第2章 開關(guān)電器互感器的原理

1、第二章 開關(guān)電器和互感器的原理第一節(jié) 開關(guān)電器 第二節(jié) 電流互感器 第三節(jié) 電壓互感器 第四節(jié) 新型互感器簡介 本章計劃學(xué)時：5 7學(xué)時第一節(jié) 開關(guān)電器一、開關(guān)電器的滅弧原理 （一）電弧現(xiàn)象 電弧：是一種氣體游離放電現(xiàn)象。產(chǎn)生電弧的條件：用開關(guān)電器開斷電源電壓大于10 20 V，電流大于80 100mA的電路時，就會發(fā)生電弧。電弧的特點：能量集中，溫度很高，亮度很強；電弧是良導(dǎo)體。電弧的利用：電弧在工業(yè)上有很多有益的應(yīng)用，例如，利用其高溫的電弧焊接機，電弧煉鋼爐等。電弧的危害：在開關(guān)電器中，電弧是有害的，要求盡快地熄滅，否則會燒壞開關(guān)觸頭，誤拉隔離開關(guān)會造成相間短路和人身傷亡。 （二）電弧的產(chǎn)

2、生與熄滅 游離中性質(zhì)點分解成自由電子和正離子。去游離電子和正離子相互吸引還原為中性質(zhì)點。1. 電弧的產(chǎn)生（1）強電場發(fā)射：E=U / s 大于3106 V/m時，金屬觸頭陰極表面就會發(fā)射自由電子。（2）熱電子發(fā)射 ：在開關(guān)分閘時，動靜觸頭之間的接觸壓力和接觸面積減小，接觸電阻增大，接觸表面發(fā)熱嚴(yán)重，產(chǎn)生局部高溫，陰極金屬材料中的電子獲得動能而逸出成為自由電子。 （3）加速運動：自由電子，在強電場的作用下，向陽極作加速運動。（4）碰撞游離：加速運動獲得動能的自由電子在運動中與中性質(zhì)點發(fā)生碰撞，中性質(zhì)點中的電子獲得能量產(chǎn)生躍遷，跳到能級更高的軌道上，如果獲得的能量足夠大，自由電子就能脫離原子核的束

3、縛，游離成自由電子和正離子。 （5）雪崩：游離的結(jié)果導(dǎo)致觸頭間自由電子數(shù)量劇增 。（6）介質(zhì)擊穿產(chǎn)生電?。簞≡龅碾娮有纬呻娏鳎橘|(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧。強電場發(fā)射熱電子發(fā)射加速運動碰撞游離雪崩介質(zhì)擊穿產(chǎn)生電?。?）另一方面介質(zhì)的分子和原子在高溫下將產(chǎn)生強烈的分子熱運動，獲得動能的中性質(zhì)點之間不斷地發(fā)生碰撞，游離成自由電子和正離子，此即所謂熱游離。（4）熱發(fā)射和熱游離給弧隙提供了大量的自由電子，電流繼續(xù)流過，電弧的燃燒得以維持。 3電弧的熄滅 復(fù)合去游離：正離子和負(fù)離子相互吸引而中和成為中性質(zhì)點的過程。 自由電子的v遠大于正離子，它們直接復(fù)合的可能性很小，往往是自由電子先附著在中性質(zhì)點上，形成負(fù)離子

4、，運動速度大大減慢，此時，正離子和負(fù)離子更容易復(fù)合。2電弧的維持與發(fā)展 （1）由于電弧的r小，電弧形成后，觸頭間的電壓和電場強度很低，強電場發(fā)射停止。（2）由于電弧在燃燒過程中溫度很高，可達到幾千度甚至上萬度，陰極表面繼續(xù)進行熱電子發(fā)射。游離作用等于去游離作用，新增加的帶電質(zhì)點數(shù)量與中和的數(shù)量相等，電弧穩(wěn)定燃燒。游離作用大于去游離作用，電弧燃燒加劇。游離作用小于去游離作用，則電弧中的帶電質(zhì)點數(shù)量減少，最終導(dǎo)致電弧熄滅。（3）電弧的熄滅電弧的燃燒是由游離過程維持的，但在電弧中同時還進行著相反的使帶電質(zhì)點數(shù)量減少的去游離過程。 （三）交流電弧的特性 1. 電弧電流交變，每半個周期過零一次，此時電弧

5、因失去能量而自然熄滅。 由于電弧內(nèi)外的電荷濃度及溫差的不同，自由電子和正離子將向濃度和溫度都低的周圍介質(zhì)中擴散，在低溫處，電子和離子的v減慢而復(fù)合成為中性質(zhì)點。擴散去游離：自由電子和正離子逸出電弧而進入周圍介質(zhì)中，被周圍介質(zhì)冷卻而復(fù)合的過程。 2. 由于熱慣性，弧柱溫度的變化滯后于快速變化的電流，所以交流電弧的伏安特性是動態(tài)的，如圖2-3所示。在電流增大時，溫度來不及增高（溫度變化慢），弧隙電阻來不及減小,因此電壓較高；在電流減小時，溫度來不及降低，弧隙電阻來不及增大，電壓低。故圖2-3a中正方向電流增大時的曲線在電流減小時的上方。A點是電弧產(chǎn)生時的電壓，稱為燃弧電壓。B點是電弧熄滅時的電壓，

