第一節(jié) 電流互感器的結構和

2、工作原理 一、電流互感器的主要技術數據 二、電流互感器的結構和工作原理 三、電流互感器的接線方式 四、電流互感器的正確使用 五、各種類型的電流互感器 2016年5月10號電流互感器知識一、電流互感器的主要技術數據 （）電流互感器分類（）電流互感器分類 （1）電流互感器按用途可分為兩類：一是測量電流、功率和電能用的測量用互感器；二是繼電保護和自動控制用的保護控制用互感器。 （2）根據一次繞組匝數可分為單匝式和多匝式 2016年5月10號 電流互感器知識（分類）電流互感器知識（分類）（3）根據安裝地點可分為戶內式和戶外式 （4）根據絕緣方式可分為干式，澆注 式，油浸式等。 （5）根據電流互感器工作

3、原理可分為電磁式、光電式、電子式等電流互感器。 一、電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 電流互感器知識（分類）電流互感器知識（分類）（二）電流互感器的型號規(guī)定 目前，國標：電流互感器型號編排方法規(guī)定如下：一、電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 電流互感器型號規(guī)定電流互感器型號規(guī)定 產品型號均以漢語拼音字母表示，字母含義及排列順序見表4-l所示一、電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 電流互感器型號字母含義電流互感器型號字母含義 （三）電流互感器的主要參數（三）電流互感器的主要參數 1額定電流變比 額定電流變比是指一次額定電流與二次額定電流之比（有時簡稱電流比）；額定

4、電流比一般用不約分的分數形式表示。如：10/5,50/5,100/5,200/5,600/5，3150/5等 額定電流，就是在這個電流下，互感器可以長期運行而不會因發(fā)熱損壞。當負載電流超過額定電流時，叫作過負載。 2準確度等級 （簡稱準確級） 國產電流互感器的準確度等級有0.2、0.5、1.0、3.0、0.2S級及0.5S級。如：0.2/10P10等一、電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 電流互感器參數電流互感器參數3額定容量 (VA) 電流互感器的額定容量，就是額定二次電流I2e通過二次額定負載Z2e時所消耗的視在功率S2e。 4額定電壓 (kV) 是指一次繞組長期能夠承受的最大電

5、壓（有效值），它只是說明電流互感器的絕緣強度，而和電流互感器額定容量沒有任何關系。 電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 5極性標志 （1）一次繞組首端標為L1，末端標為L2。當一次繞組帶有抽頭時，首端標為L1，自第一個抽頭起依次標為L2，L3 （2）二次繞組首端標為S1，末端標為S2。當二次繞組帶有中間抽頭時，首端標為S1，自第一個抽頭起以下依次標志為S2，S3 一、電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 電流互感器參數電流互感器參數（3）對于具有多個二次繞組的電流互感器，應分別在各個二次繞組的出線端標志“S”前加注數字，如1S1，1S2，1S3；2S1，2S2，2S3 （4）

6、標志符號的排列應當使一次電流自L1端流向L2端時，二次電流自S1流出，經外部回路流回到S2。 一、電流互感器的主要技術數據2016年5月10號 電流互感器電流互感器二、電流互感器的結構和工作原理 （一）電流互感器的結構（一）電流互感器的結構 基本結構與普通變壓器相似，由兩個繞制在閉合鐵芯上、彼此絕緣的繞組（一次繞組和二次繞組）所組成，其匝數分別為N1和N2，如圖4-2所示。一次繞組與被測電路串聯，二次繞組與各種測量儀表或繼電器的電流線圈相串聯。2016年5月10號 電流互感器結構電流互感器結構 電力系統中，經常將大電流I1變?yōu)樾‰娏鱅2進行測量，所以二次繞組的匝數N2多于一次繞組的匝數N1。電

