互感器是電力系統(tǒng)中提供測量和保護用的重要設備

第六章互感器§6-1概述互感器是電力系統(tǒng)中提供測量和保護用的重要設備，無論大中小變電所都離不開互感器，互感器可以把高電壓大電流改變成低電壓小電流其作用是：1、 使測量儀表和繼電器與高壓裝置在電氣方面很好地隔離保證工作人員的安全。2、 使測量儀表標準化小型化，可以采用小截面的電纜進行遠距離測量。3、 當電路發(fā)生短路時，儀表和電流線圈不受沖擊電流的影響。注意的一點是：為了確保人在接觸測量儀表和繼電器時的安全，互感器二次線圈必須接地，這樣當互感器一二次線圈間絕緣損壞時，可防止在儀表和繼電器上發(fā)生高壓危險?！?-2電磁式電流互感器一電磁式電流互感器的工作原理（CT的工作原理）電磁式電流互感器的工作原理與變壓器相似，是系統(tǒng)中最常用的電流互感器。電流互感器的特點：（1） 一次線圈串聯(lián)在電路中并且匝數(shù)很少，因此，一次電流完全取決于被測電路的負荷電流，而與二次電流無關，而變壓器的一次電流取決于二次電流。（2） 由于電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的線圈阻抗很小，所以正常情況下電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。（3） 因為一次線圈額定電流I已規(guī)定為一個標準，所以二次線圈的額定電流I統(tǒng)一為" 2n5A。ICT的額定互感比為一次額定電流之比：K=~1^nI2n一、一， 。 。N額定互感比也可近是似為一二次線圈匝數(shù)比：Kn牝Kn=忒1二、CT的誤差CT的等值電路與變壓器的等值電路相同根據(jù)等值電路畫向量圖。以二次電流I'為基準I'畫在第I象限水平軸上即I'初相角為00，那么U'超前I'以角即2 2 2 2 22二次負荷功率角因素角，那么E2超前12a角（二次阻抗角）因為氣是磁通?產(chǎn)生的，所以鐵心磁通超前E2900，激磁磁勢理應與?方向相同，但由于鐵芯損耗的原因10%超前

一個W角根據(jù)磁勢平衡原理可得：IN+1N=ININ=IN+(-1N)1 1 2 2 0 1 1 1 0 1 2 2由于CT本與存在激磁損耗和磁飽和的影響。一次電流11。*12在數(shù)值和相位上都有差異，也就是說從CT的二次側測量的結果與一次側實際值是有誤差的通常用電流誤差和角誤差表示。電流誤差：f=1~2Kn一I1x100%iI1二次電流測量值乘上額定互感比后解得一次電流近似值與實際電流之差，以I電流誤差：f=1~2Kn一I1x100%iI1二次電流測量值乘上額定互感比后解得一次電流近似值與實際電流之差，以I的百分數(shù)表示。??二....▼?一?角誤差I旋轉(zhuǎn)180后與I的夾角2 1P 、 ??二 -一 . ..規(guī)定-1超刖1時8為E正值反之為關- 1iK=Knx100%=N2'2一N1'1x100%

N111如果當：N212>N111說明電流誤差為E，反之為負我們從向量圖中可知：IN一IN=ob一od=-bd當8很小時，bd=bc:.f=N2’2一N111100%=—bd100%牝土i2^2 N111100%=一1o村1cos（a+甲）x100%11N1 11N1由于8很小i?qac=sin8=——ioa'&N1cos（甲+a）x3440分11N1從以上兩式可見CT的誤差可用激磁瓷勢表示，10N1在橫軸上的投影，就是絕對電流誤差，10N1在縱軸上的投影就是絕對角誤差。三、影響誤差的因素我們從式6-4和6-5可知，CT的誤差與IN，根據(jù)電磁感應定律，互感應電勢E=4.44BSfN2 2有根據(jù)等值電路二次回路電壓降式（有根據(jù)等值電路二次回路電壓降式（6-6）（6-7）恒等可得，E2=12(Z2+Z21)牝I(Z2+Z21)N此時CT此時CT的相對誤差為IoN1INHl.Bl?(Z+Zl)1TN=INV~222N2Sp11 11 2...F=NI=j[Hd1=Hl0 av式中：1av——磁路平均長度，米BH 鐵心磁場強度，安匝/米H=—RB——磁感應強度，韋/米2H 鐵心磁導率，號/米32和Z21——CT二次線圈的內(nèi)阻抗和負荷阻抗，歐將式6-9代入6-4和6-5可得：TOC\o"1-5"\h\zf牝-"2+Z2*avsin（a+g）x100% 6-10i 222N2Sp25=“2+Z2割avcos（a+甲）x3340（分） 6-11i 222N2Sp2CT二次線圈開路的影響當CT的二次線圈開路時，Z21=8，CT由正常短路工作狀態(tài)變?yōu)殚_路狀態(tài)， 即I=0，根據(jù)磁勢平衡條件可知，IN+1N=IN，正常為數(shù)很小的IN驟增為2 1 1 2 2 0 1 0 1IN，即IN=IN此時由于鐵芯包所以中并不成正比增長，磁通波形畸變?yōu)榫匦尾ǎ?1 01 01