6、稱為熄弧電壓。 （四）交流電弧熄滅的條件 熄滅交流電弧的最佳時機：交流電弧每半周期自然熄滅時。在電流過零后，弧隙中存在著兩個恢復(fù)過程。 1) 介質(zhì)強度恢復(fù)過程: 由于去游離作用的加強，弧隙間的介質(zhì)逐漸恢復(fù)其絕緣性能，以耐受的電壓Ud (t) 表示。 2) 弧隙電壓恢復(fù)過程: 電源電壓要重新作用在觸頭上，弧隙電壓將從熄弧電壓逐漸恢復(fù)到電源電壓，用Ur (t) 表示。1弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程 起始介質(zhì)強度（近陰極效應(yīng)） 在電流過零后的0.1 1s 的短暫時間內(nèi)，陰極附近出現(xiàn)150 250V的起始介質(zhì)強度，稱為近陰極效應(yīng)。 原因：在電流過零的瞬間，弧隙電壓的極性發(fā)生變化，弧隙中的自由電子立即向新陽極運

7、動，正離子質(zhì)量大，基本未動，在新陰極附近就形成了只有正電荷的不導(dǎo)電薄層，阻礙陰極發(fā)射電子，呈現(xiàn)出一定的介質(zhì)強度，如圖2-4所示。起始介質(zhì)強度出現(xiàn)后的介質(zhì)強度的恢復(fù) 這是一個復(fù)雜的過程，它與電弧電流、介質(zhì)特性、冷卻條件和觸頭分?jǐn)嗨俣扔嘘P(guān)。 2弧隙電壓恢復(fù)過程 電弧為純電阻性質(zhì)，電弧電流與弧隙電壓同相位，電弧電流過零時，弧隙電壓接近零；短路時電路電阻很小，電路呈感性 ，電弧電流與電源電壓不同相位，電弧電流過零時，電源電壓不等于零；由于電路參數(shù)L、C的存在，電弧熄滅后，弧隙電壓不可能立刻由熄弧電壓上升到電源電壓，一般弧隙恢復(fù)電壓是一個過渡過程。它將從瞬態(tài)（振蕩）恢復(fù)電壓逐漸過渡到工頻恢復(fù)電壓。 3交

8、流電弧熄滅的條件 如果弧隙電壓恢復(fù)過程上升速度較快，幅值較大， 弧隙電壓恢復(fù)過程大于弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程，介質(zhì)被擊穿，電弧重燃，如圖2-6a所示。如果弧隙介質(zhì)強度恢復(fù)過程始終大于弧隙電壓恢復(fù)過 程，則電弧熄滅，如圖2-6b和2-6c所示。 電流過零后，電弧能否熄滅取決于兩個恢復(fù)過程作用的結(jié)果：故交流電弧熄滅的條件應(yīng)為： Ud (t) Ur (t) （五）斷路器開斷短路電流時的弧隙電壓恢復(fù)過程 如果能夠采取措施，防止弧隙恢復(fù)電壓振蕩，將周期性振蕩特性的恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)過程，電弧就更容易熄滅，如圖2-6c所示。 目的：找出恢復(fù)電壓不振蕩的條件及防止振蕩的方法。 斷路器開斷短路電流時的電路

9、如圖2-7a所示，其等效電路如圖2-7b所示，R、L為電源和變壓器的電阻和電感，C可以認(rèn)為是變壓器繞組及連接線對地的分布電容，r為斷路器觸頭并聯(lián)電阻。（1）熄弧后，從瞬態(tài)恢復(fù)電壓過渡到電源電壓的時間很短，一般不超過幾百微秒，可近似認(rèn)為電源電壓不變，故電源用直流電源U0 來代替。 假設(shè)與初始條件：（）（）i = 0時是時間的起點，即t = 0斷路器開斷短路電流時的弧隙電壓恢復(fù)過程相當(dāng)于二階電路過渡過程中，電容C兩端的電壓變化過程，即。如圖2-7b所示，當(dāng)開關(guān)S閉合時，有 整理得：此為二階常系數(shù)線性微分方程，其特征根為 當(dāng)特征根不等時，非齊次通解為當(dāng)特征根為重根時，非齊次通解為1）當(dāng)時，特征根為不

