《電氣設備運行與維護》課件-項目七 互感器

第四章

儀用互感器第一節(jié)

互感器的作用及工作特性

第二節(jié)

電流互感器

第三節(jié)

電壓互感器第一節(jié)

互感器的作用及工作特性一、互感器與系統(tǒng)的連接二、互感器的作用三、互感器的工作特性概述

互感器包括電流互感器和電壓互感器，是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要元件。它將一次側的高電壓、大電流變成二次側標準的低電壓（100V或V）和小電流（5A或1A），分別用以向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈等供電。將高電壓變?yōu)榈碗妷旱姆Q為電壓互感器；將大電流變?yōu)樾‰娏鞯姆Q為電流互感器。目前，互感器常采用電磁式和電容式，隨著電力系統(tǒng)容量的增大和電壓等級的提高，新型傳感器如光電式、無線電式互感器正應運而生，將應用于電力生產中。本項目主要分析了電流互感器、電壓互感器的結構，接線方式及工作特點。一、互感器與系統(tǒng)的連接圖中TV表示電壓互感器，TA表示電流互感器。V、A、kWh分別表示電壓表、電流表和電能表。電壓互感器的一次繞組并接電網，二次繞組和測量儀表或繼電器電壓線圈并聯(lián)。A1和a2是一二次繞組的同名端，同理X1和x2也是一二次繞組的同名端；電流互感器的一次繞組串接于電網，二次繞組與測量儀表或繼電器電流線圈串聯(lián)，L1和K1是一二次繞組的同名端，同理L2和K2也是一二次繞組的同名端。在安裝接線時同名端不可接錯，否則會造成這些裝置運行的紊亂。二、互感器的作用1.與測量儀表配合，測量電力系統(tǒng)的電流電壓和電能。2.與繼電保護裝置配合，對電力系統(tǒng)的線路及發(fā)、變、配電設備進行保護。3.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。4.將電力系統(tǒng)中的大電流和高電壓換成統(tǒng)一的標準值三、互感器的工作特性（一）電流互感器的工作特性（二）電壓互感器的工作特性（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。4.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?；ジ衅魅砸３譁y量所需要的準確度。6.電流互感器的結構應滿足熱穩(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。第二節(jié)

電壓互感器一電磁式電壓互感器二電壓互感器準確度級和容量一電磁式電壓互感器（一）電磁式電壓互感器的工作原理（二）電磁式電壓互感器的測量誤差及影響誤差的運行因素（三）電磁式電壓互感器的結構類型和型號1、電壓互感器分類（1）按安裝地點可分為戶內式和戶外式。35KV及以下的電壓互感器多制成戶內式，35KV及以上多制成戶外式。（2）按相數(shù)可分為單相式和三相式。只有20KV及以下的電壓互感器才制成三相式。（3）按繞組數(shù)可分為雙繞組和三繞組式。三繞組電壓互感器有兩個二次側繞組，供給測量儀表和繼電器的基本二次繞組和供接地保護用的輔助二次繞組。（4）按絕緣介質分干式電壓互感器。由普通絕緣材料浸漬絕緣漆作為絕緣，多用在500V及以下低電壓等級。澆注絕緣電壓互感器。由環(huán)氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注成型，多用在3～35KV的戶內配電裝置中。油浸式電壓互感器。由絕緣紙和絕緣油作為絕緣，是我國最常見的結構型式，常用在110KV及以上的戶外式配電裝置中。氣體絕緣電壓互感器。由氣體做主絕緣，多用在超高壓、特高壓等級。（5）按電壓變換原理分電磁式電壓互感器。根據(jù)電磁感應原理變換電壓，原理與基本結構和變壓器完全相似，我國多在220KV及以下電壓等級采用。電容式電壓互感器。由電容分壓器、補償電抗器、中間變壓器、阻尼器及載波裝置防護間隙等組成，目前我國110KV～500KV電壓等級均有應用，超高壓只生產電容式電壓互感器。光電式電壓互感器。通過光電變換原理以實現(xiàn)電壓變換，近年來才開始使用。（一）電磁式電壓互感器的工作原理電壓互感器相當于降壓變壓器。工作時，一次繞組并聯(lián)在一次電路中，而二次繞組并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。因此電壓低，額定電壓一般為100V；容量小，只有幾十伏安或幾百伏安；負荷阻抗大，工作時其二次側接近于空載狀態(tài)，且多數(shù)情況下它的負荷是恒定的。

（二）電磁式電壓互感器的測量誤差及影響誤差的運行因素1.電壓誤差：

電壓誤差為二次電壓的測量值乘額定互感比所得一次電壓的近似值與實際一次電壓之差

2.角誤差：

角誤差為旋轉180°的二次電壓相量與一次電壓相量之間的夾角。3.電壓互感器運行工況對誤差的影響.