7、流互感器的二次額定電流一般為5A，也有1A。電流互感器簡稱CT二、電流互感器的結構和工作原理2016年5月10號 電流互感器電流互感器 （二）工作原理和特性（二）工作原理和特性 電流互感器的工作原理與普通變壓器的工作原理基本相同。即理想電流互感器兩側的額定電流大小和它們的繞組匝數成反比，并且等于常數KI。 電流互感器的基本工作原理、結構型式與普通變壓器相似，但是電流互感器的工作狀態(tài)與普通變壓器有顯著的區(qū)別：1221ee二、電流互感器的結構和工作原理2016年5月10號 電流互感器工作原理電流互感器工作原理（1）電流互感器的一次電流（I1）取決于一次電路的電壓和阻抗，與電流互感器的二次負載無關，

8、即當二次負載變化時，例如多串幾只電流表或少串幾只電流表，不能改變其一次電流值的大小。（2）電流互感器二次電路所消耗的功率隨二次電路阻抗的增加而增大，即S2I22eZb。（3）電流互感器二次電路的負載阻抗都是些內阻很小的儀表，如電流表以及電能表的電流線圈等，所以其工作狀態(tài)接近于短路狀態(tài)。 二、電流互感器的結構和工作原理 2016年5月10號 電流互感器知識電流互感器知識（三）電流互感器的誤差特性（三）電流互感器的誤差特性 電流互感器鐵芯和繞組中存在損耗，所以，實際電流互感器存在著誤差。 圖4-3是電流互感器的簡化相量圖 二、電流互感器的結構和工作原理2016年5月10號 電流互感器知識電流互感器

9、知識 由相量圖4-3中得到，二次安匝數i2N2 旋轉180o（即-i2N2 ）與一次安匝數i1N1的相量相比較，其大小不等，相位也不同，即存在著兩種誤差，分別稱為比值誤差和相角誤差。 比值誤差簡稱比差，用fI表示。它等于 %100%100%100112111122KKKKf二、電流互感器的結構和工作原理2016年5月10號 電流互感器電流互感器 相位角誤差簡稱角差。它是旋轉180o后的二次磁動勢安匝數與一次磁動勢安匝數之間的相位差，用I表示 從相量圖4-3中可求出比差與角差的公式 因為I很小，所以認為OBOCI1N1，其中 因為ACOCOAI1N1I2N2，所以 %100)sin(%100)s

10、in(%1002110112110111122f)sin()(90cos21102110NINIACo二、電流互感器的結構和工作原理2016年5月10號 電流互感器參數電流互感器參數 電流互感器的比差與角差的大小與勵磁電流I10、負載功率因數2、損耗角有關。 112110112110)cos()(90sinsinoOBBC二、電流互感器的結構和工作原理2016年5月10號 電流互感器參數電流互感器參數三、電流互感器的接線方式 1兩相星形（V形）連接 優(yōu)點：（1）節(jié)省導線。 （2）能利用接線方法取得 第三相電流，一般為B相電流。 2016年5月10號 電流互感器接線方式電流互感器接線方式 缺點：

11、（1）現場用單相方法校驗時，由于實際二次負載與運行時不一致，有時必須要采用三相方法（或其他類似方法），給校驗工作帶來一些困難。（2）由于有可能其中一相極性接反，公共線電流變成差電流，使錯誤接線機率相對地較多一些。 三、電流互感器的接線方式2016年5月10號 電流互感器接線方式電流互感器接線方式 2分相連接 優(yōu)點是： （1）現場用單相方法校驗與實際運行時負載相同。 （2）錯誤接線機率相對地少些。 缺點是:增加了一根導線。三、電流互感器的接線方式2016年5月10號 電流互感器接線方式電流互感器接線方式 3三相星形（Y形）連接 這種接線方法不允許斷開公開接線，否則影響計量精度（因為零序電流沒有通