10、等負(fù)實根。可解得:代入非齊次通解可解得:一般變壓器繞組電阻 ， 略去不計，得從上式可以看出，由于特征根為負(fù)實根，故弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性的，如圖2-8曲線3所示。 一般，略去不計，故上式最大值不會超過U0 ，進一步化簡得 忽略R后，特征根為：根據(jù)近似計算，當(dāng)x很小時，對上式微分，可得電流過零時的恢復(fù)電壓上升速度(V/s )為：由上式可知，觸頭并聯(lián)電阻r可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，r越小，恢復(fù)電壓的上升速度越低。 2）當(dāng)時，特征根為共軛復(fù)根。將、代入利用歐拉公式化簡，得從式(2-11)可以看出，1、2為共軛復(fù)根時，弧隙電壓恢復(fù)過程為衰減的周期性振蕩過程，如圖2-8曲線2所示，從圖中曲線2可以

11、看出，周期性振蕩過程的恢復(fù)電壓上升速度較快，幅值較大，給電弧的熄滅帶來困難 。如果斷路器觸頭沒有裝設(shè)并聯(lián)電阻，即r=時，忽略R， 周期性振蕩過程中的弧隙恢復(fù)電壓最大值可達2U0 ，如圖2-8曲線1所示。 上升速度取固有振蕩頻率的半個周期內(nèi)的平均速度 ，由 3）當(dāng)時，為相等的負(fù)實根(重根)。根據(jù)初始條件和公式 及其微分表達式，可求得不計R，從而得 得當(dāng) r rcr 時，弧隙電壓恢復(fù)過程為非周期性。在斷路器觸頭間并聯(lián)低值電阻（幾至幾十歐），可以改變弧隙電壓恢復(fù)過程的上升速度和幅值，可以將弧隙恢復(fù)電壓由周期性振蕩特性恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛曰謴?fù)電壓，大大降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，改善了斷路器的滅

12、弧條件 。 當(dāng) r rcr 時，弧隙電壓恢復(fù)過程為周期振蕩性過程，對電弧熄滅不利。由羅彼塔法則可知：時，故當(dāng)在此種情況下，弧隙電壓恢復(fù)過程仍是非周期性的，如圖2-8曲線3所示，但處在臨界情況。忽略R，臨界并聯(lián)電阻值為結(jié)論：（六）熄滅交流電弧的基本方法 加強弧隙的去游離、提高介質(zhì)強度的恢復(fù)速度和降低弧隙電壓的上升速度與幅值，是高壓斷路器中熄滅電弧的基本方法。 1利用滅弧介質(zhì) 在高壓斷路器中，廣泛采用去游離作用強的滅弧介質(zhì)滅弧。 2吹弧 吹弧是指利用各種結(jié)構(gòu)形式的滅弧室，使高溫分解的氣體或具有很大壓力的新鮮且低溫的氣體在滅弧室中按特定的通路，吹動電弧，加強擴散和復(fù)合去游離而使電弧熄滅的方法。 3采

13、用特殊金屬材料作滅弧觸頭 采用銅、鎢合金和銀、鎢合金等特殊金屬材料作觸頭。這些材料在高溫下不易熔化和蒸發(fā)、抗熔焊，可以減少熱電子發(fā)射和高溫分解產(chǎn)生的金屬蒸氣，削弱了游離作用。 4提高斷路器觸頭的分離速度 加快斷路器觸頭的分離速度，可以迅速拉長電弧，使弧隙的電場強度驟降，弧隙電阻和電弧的表面積突然增大，電弧的冷卻加快，有利于帶電質(zhì)點的擴散和復(fù)合去游離。 5采用多斷口滅弧 某些電壓等級較高的斷路器采用多個滅弧室串聯(lián)的多斷口滅弧方式。（1）多斷口將電弧分割成多段，在相同觸頭行程下，增加了電弧的總長度，弧隙電阻迅速增大，介質(zhì)強度恢復(fù)速度加快。（2）使每個斷口上的恢復(fù)電壓減小，降低了恢復(fù)電壓的上升速度和

14、幅值，提高了滅弧能力。 加裝均壓電容，來解決各斷口的電壓分配不均衡的問題：（1）不裝均壓電容時斷口等效電容： 兩斷口連接處對地的等效電容：分配在兩斷口上的電壓為(CQ C0 ) ： 可以看出，第一個斷口的工作條件比第二個要惡劣，如其電弧不能熄滅，電壓將全部加在第二斷口上，它也將被擊穿。 （2）在斷口上并聯(lián)均壓電容C 時C=2000pF，遠大于C0 (幾十pF)，則 可見并聯(lián)均壓電容后，斷口上的電壓分布均勻，在 i 過零后，兩斷口上的電弧可以同時熄滅。 6在斷路器主觸頭兩端加裝低值并聯(lián)電阻 主觸頭Q1先斷開，產(chǎn)生電弧，因有并聯(lián)電阻，恢復(fù)電壓為非周期性，降低了恢復(fù)電壓的上升速度和幅值，主觸頭上的電