3.電壓互感器運行工況對誤差的影響影響電壓互感器誤差的運行工況是二次負荷、功率因數(shù)和一次電壓的值。

（1）一次電壓的影響。電壓互感器一次額定電壓已標準化，將一臺互感器用于高或低的電壓等級中，或運行中離額定電壓偏離太遠，勵磁電流和角都會隨著發(fā)生變化，電壓互感器的誤差就會增大。故正確地使用互感器，應使一次額定電壓與電網的額定電壓相適應。（2）二次負荷及功率因數(shù)的影響。如果一次電壓不變，則二次負載阻抗及功率因數(shù)直接影響誤差的大小。當接帶的負荷過多，二次負載阻抗下降，二次電流增大，在電壓互感器繞組上的電壓降上升，使誤差增大；二次負載的功率因數(shù)過大或過小時，除影響電壓誤差外，角誤差也會相應的增大。因此，要保證電壓互感器的測量誤差不超過規(guī)定值，應將其二次負載阻抗和功率因數(shù)限制在相應的范圍內。（三）電磁式電壓互感器的結構類型和型號1.電磁式電壓互感器的分類

2.電磁式電壓互感器的結構類型

3.電磁式電壓互感器的型號1.電磁式電壓互感器的分類（1）按安裝地點可分為戶內式和戶外式。（2）按相數(shù)可分為單相式和三相式。只有20kV以下才制成三相式。（3）按每相繞組數(shù)可分為雙繞組和三繞組式。三繞組電壓互感器有兩個二次側繞組：基本二次繞組和輔助二次繞組。輔助二次繞組供接地保護用。（4）按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式、串級油浸式和電容式等。干式多用于低壓；澆注式用于3～35kV；油浸式主要用于35kV及以上的電壓互感器。電磁式電壓互感器的型號2.電磁式電壓互感器的結構類型（1）35kV及以下的電壓互感器。（2）110～220kV電壓互感器。（1）35kV及以下的電壓互感器35kV及以下電壓互感器的結構和普通變壓器基本一致。根據(jù)其絕緣方式的不同，可分為干式、環(huán)氧澆注式和油浸式三種。干式電壓互感器一般只用于低壓的戶內配電裝置。澆注式電壓互感器用于3～35kV戶內配電裝置。油浸式電壓互感器JDJJ2-35型、JDJ2-35型被廣泛用于35kV系統(tǒng)中。110～220kV電壓互感器JCC1-110串級式電壓互感器由兩臺110kV電壓互感器串接組成的220kV電壓互感器JDX-110型電壓互感器的鐵芯是接地的，為單級絕緣結構。

JCC型電壓互感器有一個二次繞組，供測量和保護用；一個剩余電壓繞組，三相接成開口三角，測量零序電壓用。

JDCF型和JDX-110型電壓互感器均由兩個二次繞組，測量和保護分開，以及一個剩余電壓繞組。防止鐵磁諧振的發(fā)生引起事故的措施：降低電壓互感器磁密是減少此類事故發(fā)生的措施之一。JCC1-110串級式電壓互感器由兩臺110kV電壓互感器串接組成的220kV電壓互感器二、電壓互感器準確度級和容量1.電壓互感器的準確度級2.電壓互感器的額定容量1.電壓互感器的準確度級電壓互感器的測量誤差，以用其準確度級來表示。電壓互感器的準確度級，是指在規(guī)定的一次電壓和二次負荷變化范圍內，負荷的功率因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。電壓互感器的測量精度有0.2、0.5、1、3、3P、6P六個準確度級，同電流互感器一樣，誤差過大，影響測量的準確性，或對繼電保護產生不良影響。一般0.1、0.2級主要用于實驗室精密測量和供電容量超過一定值（月供電量超過100萬kWh）的線路或用戶；0.5級的可用于收費用的電能表；0.5~1級的用于發(fā)電廠、變電所的盤式儀表和技術上用的電能表，3級的用于某些測量儀表和繼電保護裝置。保護用電壓互感器用P表示，常用的有3P和6P。2.電壓互感器的額定容量電壓互感器的誤差與二次負荷有關，因此對應于每個準確度級，都對應著一個額定容量，但一般說電壓互感器的額定容量是指最高準確度級下的額定容量。電壓互感器按最高電壓下長期工作允許的發(fā)熱條件出發(fā)，還規(guī)定最大容量。與電流互感器一樣，要求在某些準確度級下測量時，二次負載不應超過該準確級規(guī)定的容量，否則準確度級下降，測量誤差是滿足不了要求的.第二節(jié)