12、路）。 三、電流互感器的接線方式2016年5月10號 電流互感器接線方式電流互感器接線方式四、電流互感器的正確使用 1電流互感器的選擇 （1）額定電壓的選擇 電流互感器的額定電壓必須滿足下列件: Ux Ue （2）額定變比的選擇 長期通過電流互感器的最大工作電流應小于或等于互感器一次額定電流，即IxI1e，但不宜使互感器經常工作在額定一次電流的13以下。2016年5月10號 電流互感器正確使用電流互感器正確使用 （3）準確度等級的選擇 在發(fā)電廠、變電站、電力用戶運行中的電能計量裝置按其所計量的電量不同和計量對象的重要程度分五類（、）進行管理。 對 、類計量對象互感器應采用0.2級，對 、類計量

13、對象互感器應采用0.5級，0.1級以上互感器，主要用于實驗室進行精密測量或用來校驗低等級的電流互感器。四、電流互感器的正確使用2016年5月10號 電流互感器正確使用電流互感器正確使用（4）額定容量的選擇與計算 電流互感器的額定容量S2eI22eZb，Zb為互感器二次額定負載阻抗。接入互感器的二次負載容量S2應滿足0.25S2eS2S2e 由于電流互感器二次額定電流I2e已標準化，一般為5A。所以二次負載容量的計算主要決定于負載阻抗Zb的計算。Zb包括表計阻抗Zm、接頭的接觸電阻Rk（一般取0.010.5）以及導線電阻。 負載阻抗中前二者為確定值，唯有導線電阻為不定值。導線的計算長度決定于測量

14、儀表與電流互感器的電氣距離和電流互感器的連接方式。四、電流互感器的正確使用2016年5月10號 電流互感器正確使用電流互感器正確使用 1）分相連接時二次負載阻抗的計算。 導線電阻RL前面的系數K稱為接線系數，在這里K2 LkmLkmbRRZKRRZZ2四、電流互感器的正確使用2016年5月10號 電流互感器正確使用電流互感器正確使用2）二相星形連接時二次負載阻抗的計算。從圖4-6中看出，A相電流互感器的二次電壓為 所以電流互感器二次負載為其中K bakaLjamakaLbamaLbkLmaaZIRIReIZIRIRIIZIRIRRZIU0303)()(kLmRRZIUZ3223四、電流互感器的

15、正確使用2016年5月10號 電流互感器正確使用電流互感器正確使用3）三相星形連接時二次負載阻抗的計算。同理分析，可得到ZbZmRLRK 其中K1，設三相電流平衡，所以IN0 四、電流互感器的正確使用2016年5月10號 電流互感器正確使用電流互感器正確使用 2使用電流互感器應注意的問題使用電流互感器應注意的問題 （1）運行中的電流互感器二次繞組不允許開路。 （2）電流互感器繞組應按減極性連接。（3）電流互感器二次側應可靠接地。 四、電流互感器的正確使用2016年5月10號 電流互感器正確使用應注意的問題電流互感器正確使用應注意的問題第二節(jié) 電壓互感器的結構和工作原理 一、電壓互感器的主要技術

16、數據二、工作原理三、電壓互感器的正確使用 四、電壓互感器二次負載的計算 2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器一、電壓互感器的主要技術數據 （）電壓互感器的分類 1按用途分類 按用途分為測量用電壓互感器和保護用電壓互感器，這兩種電壓互感器，又可分為單相電壓互感器和三相電壓互感器。 2根據安裝地點分類 按安裝地點分為戶內型電壓互感器和戶外型電壓互感器。2016年5月10號 電壓互感器分類電壓互感器分類3根據電壓變換原理分類（1）電磁式電壓互感器，以電磁感應來變換電壓；（2）電容式電壓互感器，以電容分壓來變換電壓；（3）光電式電壓互感器，以光電元件來變換電壓。一、電壓互感器的主要技術數據201