15、弧很快熄滅。 接著斷開的輔助觸頭Q2，由于r的限流和阻尼作用，輔助觸頭上的電弧也容易熄滅。 二、高壓斷路器 （一）高壓斷路器的作用和類型 1高壓斷路器的作用 高壓斷路器內(nèi)有滅弧介質(zhì)和滅弧裝置，可以熄滅接通或開斷電路時產(chǎn)生的電弧，其作用是:(1)在正常運行時接通或斷開有負(fù)荷電流的電路；(2)在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠在繼電保護裝置的控制下自動切斷短路電流。 2高壓斷路器的分類 根據(jù)滅弧介質(zhì)的不同，高壓斷路器可以分為以下幾種類型。 （1）油斷路器 以具有絕緣能力的礦物油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。 多油斷路器：斷路器中的油除作為滅弧介質(zhì)外，還作為觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)和帶電部分與接地外殼間的絕緣介質(zhì)。

16、 少油斷路器：油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)，而帶電部分對接地之間采用固體絕緣（例如瓷絕緣）。 （2）六氟化硫(SF6)斷路器 采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)的斷路器 。SF6氣體是一種無色、無味、無毒、不燃的惰性氣體，具有優(yōu)良的滅弧性能和絕緣性能。 （3）真空斷路器 以真空的高介質(zhì)強度實現(xiàn)滅弧和絕緣的斷路器。 （4）壓縮空氣斷路器 采用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)的斷路器。 SF6斷路器分瓷柱式、落地罐式和全封閉組合電器用斷路器三類。 落地罐式六氟化硫斷路器(110kV及以上電壓等級)除具有一般瓷柱式六氟化硫斷路器的優(yōu)點外，還具耐地震能力強

17、、自帶電流互感器、可單相操作，也可三相電氣聯(lián)動操作、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、耐重污穢特點。 35kV多油斷路器瓷柱式SF6斷路器與電流互感器(110kV)SF6斷路器(220kV)SF6罐式斷路器 (500kV)1額定電壓 額定電壓是指高壓斷路器長期正常工作的線電壓有效值，該參數(shù)表征了斷路器長期正常工作的絕緣能力。 2額定電流 額定電流是指高壓斷路器在規(guī)定條件下，可以長期通過的最大電流，該參數(shù)表征了斷路器承受長期工作電流產(chǎn)生的發(fā)熱量的能力。 3額定開斷電流 在額定電壓下，高壓斷路器能可靠開斷的最大短路電流有效值，該參數(shù)表征了斷路器的滅弧能力。 4額定關(guān)合電流 額定關(guān)合電流是指在規(guī)定條件下，斷路器

18、能關(guān)合不致產(chǎn)生觸頭熔焊及其他妨礙繼續(xù)正常工作的最大電流峰值。 高壓斷路器的技術(shù)性能常用以下技術(shù)參數(shù)來表征： （二）高壓斷路器的技術(shù)參數(shù) 熱穩(wěn)定電流是指在斷路器在合閘位置t（單位為秒）時間所能承受的最大電流有效值。5熱穩(wěn)定電流 該參數(shù)表征了斷路器耐受短路電流熱效應(yīng)的能力。t 稱為熱穩(wěn)定時間。6動穩(wěn)定電流 動穩(wěn)定電流是指斷路器在合閘位置所能承受的最大電流峰值，該參數(shù)表征了斷路器承受短路電流電動力效應(yīng)的能力。 7分閘時間 分閘時間（也稱全開斷時間）是指斷路器從接到分閘命令起到各相觸頭電弧完全熄滅為止的一段時間，它等于斷路器的固有分閘時間與燃弧時間之和。固有分閘時間是指從接到分閘命令起到觸頭剛剛分離的

19、一段時間。燃弧時間從觸頭分離到各相電弧均熄滅的一段時間。 8合閘時間 合閘時間是指斷路器從接到合閘命令起到各相觸頭完全接觸為止的一段時間。 三、隔離開關(guān) 隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，不能用來接通或切斷負(fù)荷電流和短路電流，否則，將產(chǎn)生強烈的電弧，造成人身傷亡，設(shè)備損壞或引起相間短路故障。隔離開關(guān)的作用： （1）隔離電源。在檢修電氣設(shè)備時，為了安全，需要用隔離開關(guān)將停電檢修的設(shè)備與帶電運行的設(shè)備隔離，形成明顯可見的斷口。隔離電源是隔離開關(guān)的主要用途。 （2）倒閘操作。在雙母線接線倒換母線或接通旁路母線時，某些隔離開關(guān)可以在“等電位”的情況下進行分、合閘，配合斷路器完成改變運行方式的倒閘操作。 （3

