電氣工程師考試大綱-互感器

4.11互感器

考試大綱

11.1駕馭電流、電壓互感器的工作原理、接線形式及負(fù)載要求

11.2了解電流、電壓互感器在電網(wǎng)中的配置原則及接線形式

11.3

了解各種形式互感器的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

4.11互感器

互感器是一種特別的變壓器，它被廣泛應(yīng)用于供電系統(tǒng)中向測量儀表和繼電器的電壓線圈或電流線圈供電。

互感器的作用：

（1）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，使測量儀表和愛護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)靈巧、價格便宜，并便于屏內(nèi)安裝。

（2）隔離高壓電路?；ジ衅饕淮蝹?cè)和二次側(cè)沒有電的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的平安。

11.1.1電流互感器

電流互感器是將一次側(cè)的大電流，按比例變?yōu)檫m合通過儀表或繼電器運(yùn)用的，額定電流為5A的變換設(shè)備。

1．電流互感器的工作原理

電力系統(tǒng)中廣泛采納的是電磁式電流互感器（以下簡稱電流互感器）。它的工作原理和變壓器相像。

電流互感器一、二次電流之比稱為電流互感器的額定互感比。

（4-11-1）式中

——一次線圈的額定電流，A；

——二次線圈的額定電流，5A。

11.1.1電流互感器

電流互感器的特點(diǎn)：

1）一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少；故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負(fù)荷電流，而與二次電流大小無關(guān)；

2）電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常狀況下，電流互感器在近于短路的狀態(tài)下運(yùn)行。

11.1.1電流互感器

2．電流互感器的誤差

電流誤差為二次電流的測量值乘以額定互感比后與實(shí)際一次電流之差，以百分?jǐn)?shù)表示即

（4-11-3）

相位差為旋轉(zhuǎn)180°的二次電流相量

與一次電流相量之間的夾角，并規(guī)定

超前于時，相位差為正值；反之為負(fù)值。

11.1.1電流互感器

3．電流互感器的接線形式

電流互感器的接線形式指的是電流互感器與測量儀表或愛護(hù)繼電器之間的連接形式。三相完全星形接線

兩相不完全星形接線

11.1.1電流互感器

（1）三相三完全星形接線可以精確反映三相中每一相的真實(shí)電流。該接線方式應(yīng)用在大電流接地系統(tǒng)中，愛護(hù)線路的三相短路、兩相短路和單相接地短路。

（2）兩相兩繼電器不完全星形接線可以精確反映兩相的真實(shí)電流。該接線方式應(yīng)用在6～10kV中性點(diǎn)不接地的小電流接地系統(tǒng)中，愛護(hù)線路的三相短路、兩相短路。

11.1.1電流互感器

（3）兩相接差動式接線反映

兩相差電流。

該接線特點(diǎn)是U、W相電流互感

器接成電流差式，通過繼電器的

電流是U、W相電流互感器二次側(cè)

電流差。該接線方式應(yīng)用在6～

兩相差接線

10kV中性點(diǎn)不接地的小電流接地系統(tǒng)中，愛護(hù)線

路的三相短路、兩相短路、小容量電動機(jī)愛護(hù)、

小容量變壓器愛護(hù)。

11.1.1電流互感器

（4）單相接線在三相負(fù)荷平衡時，可以用單相電流反映三相電流值，主要用于測量電路。

11.1.1電流互感器

（5）兩相三完全星形接線

中流入第三個繼電器的電流

是

。

該接線方式應(yīng)用在大電流

接地系統(tǒng)中，愛護(hù)線路的三

相短路、兩相短路。

兩相三完全星形接線

11.1.1電流互感器

電流互感器在接線中應(yīng)留意以下內(nèi)容：

1）電流互感器的二次側(cè)在運(yùn)用時肯定不行開路。運(yùn)用過程中拆卸儀表或繼電器時，應(yīng)事先將二次側(cè)短路。安裝時，接線應(yīng)牢靠，不允許二次側(cè)安裝熔絲；

2）二次側(cè)必需有一端接地。防止一、二次側(cè)絕緣損壞，高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備平安；