17、6年5月10號 電壓互感器分類電壓互感器分類4根據結構不同分類（l）單級式電壓互感器，一次繞組和二次繞組均繞在同一個鐵芯柱上。（2）串級式電壓互感器，一次繞組分成匝數相同的幾段，各段串聯起來，一端子連接高壓電路，另一端子接地。 一、電壓互感器的主要技術數據2016年5月10號 電壓互感器分類電壓互感器分類 （二）電壓互感器的型號規(guī)定（二）電壓互感器的型號規(guī)定 目前，國產電壓互感器型號編排方法如下： 電壓互感器在特殊使用環(huán)境的代號，主要有以下幾種：CY一船舶用；GY一高原地區(qū)用；W一污穢地區(qū)用；AT干熱帶地區(qū)用；TH一濕熱帶地區(qū)用。 一、電壓互感器的主要技術數據2016年5月10號 電壓互感器型

18、號規(guī)定電壓互感器型號規(guī)定 電壓互感器型號中的字母，都用漢語拼音字母表示，字母排列順序及其對應符號含義如表4-3所示。一、電壓互感器的主要技術數據2016年5月10號 電壓互感器型號字母說明電壓互感器型號字母說明 （三）電壓互感器的主要參數（三）電壓互感器的主要參數 1繞組的額定電壓 額定一次電壓是指可以長期加在一次繞組上的電壓 ，其值應與我國電力系統規(guī)定的“額定電壓”系列相一致。 額定二次電壓，我國規(guī)定接在三相系統中相線與相線之間的單相電壓互感器為100V，對于接在三相系統相與地間的單相電壓互感器，為 V。 3/100一、電壓互感器的主要技術數據2016年5月10號 電壓互感器主要參數電壓互感

19、器主要參數 2額定電壓變比 額定電壓變比為額定一次電壓與額定二次電壓之比，一般用不約分的分數形式表示(如：JDZ10-12 10/0.1) 3額定二次負載（VA） 電壓互感器的額定二次負載，為確定準確度等級所依據的二次負載導納（或阻抗）值。 一、電壓互感器的主要技術數據2016年5月10號 電壓互感器主要技術參數電壓互感器主要技術參數 4準確度等級 國產電壓互感器的準確度等級有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0級。 用戶電能計量裝置通常采用用戶電能計量裝置通常采用0.2級和級和0.5級電級電壓互感器壓互感器 5極性標志 為了保證測量及校驗工作的接線正確

20、，電壓互感器一次及二次繞組的端子應標明極性標志。電壓互感器一次繞組接線端子用大寫字母A、B、C、N表示，二次繞組接線端子用小寫字母、b、c、n表示。 一、電壓互感器的主要技術數據2016年5月10號 電壓互感器主要技術數據電壓互感器主要技術數據二、工作原理 （一）工作原理 電壓互感器的工作原理、結構和接線方式與普通變壓器相似，同樣是由相互絕緣的一次、二次繞組繞在公共的閉合鐵芯上組成，如圖4-14所示。其主要區(qū)別是二者容量不同，且電壓互感器是在接近空載的狀態(tài)下工作。2016年5月10號 電壓互感器工作原理電壓互感器工作原理u電壓互感器將高電壓變?yōu)榈碗妷汗╇娊o儀表，所以它的一次匝數N1多，二次匝數

21、N2少。一次繞組與被測電壓并聯，二次繞組與各種測量儀表或繼電器的電壓線圈相并聯。電壓互感器在電氣圖中文字符號用TV表示。 u電壓互感器T形等值電路圖和相量圖如圖4-15和圖4-16所示 二、工作原理2016年5月10號 電壓互感器工作原理電壓互感器工作原理電壓互感器存在著比差和角差 比差用 表示，它等于 相角差簡稱角差，是指一次電壓與旋轉180o 后二次電壓相量間的相位差，用U表示，單位為“”（分）。當旋轉后的二次電壓超前于一次電壓相量時，角差為正值；反之，角差為負值。 Uf00000010010010011221112UKUKKUUUUUUUUNNf二、工作原理2016年5月10號 電壓互感