20、）分、合小電流電路?？捎脕砗想妷夯ジ衅鳌⒈芾灼骱涂蛰d母線；分、合勵磁電流小于2A的空載變壓器；關(guān)合電容電流不超過5A的空載線路 。2隔離開關(guān)的型式 隔離開關(guān)的型式較多，按裝設(shè)地點可分為屋內(nèi)式（GN型）和屋外式（GW型）；按絕緣支柱的數(shù)目可分為單柱式、雙柱式和三柱式；按極數(shù)屋內(nèi)式可分為單極和三極式。 GW5-35kV隔離開關(guān)GW5-110kV隔離開關(guān)GW4-110kV隔離開關(guān)220kV三柱式隔離開關(guān)(GW7A220型三柱式隔離開關(guān))GW17-220隔離開關(guān) GW16戶外單臂伸縮型隔離開關(guān)(斷開狀態(tài))GW16戶外單臂伸縮型隔離開關(guān)(閉合狀態(tài))第二節(jié) 電流互感器 電流互感器的作用： 變換：將一次回路

21、的大電流變?yōu)槎位芈返男‰娏鳎?A或1A），供電給測量儀表和保護裝置繼電器的電流線圈，使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜。隔離：使電氣二次設(shè)備與一次高壓部分隔離，并且互感器的二次側(cè)均接地，從而保證二次設(shè)備和人身安全。一、電磁式電流互感器的工作原理 1. 工作原理 與變壓器相似。圖2-13所示為電磁式電流互感器的原理結(jié)構(gòu)與接線圖。2. 特點 TA的一次繞組串聯(lián)于電氣一次電路中，且匝數(shù)很少，流過一次繞組的電流就是負(fù)荷電流，與二次繞組中的電流大小無關(guān)。 二次負(fù)載的阻抗(電流線圈)都非常小，所以正常情況下，TA二次側(cè)接近于短路狀態(tài)下運行。 3. 額定電流比 電流互感器額定一次電流IN

22、1與額定二次電流IN2之比。它近似等于二次繞組匝數(shù)N2與一次繞組匝數(shù)N1的比值，即 可以看出：與 在數(shù)值上和相位上都不相等，測量結(jié)果有誤差。激磁電流與磁飽和是產(chǎn)生誤差的原因。 ki =IN1 / IN2 N2 / N1 二、電流互感器的誤差 1電流互感器的誤差分析 由TA的等效電路得從相量圖上可見，I2N2 - I1N1= 。電流誤差 于是得到相位誤差 2. 電流互感器TA的運行參數(shù)對誤差的影響 根據(jù)電磁感應(yīng)定律有E2 = 4.44BSf N2 和等效電路中二次回路電壓方程E2 = I2(Z2+Z2L) 及 I2 = I1 / ki ，得計及和運行參數(shù)對誤差的影響 1) 一次電流I1的影響 當(dāng)

23、一次電流為額定電流時，(磁導(dǎo)率)值最大，誤差最小。 得電流互感器二次繞組開路時，I 2 = 0, 2) 二次負(fù)荷阻抗Z2L及功率因數(shù)cos2 的影響故在選擇TA時，一定要使一次電流I1接近于TA的IN1 。Z2L增大fi和i都增大。 cos2降低 2增大 (二次總阻抗角)增大 fi增大和i減?。环粗?，fi減小和i增大。 電流互感器在運行中，二次繞組不允許開路。 原因：一次安匝全部變成激磁安匝，鐵心嚴(yán)重飽和， 變?yōu)槠巾敳?。二次繞組的感應(yīng)電動勢e2 與磁通的變化率d /dt成正比，因此磁通過零時，磁通的變化率d /dt很大，在二次繞組感應(yīng)產(chǎn)生很高的尖頂波電動勢e2 ，如圖217所示。1) 危及人身

24、安全和儀表、繼電器絕緣； 2) 由于磁感應(yīng)強度劇增，引起鐵心和繞組過熱； 3) 在鐵心中產(chǎn)生剩磁，使互感器特性變壞。 三、電流互感器的準(zhǔn)確級和額定容量 1. 電流互感器的準(zhǔn)確級 電流互感器的準(zhǔn)確級：指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大電流誤差百分?jǐn)?shù)。 根據(jù)用途的不同，可分為測量級和保護級。 測量級 按測量與計量表計的不同，劃分為若干準(zhǔn)確級次，如0.2級、0.5級、1級、3級等。0.2級用于精密測量； 0.5級用于電度計量；1、3級用于其他盤式儀表。 避免TA二次繞組開路的措施：拆除儀表前先將二次線圈短路。 此高電壓會造成 ：2) 保護級 新型號的電流互感器產(chǎn)品將保護級分為靜態(tài)保護