3）接線時要留意極性。電流互感器一、二次側(cè)的極性端子，都用字母表明極性。

4）一次側(cè)串接在線路中，二次側(cè)的繼電器或測量儀表串接。

11.1.1電流互感器

高壓電流互感器多制成兩個鐵芯和兩個副繞組的型式，分別接測量儀表和繼電器，滿意測量儀表和繼電愛護(hù)的不同要求。

電流互感器供測量用的鐵芯在一次側(cè)短路時應(yīng)當(dāng)簡單飽和，以限制二次側(cè)電流增長的倍數(shù)；

供繼電愛護(hù)用的鐵芯，在一次側(cè)短路時不應(yīng)飽和，使二次側(cè)的電流與一次側(cè)的電流成正比例增加。

11.1.1電流互感器

4．電流互感器的負(fù)載要求

（1）電流互感器的精確級

電流互感器依據(jù)測量時誤差的大小而劃分為不同的精確級。精確級是指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大誤差。

（2）電流互感器10％誤差曲線

電流互感器的10％誤差曲線就是在保證電流互感器誤差不超過±10％的條件下，一次電流的倍數(shù)n與電流互感器允許最大二次負(fù)載阻抗

的關(guān)系曲線。

11.1.1電流互感器

（3）電流互感器的額定容量

電流互感器的額定容量系指電流互感器在額定二次電流和額定二次阻抗下運(yùn)行時，二次線圈輸出的容量。

（4-11-4）

由于電流互感器的二次電流為標(biāo)準(zhǔn)值（5A或1A），故其容量也常用額定二次阻抗來表示。因電流互感器的誤差和二次負(fù)荷有關(guān)，故同一臺電流互感器運(yùn)用在不同精確級時，會有不同的額定容量。

電流互感器對負(fù)載的要求就是負(fù)載阻抗之和不能超過互感器的額定二次阻抗值。

11.1.2電壓互感器

電壓互感器是將一次側(cè)的高電壓按比例變?yōu)檫m合儀表或繼電器運(yùn)用的額定電壓為100V的變換設(shè)備。

1．電磁式電壓互感器

（1）電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相同。

電壓互感器的特點(diǎn)

1）容量很小，類似一臺小容量變壓器，但結(jié)構(gòu)上要求有較高的平安系數(shù)；

2）電壓互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很大，正常狀況下，電壓互感器在近于空載的狀態(tài)下運(yùn)行。

11.1.2電壓互感器

（2）額定變比

電壓互感器一、二次繞組電壓之比稱為電壓互感器的額定互感比。

（4-11-5）式中

——等于電網(wǎng)的額定電壓，kV；

——額定電壓為100V。

11.1.2電壓互感器

（3）電壓互感器誤差

電壓誤差為二次電壓的測量值與額定互感比

的乘積與實(shí)際一次電壓之差，以百分?jǐn)?shù)表示；

（4-11-6）

的二次電壓相量

相位差為旋轉(zhuǎn)180與一次電壓相量之間的夾角，并規(guī)定

超前于時相位差為正，反之為負(fù)。

電壓互感器的誤差與二次負(fù)載、功率因數(shù)和一次電壓等運(yùn)行參數(shù)有關(guān)。

11.1.2電壓互感器

2．電容式電壓互感器

隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的增高，電磁式電壓互感器的體積越來越大，成本隨之增高，普遍采納電容式電壓互感器。

（1）電容式電壓互感

器的工作原理

電容式電壓互感器實(shí)質(zhì)