22、器工作原理電壓互感器工作原理三、電壓互感器的正確使用 1電壓互感器的選擇 （l）額定電壓的選擇。電壓互感器的額定電壓是指加在三相電壓互感器一次繞組上的線電壓，選擇時，應滿足下式 （2）準確度等級的選擇。電壓互感器的準確度等級選擇與電流互感器的準確度等級選擇相同。 XeXUUU1111 . 19 . 02016年5月10號 電壓互感器正確使用電壓互感器正確使用（3）接線方式的選擇。電壓互感器的接線方式有多種，計量有功電能和無功電能時，常用圖4-22和圖4-23兩種接線方式。三、電壓互感器的正確使用2016年5月10號 電壓互感器接線方式電壓互感器接線方式（4）額定容量的選擇。按照二次負載取用的總

23、視在功率S選擇電壓互感器的額定容量Se，公式為 0.25SeS Se 電壓互感器每相的二次負載并不一定相等，因此應按最大一相取用的負載功率來考慮選擇。 三、電壓互感器的正確使用2016年5月10號 電壓互感器使用電壓互感器使用 2使用電壓互感器應注意的問題 為了達到安全和準確測量的目的，使用電壓互感器必須注意以下事項： （1）按要求的相序進行接線，防止接錯極 性，否則將引起某一相電壓升高 倍。 （2）電壓互感器二次側應可靠接地，以保證人身及儀表的安全。 （3）電壓互感器二次側嚴禁短路。三、電壓互感器的正確使用32016年5月10號 電壓互感器使用中應注意的問題電壓互感器使用中應注意的問題四、電

24、壓互感器二次負載的計算 1電壓互感器為V，v接線，負載為三角形接線 如圖4-24所示，設接于a、b間電壓互感器分擔的總負載視在功率為S1，且S1由Sab和Sac構成。流過它們的電流分別為 iab 和 iac 。又設電壓互感器二次額定線電壓為U2e，且UabUcbUacU2e。2016年5月10號 電壓互感器接線方式電壓互感器接線方式流過、b間電壓互感器的總電流為I1，則 為了求出I1，可將圖4-24(b)中的iab和iac 分別向 投影，先求出I1的有功分量和無功分量，即1211IUIUSeab)60cos(cos1acoacababPIII)60sin(sin1acoacababQIII21

25、211QPIII四、電壓互感器二次負載的計算abU2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器將式（4-18）代入式（4-15）便可求出第一臺互感器承擔的總負載視在功率。如果將式（4-16）和式（4-17）等號兩邊同乘以二次側額定電壓U2e，可得第一臺互感器二次負載的有功功率和無功功率分別為)60cos(cos1acoacababSSP)60sin(sin1acoacababSSQ21211QPS四、電壓互感器二次負載的計算2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器如果已知二次負載的導納分別為Yb、Ycb、Yc，則式（4-19）和式（4-20）又可分別表示為 第一臺互感器分擔的二次負載總導納和等

26、效功率因數角分別為按上述同樣分析方法可求出接于c、b間的第二臺電壓互感器承擔的總負載視在功率S2、總導納Y2和等效功率因數角2 )60cos(cos22221acoaceababeYUYUP)60sin(sin22221acoaceababeYUYUQ221211eabUSUSY111PQarctg四、電壓互感器二次負載的計算2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器2互感器為Y，y接線，負載為三角形接線 如圖4-25所示，設接于a相互感器的有關負載視在功率為Sab和Sac，相應的負載電流為iab和iac。又設a相總負載電流為ia，二次額定線電壓為U2e，且UabUcbUacU2e，四、電壓互

27、感器二次負載的計算2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器a相電壓互感器承擔的總負載視在功率為 為了求出Ia，可將圖4-25(b)中的iab和iac分別向 投影，先求出Ia的有功分量和無功分量，即 aeaabaIUIUS332)30cos()30cos(acoacaboabaPIII)30sin()30sin(acoacaboabaQIII22aQaPaIII四、電壓互感器二次負載的計算aU2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器將式（4-29）代入式（4-26）便可求出a相電壓互感器承擔的總負載視在功率Sa。如果將式（4-27）和式（4-28）等號兩邊同乘以 ，則a相電壓互感器二次負載的