25、級(P)和暫態(tài)保護級(TP)兩種類型。靜態(tài)保護用電流互感器的準(zhǔn)確級常用的有5P和10P。 額定準(zhǔn)確限值一次電流：復(fù)合誤差等于準(zhǔn)確級限值的一次短路電流。額定準(zhǔn)確限值系數(shù)：額定準(zhǔn)確限值一次電流（一次短路電流）與額定一次電流IN1的比值。復(fù)合誤差：電流（短路電流）瞬時值絕對誤差的有效值與對應(yīng)一次電流（短路電流）有效值比值的百分?jǐn)?shù)。T等于一個周期的時間。例如5P20表示互感器為5P級，額定準(zhǔn)確限值系數(shù)為20，只要一次電流不超過額定準(zhǔn)確限值一次電流20IN1，互感器的最大復(fù)合誤差不會超過5%。 當(dāng)繼電保護帶有時限且時限較長的情況下，短路電流已達穩(wěn)態(tài)，電流互感器只要滿足穩(wěn)態(tài)下的誤差要求即可，這類繼電保護使

26、用靜態(tài)保護級(P)的電流互感器。暫態(tài)保護用電流互感器(TP)的準(zhǔn)確級分為TPX、TPY、TPZ等級別。 TPX：鐵心沒有氣隙，剩磁較大，暫態(tài)誤差較大，超高壓系統(tǒng)主保護一般不用。 TPY：鐵心有小氣隙，鐵心不容易飽和，直流分量衰減快，但穩(wěn)態(tài)誤差略高。超高壓，大機組保護廣泛應(yīng)用 TPZ：鐵心有較大的氣隙，沒有剩磁，暫態(tài)誤差最小，常用于僅反映交流分量的保護。 高壓和超高壓系統(tǒng)短路時的時間常數(shù)大，加之快速繼電保護的使用，短路切除時，電流還未達到穩(wěn)定，這就要求電流互感器在暫態(tài)過程中應(yīng)有足夠的準(zhǔn)確性,電流誤差不大于10%，并能不受短路電流直流分量的影響。 2. 電流互感器的額定容量SN2 電流互感器的額定

27、容量SN2：指在額定二次電流IN2 （5A）和額定二次負(fù)荷阻抗ZN2下運行時，二次繞組所輸出的容量，即對同一臺電流互感器來說，由于誤差隨二次負(fù)荷阻抗變化，電流互感器所接二次負(fù)荷阻抗不同時，誤差（測量精度）也不同。為了使用戶知道所接二次負(fù)荷(阻抗)下的誤差(準(zhǔn)確級) ，對老式互感器廠家一般給出幾個不同準(zhǔn)確級(誤差)下的額定二次負(fù)荷阻抗供用戶比對。例如，LMZ1103000/5型電流互感器在0.5級工作時，ZN21.6（40VA）；在1級工作時，ZN22.4（60VA）， 當(dāng)Z2L ZN2時，TA的準(zhǔn)確級將下降。 Z2L =1.5時為0.5級， Z2L =1.7時為1級，Z2L =2.5時誤差大于

28、1級。四、電流互感器的分類與結(jié)構(gòu)1電流互感器的分類 按安裝地點可分為屋內(nèi)式和屋外式。 按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式(一次繞組為一匝，又可分為貫穿式與母線式)和復(fù)匝式(又稱多匝式，一次線圈為多匝)。 按絕緣可分為干式(用絕緣膠浸漬，用于屋內(nèi)低壓)、澆注式(用環(huán)氧樹脂澆注，用于35kV及以下的屋內(nèi)式)、油浸式(鐵心和繞組放于鐵箱或磁箱內(nèi)，用油浸泡，多用于屋外式)和氣體式(用SF6氣體絕緣，多用于110kV及以上的屋外式) 。2.電流互感器的結(jié)構(gòu) 圖2-19示出了單匝式和復(fù)匝式電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 在同一回路中，往往需要多只電流互感器，用以供給各種測量與各種保護。為了節(jié)約材料和降低投資，高壓電流互

29、感器常由多個沒有磁聯(lián)系的獨立鐵心和二次繞組與共用的一次繞組構(gòu)成具有同一電流比、多個二次繞組的電流互感器，如圖2-21b所示為具有3個二次繞組的電流互感器結(jié)構(gòu)。 按安裝方式可分為支持式(安裝在支柱上)、穿墻式(安裝在墻壁、樓板或金屬結(jié)構(gòu)的孔中)和裝入式(套裝在變壓器或高壓斷路器的引出套管中)。 圖2-19 電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖a) 單匝式 b) 多匝式1 一次繞組 2 絕緣 3 鐵心 4 二次繞組第三節(jié) 電壓互感器 電壓互感器的作用： 變換：將一次回路的高電壓變?yōu)槎位芈返牡碗妷?100 V)，供電給測量儀表和保護裝置繼電器的電壓線圈，使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜。隔離：