電流互感器一電流互感器的結構類型和型號二電磁式電流互感器的工作原理三電流互感器測量誤差及影響誤差的運行因素四電流互感器的準確級和額定容量五電流互感器的接線方式六電流互感器的配置原則七電流互感器使用注意事項一電流互感器分類電流互感器的分類與電壓互感器類似。（1）按安裝地點可分為屋內式和屋外式。20KV及以下的多制成戶內式，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構的孔中，可節(jié)約穿墻套管；支持式的安裝在平面或支柱上；裝入式的套在35KV及以上變壓器的套管上，故也稱套管式。（3）按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式和氣體式。干式電流互感器用絕緣膠浸漬，適用于低壓的戶內電流互感器；澆注式電流互感器利用環(huán)氧樹脂為絕緣材料，用于35KV及以下的戶內裝置中；油浸式電流互感器多用于35KV及以上的戶外裝置中。（4）按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式和多匝式。單匝式分為貫穿型和母線型兩種；多匝式可分為線圈式、“8”字形和“U”字形。（5）按用途可分為測量用和保護用。一電磁式電流互感器的工作原理二、電流互感器測量誤差及影響誤差的運行因素（一）電流誤差（又稱比差）：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)。（二）角誤差（角差）：旋轉180o的二次電流與一次電流之間的夾角。（三）電流互感器運行工況對誤差的影響

（三）電流互感器運行工況對誤差的影響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），由于鐵芯開始飽和，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（1）誤差與二次負荷阻抗成正比。（2）當二次負荷功率因數(shù)角增加時，數(shù)值誤差增大，而角誤差減小。反之，當二次負荷功率因數(shù)角減小時數(shù)值誤差減小，而角誤差增大。3.電流互感器二次線圈開路二次側感應出很高的電勢，對人身和設備都是極有害的。此外，在鐵芯中還會產生剩磁使互感器誤差增大。會引起鐵芯和繞組過熱。三電流互感器的準確級和額定容量（一）電流互感器的準確級（二）保護用電流互感器的10%倍數(shù)（三）電流互感器的額定容量（一）電流互感器的準確級電流互感器的測量誤差，可以用其準確度級來表示，準確度級是指在規(guī)定的二次負荷變化范圍內，一次電流為額定值時的最大電流誤差。我國電流互感器準確級和誤差的限值如表4-4所示。一般0.1、0.2級主要用于實驗室精密測量和供電容量超過一定值（月供電量超過100萬kWh）的線路或用戶；0.5級的可用于收費用的電能表；0.5～1級的用于發(fā)電廠、變電所的盤式儀表和技術上用的電能表；3級、5級的電流互感器用于一般的測量和某些繼電保護上；5P和10P級的用于繼電保護。表4-4電流互感器的準確度等級和誤差限值（二）保護用電流互感器的10%倍數(shù)

保護用的電流互感器在正常負荷范圍內的準確度要求不如測量用的高，一般只要求3～10級，但在短路情況下，保護級的電流誤差不應大于10%。當一次電流為額定電流的n倍時，誤差達到10%，則n稱為10%電流倍數(shù)。n的數(shù)值與二次負荷阻抗有關，二者之間的關系曲線如圖7-3所示，稱為電流互感器的10%誤差曲線，一般由廠家提供。使用時由曲線上查出相應的二次負荷阻抗值，只要實際的負荷阻抗小于該值，就能保證誤差在10%內。（三）

電流互感器的額定容量電流互感器的額定容量SN系指電流互感器在額定二次電流和額定二次阻抗下運行時，二次繞組輸出的容量。由于電流互感器的額定二次電流為標準值（5A獲1A），也為了便于計算，有的廠家提供電流互感器的額定阻抗ZL值。因電流互感器的誤差和二次負荷有關，故同一臺電流互感器使用在不同準確級時，會有不同的額定容量。五電流互感器的結構類型和型號（一）電流互感器的型號（二）電流互感器的結構（一）電流互感器的型號（三）電流互感器的結構