dt因此二次線圈在磁通過零時產(chǎn)生很高的尖頂波電勢，數(shù)值可達上萬伏。dt這樣會造成①對工作人員的人力安全有危險。對儀表繼電器絕緣有危害由于B的驟增鐵芯損耗大大增加，將會產(chǎn)生于允許的發(fā)熱使鐵芯和線圈即有過熱而損壞的危險。在鐵芯中，還會產(chǎn)生剩磁使互感器誤差增大因此一次線圈通過電流時，二次線圈是不允許開路的。il四、電流：①電流互）CT四、電流：①電流互）CT的準確我國電流：如CT的準一次電流為額定電流時:艮器的準確級及一一指在規(guī)定的二次負荷范圍內(nèi)一次電流為額定值時的最大誤差限制?！衅鞯臏蚀_級的誤差極限值請看下文37頁表1-2確級為0.2時，二次負荷變化范圍（0.25—1）f=0.2 5.=10分CT的電流誤差能引起對所有儀表和繼電器產(chǎn)生影響。CT的角誤差能引起對功率型測量儀表和繼電器及反應相位的保護裝置都有影響。②保護級電流互感器的10%的誤差曲線用于保護的電流互感器，在正常符負荷范圍內(nèi)準確級的要求于如測量級高，測量級一般為0.5級和1級的。保護級一般只有3—10級，但在可能出現(xiàn)的短路電流范圍內(nèi)要求CT的最大誤差不得超過-10%。當—=n時，電流誤差達到-10%，那么這個n就稱為10%倍In數(shù)，10%數(shù)與CT的二次允許最大負荷阻抗Z21的關系曲線n=f（Z2l）便叫做CT的10%的誤差曲線。一般10%誤差曲線都由制造廠提供，而給出的這個曲線都是誤差值最大的情況下給出的即sin聊+以）=1，實際上a+P<900，因此，按一次電流倍數(shù)從曲線中查出的Z21值均能保證其誤差不超過-10%。

n01 2 320703052n01 2 320703052③電流互感器的額定容量CT的額定容量S由——指CT在二次額定電流和二次額定阻抗下運行時二次線圈輸出的容量，即S2=12Z2通常CT的二次電流為5A即12n=5A S2n=12nZ2n=25Z由由于CT的誤差和Z21有關，因此同一臺CT使用在不同的準確級時會有不同的額定容量。如某一CT當在0.5級工作時，其Z21=0.4歐，S2^=10伏安當在一級工作時，其Zl=0.6歐，S2^=15伏安可見隨著準確級的降低，二次額定容量將要升高。6—3電壓互感器電壓互感器可分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器。我們主要講電磁式電壓互感器簡稱電壓互感器或PT電磁式電壓互感器的工作原理其工作原理與變壓器相同，PT的特點容量很小相當于一個小變壓器。二次側負荷比較恒定，所接測量儀表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，因此在正常運行時，電壓互感器接近于空載狀態(tài)。因為PT的一次線圈電壓為標準比，且二次電壓規(guī)定為100v或100，所以變比Kn也為標準比，即K=一虹，U=100VU 2n電壓互感器的誤差PT的等值電路與變壓器的等值電路相同，由于PT存在激磁電流和內(nèi)阻抗，使一次電壓U；和一次電壓U1大小不等于相位差，也不等于180度，見矢量圖以-U；為參考向量。我們從等值電路可知:U=i(r+jx)+(-尸)(rr+jxx)-UUTOC\o"1-5"\h\z1 1 1 1 2 2 2 2=I(r+jx)—I(r+jx)—I(r'+jx')—U'0 1 1 2 1 1 2 2 2 2=Ir+jlx—I'(r+r')—jI(x+x')—U'01 01 2 1 2 2 1 2 2畫向量圖從向量圖也可見，用PT測量結果有誤差通常用帶奶牙誤差和角誤差來表示，那么PT的誤差定義與CT的誤差定義基本相似，所以我們不準備詳細分析，只是直接應用誤差的結論來討論影響誤差的因素。電壓誤差:「Irsin甲+1xcos甲I'(r+r)cos甲+1(x+x')sin甲］f=— ^-0 ——1 2 2 2~1 2 2X100%=f+f 6 —12〃L U1 U1 」 0 。f0:空載電壓誤差f°：負荷電壓誤差角誤差:x3440=80+86—13Ircos甲一Ixsin甲I(r+r)sin甲x3440=80+86—13—^4 +~12 22——12 2U1