30、使電氣二次設(shè)備與一次高壓部分隔離，并且互感器的二次側(cè)均接地，從而保證二次設(shè)備和人身安全。一、電磁式電壓互感器 1. 電磁式電壓互感器的工作原理 其工作原理與變壓器相同，相當(dāng)于一臺小容量變壓器。 電磁式電壓互感器的特點 電壓互感器一次繞組匝數(shù)很多，與被測電路并聯(lián)。二次側(cè)所接測量儀表和繼電器的電壓線圈阻抗很大，近于開路（空載）狀態(tài)運行。 UN2已統(tǒng)一為100V或100/ V。 額定變壓比：電壓互感器一次、二次繞組額定電壓之比稱為額定變壓比，即 ku =UN1/UN22. TV的誤差 由等效電路可得 可以看出，測量有誤差，誤差由勵磁電流和內(nèi)阻抗造成。根據(jù)上述關(guān)系可畫出電壓相量圖如圖2-21所示。 相

31、位誤差 電壓誤差 即，電壓誤差 = 空載電壓誤差 + 負(fù)載電壓誤差即，相位誤差 = 空載相位差 + 負(fù)載相位差 由電壓相量在橫坐標(biāo)軸上的投影得由電壓相量在縱坐標(biāo)軸上的投影得電壓互感器的電壓誤差和相位誤差均與一次電壓U1、二次負(fù)載電流I2和功率因數(shù) cos2 這些運行參數(shù)有關(guān)。二次負(fù)載電流I2增大時，fu增大，u也相應(yīng)變化。 4. 電壓互感器的準(zhǔn)確級 電壓互感器TV的準(zhǔn)確級：是指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)載變化范圍內(nèi)，負(fù)荷功率因數(shù)為額定值時，最大電壓誤差的百分?jǐn)?shù)。 與電流互感器相似，電壓互感器的準(zhǔn)確級是根據(jù)電壓誤差的大小劃分的。對于測量級分為0.2、0.5、1和3級；對于保護級分為3P和6P。 5

32、. 電壓互感器的額定容量 電壓互感器的額定容量SN2，通常是指在規(guī)定的最高準(zhǔn)確級下所對應(yīng)的二次容量。 同一臺電壓互感器在不同的準(zhǔn)確級下具有不同的容量，準(zhǔn)確級越高，對應(yīng)的容量越?。划?dāng)二次負(fù)荷大于SN2時，TV的準(zhǔn)確級隨之下降。6. 電壓互感器的分類 按安裝地點可分為屋內(nèi)式(35kV及以下)和屋外式(多為110kV及以上)。 按相數(shù)可分為單相式(任何電壓級)和三相式(20kV及以下)。 按繞組數(shù)可分為雙繞組(35kV及以下)和三繞組(任何電壓級)。 按絕緣可分為干式(用絕緣膠浸漬，多用于屋內(nèi)低壓)、澆注式(用于335kV的屋內(nèi)式)、油浸式(多用于110kV及以上的屋外式)和SF6氣體絕緣式(110

33、kV及以上)。 7. 電壓互感器的結(jié)構(gòu) （1） 三相式結(jié)構(gòu) 三相式結(jié)構(gòu)的電壓互感器僅適用于20kV及以下電壓等級，有三相三柱式和三相五柱式兩種結(jié)構(gòu)，如圖2-25所示。 圖2-23 三相式電壓互感器結(jié)構(gòu)原理示意圖a) 三相三柱式結(jié)構(gòu) b) 三相五柱式結(jié)構(gòu)三相三柱式電壓互感器只能用來測量線電壓，由于它的一次側(cè)中性點不允許接地，故不能用來測量相對地電壓。 原因：要測量相對地電壓，它的一次側(cè)中性點必須接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，三相繞組中的零序電流同時流向中性點，產(chǎn)生的三相零序磁通同相位，在三個鐵心柱中不能構(gòu)成零序磁通通路，只能通過氣隙和鐵外殼構(gòu)成回路，由于磁阻很大，使得零序電流比正常勵磁電流大很多倍

34、，使互感器繞組過熱甚至燒毀。 三相五柱式電壓互感器由于兩個邊柱為零序磁通提供了通路，其一次繞組中性點可以接地。這種結(jié)構(gòu)與接線的電壓互感器可用來測量線電壓，也可以用測量相對地電壓。（2）單相式結(jié)構(gòu) 單相電壓互感器可以構(gòu)成單相、三相電壓互感器，適用于任何電壓等級。分為普通式和串級式，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-26所示。 1) 35kV及以下TV采用普通式結(jié)構(gòu)，它與普通小容量變壓器相似，圖2-26a和圖2-26b所示分別為單相雙繞組和單相三繞組TV結(jié)構(gòu)原理示意圖。 2) 110kV及以上的電磁式電壓互感器普遍制成串級式結(jié)構(gòu)，其特點是：鐵心與繞組采用分級絕緣，節(jié)省了絕緣材料，減小了重量和體積，降低了成本?；?/p>