互感器的基本組成部分是繞組、鐵芯、絕緣物和外殼。為了節(jié)約材料和降低投資，一臺高壓電流互感器常安裝有相互間沒有磁聯(lián)系的獨立的鐵芯環(huán)和二次繞組，并共用一次繞組。這樣可以形成變比相同、準確度級不同的多臺電流互感器。（1）套管式電流互感器（2）充油式電流互感器（3）電容式電流互感器（4）SF6氣體絕緣倒立式電流互感器（5）穿墻式環(huán)氧電流互感器（1）套管式電流互感器

單匝式電流互感器的一次繞組由單根直導體構成。二次繞組均勻的繞在鐵芯上，以利減少漏磁。制成的二次繞組套在絕緣套外面，例如變壓器套管電流互感器，穿墻套管電流互感器，斷路器套管電流互感器等都是這類結構。（2）充油式電流互感器35～110KV電流互感器多數(shù)采用充油式。LCWD1-35型電流互感器有兩個環(huán)形鐵芯，鐵芯外面繞二次繞組（一個0.5級和一個P級），一次繞組穿過鐵芯與二次繞組構成“8”字式的鏈狀，如左圖所示。L-110型電流互感器采用串級原理結構，如右圖所示。圖4-6110kV“8”字型繞組電流互感器繞組結構1—繞組；2—一次繞組絕緣；3—二次繞組及鐵心（3）電容式電流互感器這類產品采用全封閉結構，由油箱、絕緣套、器身、油枕及膨脹器等部件組成。膨脹器又是互感器的防爆裝置。全密封結構有兩大優(yōu)點：①與空氣隔絕，能延緩油的老化過程；②油因熱脹冷縮進行呼吸過程中，不會將空氣吸入，避免了互感器因受潮進水而引發(fā)爆炸事故。

（4）SF6氣體絕緣倒立式電流互感器

適用于110kv、50Hz電力系統(tǒng)中作電流、電能測量及繼電保護用。該產品主要由軀殼、高強度瓷套、底座、一次導電桿、二次繞組等部分組成。產品頂部裝有壓力釋放裝置，以避免突發(fā)性事故的發(fā)生。底座上設有SF6閥門及密度繼電器和二次接線板等。電場分布均勻，局部放電量低。倒立式結構，氣體絕緣，抗動熱穩(wěn)定電流能力大。絕緣性能穩(wěn)定，無老化現(xiàn)象。維護簡便，運行安全，無爆炸及火災可能。LVQB-110W2型SF6氣體絕緣鐘罩形倒立式電流互感器LVQB-110w2型SF6氣體絕緣“T”形倒立式電流互感器（5）穿墻式環(huán)氧電流互感器LA(J)-10型電流互感器為穿墻式環(huán)氧樹脂澆注絕緣產品，適用于頻率50HZ或60HZ、額定電壓10KV的電力系統(tǒng)中，作電能計量、電流測量和繼電保護用。四電流互感器的接線方式（一）

電流互感器的極性（二）電流互感器的接線方式

（一）

電流互感器的極性電流互感器在連接時，要注意其端子的極性，按照規(guī)定，我國互感器和變壓器的繞組端子，均采用“減極性”標號法。用“減極性”法所確定的“同名端”，實際上就是“同極性端”，即在同一瞬間，兩個同名端同為高電位或同為低電位。按規(guī)定，電流互感器的一次繞組端子標以L1、L2,二次繞組端子標以K1、K2，L1與K1為同名端，L2與K2為同名端。如果一次電流從L1流向L2，則二次電流應從K2流向K1，如圖4-9所示。