28、有功功率和無功功率分別為)30cos()30cos(31acoacaboabaSSP)30sin()30sin(31acoacaboabaSSQ22aaaQPS四、電壓互感器二次負載的計算32eU2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器如果已知二次負載的導納分別為Yab、Ycb、Yac，則式（4-30）和式（4-31）又可分別表示為 a相電壓互感器承擔的二次負載總導納和等效功率因數角分別為按上述同樣分析方法可求出b相和c相電壓互感器承擔的二次負載的視在功率Sb和Sc，以及相應的二次負載總導納Yb和Yc，等效功率因數角b和c )30cos()30cos(312222acoaceaboabeaY

29、UYUP)30sin()30sin(312222acoaceaboabeaYUYUQ222eaabaaUSUSYaaaPQarctg四、電壓互感器二次負載的計算2016年5月10號 電壓互感器電壓互感器第三節(jié) 光電式互感器的結構和原理 一、光電式電壓互感器（OTV）二、光電式電流互感器（OTA） 三、組合式光電互感器（OMU） 2016年5月10號 互感器互感器傳統電磁式結構的互感器已暴露出許多缺點，其主要缺點如下：（1）電壓等級越高，其制造工藝越復雜，可靠性越差，造價越高。（2）帶導磁體的鐵芯易產生磁飽和及鐵磁諧振，且有動態(tài)范圍小、使用頻帶窄等缺陷。自20世紀60年代以來，一些科技發(fā)達國家已

30、在研究一種新型的互感器，利用光學技術、光纖傳感技術開發(fā)研制出光電式電壓互感器（OTV）、光電式電流互感器（OTA）以及組合式光電互感器（OMU）。它們具有傳統互感器不可比擬的優(yōu)點。2016年5月10號 互感器互感器其優(yōu)點如下：（1）體積小，重量輕；（2）價格低，測量精度高；（3）不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問題；（4）暫態(tài)響應范圍大，頻率響應范圍寬；（5）抗電磁干擾性能好；（6）沒有因充油而產生易燃、易爆炸等危險；（7）便于向數字化、微機化發(fā)展。2016年5月10號 互感器互感器一、光電式電壓互感器（OTV） 1基于電光效應的電壓互感器 某些晶體在沒有外電場作用時，其各向同性，光率體為一

31、圓球體。在外電場作用下，導致其入射光折射率改變，這種效應就是光學的Pockels效應。其表達式為 這種折射率的變化將使某一方向入射晶體的偏振光產生的電光相位延遲，且延遲量與外加電場強度成正比。 測量光的折射率通常是通過干涉法進行間接測量，其基本結構主要由傳感頭、信號傳輸光纖和測量系統組成，如圖4-28所示。 KEn 2016年5月10號 互感器互感器一、光電式電壓互感器（OTV）2016年5月10號 互感器互感器圖4-29所示為BGO光纖電壓傳感頭的工作原理和結構。它由起偏器、l/4入波片、BGO晶體、檢偏器構成。光纖傳輸的自然光經透鏡準直，由起偏器變成線偏振光，經1/4入波片將偏振光再變成圓偏振光。由于加在BGO晶體上的電壓或電場的作用，這個圓偏振光又變成橢圓偏振光，經檢偏器檢偏后的光信號，其調制度相當于交流電壓或電場。因此，加在BGO上的電信號就可以通過檢測光信號來測量。 一、光電式電壓互感器（OTV）2016年5月10號 光電式電壓互感器光電式電壓互感器2基于逆壓電效應的OTV 當壓電晶體受到外加電場作用時，晶體除了產生極化現象外，同時形狀也產生微小變化即產生應變，這種現象稱為逆壓電效應。利用逆壓電效應引起晶體形變轉化為光信號的調制并檢測光信號，則可實現電場（或電壓）的光學傳感。其結構如圖4-30所示。一、光