上是一個電容分壓器，在

被測裝置的相和地之間接

電容式電壓互感器原理接線圖

有電容

和

，按反比分壓，上的電壓為

11.1.2電壓互感器

（2）電容式電壓互感器誤差

電容式電壓互感器的誤差是由空載電流、負(fù)載電流以及阻尼器的電流流經(jīng)互感器繞組產(chǎn)生壓降而引起的，其誤差由空載誤差

、，負(fù)載誤差

、和阻尼器負(fù)載電流產(chǎn)生的誤差

、等幾部分組成，即

電容式電壓互感器的誤差除受一次電壓、二次負(fù)荷和功率因數(shù)的影響外，還與電源頻率有關(guān)。

電容式電壓互感用于110～500kV中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)。

11.1.2電壓互感器

3．電壓互感器的接線形式

（1）單相接線

該接法僅適用于測量相間電壓。假如互感器一次繞組的一端接在線路上，另一端接地，互感器可測量某一相對地電壓。單相接線

11.1.2電壓互感器

（2）V－V接線

由兩個單相互感器接線成不完全星形（V－V形），用來測量各相間電壓，但不能測量相對地電壓，它廣泛應(yīng)用在20kV以下中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圖接地的電網(wǎng)中。

V－V接線

11.1.2電壓互感器

（3）Y－Y接線

由三個單相互感器一、二次側(cè)均接成Y形，可供應(yīng)要求線電壓的儀表和繼電器以及要求相電壓的絕緣監(jiān)視電壓表。

Y－Y接線

11.1.2電壓互感器

接線

（4）Y0/Y0/

接線，該接線方式其二次繞組用來測量相間電壓和相對地電壓，協(xié)助二次繞組接成開口三角形檢測零序電壓。用于3～220kV系統(tǒng)（110kV及以上無高壓熔斷器），供接入溝通電網(wǎng)絡(luò)緣監(jiān)視儀表用三臺單相三繞組電壓互感器構(gòu)成Y0/Y0/

和繼電器用。

三相五柱式電壓

互感器只用于3～

15kV系統(tǒng)，其接線

接線與三臺單相三繞組

Y0/Y0/

接線基本相同。電壓互感器構(gòu)成Y0/Y0/

11.1.2電壓互感器

運(yùn)用電壓互感器應(yīng)留意以下事項(xiàng)：

1）電壓互感器的二次側(cè)在工作時不能短路。在正常工作時，其二次側(cè)的電流很小，近于開路狀態(tài)，當(dāng)二次側(cè)短路時，其電流很大（二次側(cè)阻抗很小）將燒毀設(shè)備。

2）電壓互感器的二次側(cè)必需有一端接地，防止一、二次側(cè)擊穿時，高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備平安。

3）電壓互感器接線時，應(yīng)留意一、二次側(cè)接線端子的極性。以保證測量的精確性。

4）電壓互感器的一、二次側(cè)通常都應(yīng)裝設(shè)熔絲作為短路愛護(hù)，同時一次側(cè)應(yīng)裝設(shè)隔離開關(guān)作為平安檢修用。

5）一次側(cè)并接在線路中。

11.1.2電壓互感器

4．電壓互感器精確級和容量

電壓互感器的精確級，是指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變更范圍內(nèi)，負(fù)荷功率因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。

由于電壓互感器誤差與負(fù)荷有關(guān)，所以同一臺電壓互感器對應(yīng)于不同的精確級便有不同的容量。通常額定容量是指對應(yīng)于最高精確級的容量。電壓互感器依據(jù)在最高工作電壓下長期工作允許的發(fā)熱條件，還規(guī)定了最大容量。

電壓互感器的負(fù)載要求就是負(fù)載容量之和不能超過互感器的額定二次容量值。

11.2互感器的配置原則

互感器在主接線中的配置與測量儀表、同期點(diǎn)的選擇、愛護(hù)和自動裝置的要求以及主接線的形式有關(guān)。

11.2.1電流互感器的配置

（1）為了滿意測量和愛護(hù)裝置的須要，在發(fā)電機(jī)、變壓器、出線、母線分段及母聯(lián)斷路器、旁路斷路器等回路中均設(shè)有電流互感器。對于大接地短路電流系統(tǒng)，一般按三相配置；對于小接地短路電流系統(tǒng)，依詳細(xì)要求按二相或三相配置。

（2）對于愛護(hù)用電流互感器應(yīng)盡量消退主愛護(hù)裝置的不愛護(hù)區(qū)。例如，若有兩組電流互感器，且位置允許時應(yīng)設(shè)在斷路器兩側(cè)，使斷路器處于交叉愛護(hù)范圍之中。