35、感器由兩個鐵心(元件)組成，兩個鐵心互相絕緣；一次繞組分成匝數(shù)相等的四部分，分別繞在兩個鐵心的上、下鐵心柱上，按磁通相加方向順序串聯(lián)，接于相與地之間，每個鐵心上的兩個繞組的中點與鐵心相連。 結(jié)構(gòu)原理如圖2-24c所示： 連耦繞組4平衡繞組3一次繞組2二次繞組5每段繞組對鐵心的最高電壓為Uph/4，所以每段繞組對鐵心的絕緣只需按Uph/4設(shè)計，比普通結(jié)構(gòu)的TV減少了3/4的絕緣。 連耦繞組的作用:問題：當(dāng)二次繞組流過負(fù)載電流時會產(chǎn)生去磁磁通，使末級鐵心(下部鐵心)內(nèi)的磁通小于上部鐵心內(nèi)的磁通，造成各段線圈感抗不等，電壓分布不均勻。解決方法：在兩鐵心相鄰的鐵心柱上，繞有匝數(shù)相等、繞向相同、反向?qū)?/p>

36、的連耦繞組4。當(dāng)兩個鐵心中磁通不相等時，連耦繞組內(nèi)出現(xiàn)環(huán)流，使磁通較大的鐵心去磁和磁通較小的鐵心助磁，從而兩個鐵心內(nèi)磁通大致相等，各段繞組電壓分布均勻。 平衡繞組的作用:問題：同一鐵心的兩個鐵心柱，由于位置不同，漏磁通路有差異，會使兩鐵心柱中磁通不等，此兩鐵心柱上的兩段線圈的電壓分布不勻。解決方法：在同一鐵心的上下鐵心柱上繞有匝數(shù)相等、繞向相同、反向?qū)拥钠胶饫@組3。三、電壓互感器的接線方式a)、b)一臺單相式電壓互感器接線 c)兩臺單相雙繞組電壓互感器V-V接線 d)三臺單相三繞組電壓互感器（或一臺三相五柱式電壓互感器）接線 e)電容式電壓互感器接線兩柱中不等的磁通在平衡繞組內(nèi)產(chǎn)生平衡電流，

37、使磁通大者去磁，磁通小者助磁，從而使兩柱中磁通相等，兩段線圈電壓分布均勻。 三臺單相式電壓互感器構(gòu)成的完全星形接線方式 如圖2-26d所示，在3220kV系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，由于其一次和二次側(cè)中性點均接地，故可以用來測量相間電壓和相對地電壓。 一臺單相式電壓互感器接線方式 圖2-26a是由一臺單相電壓互感器測量相對地電壓，這種接線適用于110220kV中性點直接接地系統(tǒng)中，其額定一次電壓UN1=UNS/ 。其UN2=100V。 圖2-26b是由一臺單相電壓互感器測量相間電壓，適用于335kV中性點不接地系統(tǒng)中。其額定一次電壓UN1為所接電網(wǎng)的額定電壓UNS。其額定二次電壓UN2=100V。 兩

38、臺單相式電壓互感器不完全星形(即VV)接線方式 如圖2-26c所示，兩臺單相電壓互感器分別接于母線的A相B相和B相C相之間，用來測量相間電壓，這種接線常用于320kV小電流接地系統(tǒng)中。其額定一次電壓UN1為所接系統(tǒng)母線的額定電壓UNS，即UN1=UNS。其額定二次電壓UN2=100V。 單相金屬性接地時(例如A相)：B、C相電壓上升為線電壓，開口三角電壓為：二次繞組的額定電壓UN2=100/ V。輔助二次繞組（開口三角形接線）用于小電流接地系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置時，每相輔助二次繞組的額定電壓為100/3V。若每相輔助二次繞組的額定電壓為100/3V，則單相金屬性接地時，開口三角兩端之間電壓為100

39、V。正常運行時：開口三角兩端之間電壓為：其額定一次電壓UN1 =UNS / 。輔助二次繞組（開口三角形接線）用于大電流接地系統(tǒng)的接地保護時，每相輔助二次繞組的額定電壓為100V。正常運行時，開口三角兩端之間電壓為0V；單相金屬性接地時，開口三角兩端之間電壓為100V。 正常運行時：單相金屬性接地時(例如A相)：相電壓沒有變，開口三角電壓為：若每相輔助二次繞組的額定電壓為100V，則單相金屬性接地時，開口三角兩端之間電壓為100V。(4) 三相五柱式電壓互感器 接線與圖2-28d類似，可用來測量相間電壓和相對地電壓，它只用于320kV系統(tǒng)中。這種電壓互感器在其內(nèi)部已完成了繞組的連接，故UN1=UNS；UN2=100V（二次繞組線電壓）；每相輔助二次繞組的額定電壓為100/3V。 (5) 電壓互感器與電力系統(tǒng)的連接 3 35kV的電壓互感器需經(jīng)隔離開關(guān)和熔斷器接入高壓電網(wǎng)。高壓側(cè)熔斷器的作用