影響誤差的因素及減少誤差的方法1.電壓互感器運行工作對誤差的影響根據(jù)f和S可知，影響PT誤差的主要因素是二次負荷I,cos中和一次電壓〃uu 2 2 1下面讓我們看一看PT的誤差與二次負荷的關系從二次負荷與f關系可知:當cos中接線驟增大，又可知定時，二次負荷電流越大，f值越低，cos中其誤差越大。從二次負荷與5u的關系曲線可知：當cos氣=0.5時，12個T+5個cos中=1時，I個T一5個從以上兩個關系曲線可知cos中2在0.5-1.0范圍內(nèi)變化，曲線位置和斜率都發(fā)生變化，其位置在來年各個曲線之間。當PT的一次電壓發(fā)生變化時，激磁電流和中值隨之變化，故fu和5u都發(fā)生變化。1.減少PT誤差方法我們知道激磁電流與f0有關，所以為了減少10最有效的途徑就是采用高磁導率的冷軋硅鋼片。除此之外PT常采用簡單而有效的增加二次線圈匝數(shù)的方法來減小電壓誤差，如匝數(shù)增加豚2，則PT的輸出電壓〃；=U2+AU2(U2+AU2)"1100%=f+AU2LX100%=f+AfuU uu1Afu為正值。若適當選擇AN2可是補償后f：在空載時為正值。在某一負荷時為0,而滿載時為負值，相當于把原fu平行上移故減少誤差。在實際中由于PT二次線圈匝數(shù)較少，調(diào)整比較困難，所以都采用減少一次線圈匝數(shù)來達到同樣的目的。電壓互感器的準確級和額定容量PT的準確級一一指規(guī)定的一次電壓和二次負荷變化范圍內(nèi)負荷功率因數(shù)為額定值時誤差的最大值。GB規(guī)定：一次電壓變化范圍內(nèi)為（0.85?D匕二次負荷變化范圍為（0.25?1）S2ncos中=0.82我們電壓互感器準確級和誤差限制標準請看講義276頁表14—2,PT的額定容量，S2〃一一指相當于最高準確級的容量，就是說PT在這種負荷容量下所引起的誤差不會超過這一準確級所規(guī)定的數(shù)值。言外之意，同一臺PT對應于不同的準確級使有不同的額定容量。采用電壓互感器應注意的問題：①PT的二次側在正常情況下不允許短路，因為PT在正常運行時近于開路狀態(tài)運行，當二

次側短路時，由于此時知=0,...12突然增高很大，引起過度發(fā)熱使絕緣破壞和燒壞的危險，另一方面由于12很大產(chǎn)生的電動力使PT的機械強度受到破壞。②在中性點不接地或者經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中為了監(jiān)視相對地的絕緣情況，電壓互感器需反映相對地的過電壓，這就要求PT的一次線圈星形連接，并且中性點接地，在35?60千伏中采用3個單相三線圈便可以滿足要求，而在3?35千伏的電網(wǎng)中，因為三只單相三線圈PT比一只三相PT價格高，所以希望采用三相式電壓互感器。但是普通三相三柱式電壓互感器，將中性點接地做監(jiān)視是不允許的。這是因為當電網(wǎng)相接