（3）為了減輕內(nèi)部故障對發(fā)電機(jī)的損傷，用于自動調(diào)整勵磁裝置的電流互感器應(yīng)配置在發(fā)電機(jī)定子繞組的出線側(cè)。為便于分析和在發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)前發(fā)覺內(nèi)部故障，用于測量的電流互感器宜裝設(shè)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)。

11.2.2電壓互感器的配置

（1）母線除分路母線外，一般工作及備用母線都裝有一組電壓互感器，用于同期、測量儀表和愛護(hù)裝置。

（2）線路35kV及以上輸電線路，當(dāng)對端有電源時，為了監(jiān)視線路有無電壓、進(jìn)行同期和設(shè)置重合閘，裝有一臺單相電壓互感器。

（3）發(fā)電機(jī)一般裝二組電壓互感器。一組（D，y接線），用于自動調(diào)整勵磁裝置。另一組供測量儀表、同期和愛護(hù)裝置運(yùn)用，該互感器采納三相五柱式或三只單相接地專用互感器，其開口三角形供發(fā)電機(jī)未并列之前檢查接地之用。當(dāng)互感器負(fù)荷太大時，可增設(shè)一組不完全星形連接的互感器，專供測量儀表運(yùn)用。20萬kW及以上發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)常接有單相電壓互感器，用于100％靜子接地愛護(hù)。

（4）變壓器變壓器低壓側(cè)有時為了滿意同期或愛護(hù)的要求，設(shè)有一組不完全星形接線的電壓互感器。

11.3.1電流互感器類型

1．電流互感器的分類

（1）按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式。20kV以下制成戶內(nèi)式；35kV及以上多制成戶外式。

（2）按安裝方式可分為穿墻式、支持式和裝入式。穿墻式裝在墻壁或金屬結(jié)構(gòu)的孔中，可節(jié)約穿墻套管；支持式則安裝在平面或支柱上；裝入式是套在35kV及以上變壓器或多油斷路器油箱內(nèi)的套管上，故也稱為套管式。

（3）按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式等。干式用絕緣膠浸漬，適用于低壓戶內(nèi)的電流互感器；澆注式利用環(huán)氧樹脂作絕緣，多用于35kV及以下的電流互感器；油浸式多為戶外型。

（4）按一次繞組匝數(shù)可分為單匝和多匝式。

11.3.1電流互感器類型

（5）新型電流互感器按高、低壓部分的耦合方式，可分為無線電電磁波耦合、電容耦合和光電耦合式，其中光電式電流互感器性能更佳。新型電流互感器的特點(diǎn)是凹凸壓間沒有干脆的電磁聯(lián)系，使絕緣結(jié)構(gòu)大為簡化；測量過程中不須要消耗很大能量；沒有飽和現(xiàn)象，測量范圍寬，暫態(tài)響應(yīng)快，精確度高；重量輕、成本低。

11.3.1電流互感器類型

2．電流互感器的結(jié)構(gòu)

（1）單匝式結(jié)構(gòu)有貫穿式（一次繞組為單根銅管或銅桿）和母線式（以母線穿過互感器作為一次繞組）。

（2）額定電流在400A以下采納多匝式。多匝式接結(jié)構(gòu)可分為線圈式、“8”字型和“U”字型?！?”字型繞組結(jié)構(gòu)的電流互感器，只用于35～110kV電壓級。220kV“U”字型繞組電流互感器，在110kV及以上的高壓電流互感器中得到廣泛的應(yīng)用。

在同一回路中，往往須要數(shù)量許多的電流互感器，高壓電流互感器常由多個沒有磁聯(lián)系的獨(dú)立鐵芯和二次繞組與共用的一次繞組組成同一電流比、多二次繞組的電流互感器。對于110kV及以上的電流互感器，常將一次繞組分成幾組，通過切換來變更繞組的串、并聯(lián)，以獲得2～3種互感比。

11.3.2電壓互感器類型

1．電壓互感器的分類

（1）按安裝地點(diǎn)分戶內(nèi)和戶外；

（2）按相數(shù)分單相和三相式，只有20kV以下才有三相式；

（3）按繞組數(shù)分雙繞組和