（二）電流互感器的接線方式（a）一相式接線（b）兩相V形接線

（c）兩相電流差接線（d）三相星形接線六電流互感器的配置原則1.每條支路的電源側均裝設足夠數(shù)量的電流互感器，供該支路測量、保護使用。此原則同于開關電器的配置原則，因此有斷路器與電流互感器緊鄰布置。配置的電流互感器應滿足下列要求：①一般應將保護與測量用的電流互感器分開；②盡可能將電能計量儀表互感器與一般測量用互感器分開，前者必須使用0.5級互感器，并應使正常工作電流在電流互感器額定電流的2/3左右；③保護用互感器的安裝位置應盡量擴大保護范圍，盡量消除主保護的不保護區(qū)；④大接地電流系統(tǒng)一般三相配置以反應單相接地故障；小電流接地系統(tǒng)發(fā)電機、變壓器支路也應三相配置以便監(jiān)視不對稱程度，其余支路一般配置于A、C相。電流互感器的配置原則2．為了減輕內部故障時發(fā)電機的損傷，用于自動調節(jié)勵磁裝置的電流互感器應布置在發(fā)電機定子繞組的出線側。為了便于分析和在發(fā)電機并入系統(tǒng)前發(fā)現(xiàn)內部故障，用于測量儀表的電流互感器宜裝在發(fā)電機中性點側。3.配備差動保護的元件，應在元件各端口配置電流互感器，當各端口屬于同一電壓級時，互感器變比應相同，接線方式相同。Y/-11接線組別變壓器的差動保護互感器接線應分別為三角形與星型以實現(xiàn)兩側二次電流的相位校正。4.為了防止支持式電流互感器套管閃絡造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側。七電流互感器使用注意事項1.電流互感器在工作時其二次側不得開路。2.電流互感器的二次側有一端必須接地。3.電流互感器在連接時，要注意其端子的極性。二、電容式電壓互感器（一）電容式電壓互感器的工作原理（二）電容式電壓互感器的誤差（三）電容式電壓互感器的結構類型（一）電容式電壓互感器的工作原理二、電容式電壓互感器

隨著電力系統(tǒng)電壓等級的增高，電磁式電壓互感器的體積越來越大，成本隨之增加。因此，產生了電容式電壓互感器(CVT，capacitivevoltagetransformer)，電壓等級在110kV及以上。電容式電壓互感器還可兼作載波通信系統(tǒng)的耦合電容器，其原理接線圖如圖4-21所示。(1)工作原理電容式電壓互感器實質上是一個電容分壓器，被測電壓U1加到高壓電容C1和中壓電容C2上，根據(jù)電容串聯(lián)分壓原理(按電容量反比分壓)，得式中k

——分壓比，且k

=

C1/(C1+C2)；UC2——與一次電壓U1成正比例變化，故可測量出相對地電壓。(2)電容式電壓互感器的誤差及其減小誤差的措施1)減小分壓器的輸出電流，可減小誤差，故將負載經中間變壓器T(阻抗變換)與電容分壓器相連接。當C2兩端(即圖中a、b兩點之間,L1很小)與負載接通時，電流流過電容C1和C2的阻抗而產生電壓降，引起電容式電壓互感器的電壓誤差和相位誤差。2)為了減小Zi，在b點右側接入一個補償電抗L，這時，在中間變壓器T向電源看，電源內阻抗變?yōu)橛捎贚1的阻抗很小，略去不計，當時，Zi＝0，即輸出電壓與負載大小無關。但實際上由于電容器有損耗，電抗器也有電阻，不可能使內阻抗為零，因此還會有誤差產生，其誤差大小除受U1、Z2L和cosφ2影響外，還與系統(tǒng)頻率有關，所以系統(tǒng)頻率應保持在(50±0.5)Hz范圍內。(3)

放電間隙F的作用

當電壓互感器二次側發(fā)生短路時，短路電流可達額定電流的數(shù)十倍，此電流將產生很高的過電壓，為防止由于二次側短路造成的電壓升高而擊穿補償電抗器線圈，在補償電抗L兩端并聯(lián)有放電間隙F（一般用保護球隙或避雷器）。(4)防止產生某次諧波鐵磁諧振的措施由于電容式電壓互感器是由電容(C1、C2)和非線性電感元件構成

(中間變壓器、補償電抗器)，在一次突然合閘或二次短路又突然消除時，由于非線性電抗的飽和，可能激發(fā)產生內部分次(1/3次)諧波鐵磁諧振過電壓，危及CVT本身的安全，影響二次測量、保護的正常工作，為了抑制諧波的產生，在輔助二次繞組(剩余電壓繞組)中并聯(lián)一個諧振阻尼器ZD(由一個電感與一個電容并聯(lián)后與一個阻尼電阻串聯(lián)構成)

，阻尼電阻上流過諧振電流，能在短時內將諧振能量消除。諧振阻尼器有經常接入和諧振時自動接入兩種方式。

(5)載波附件(用于電力載波通訊時選帶載波附件的CVT)排流線圈L1的工頻阻抗很小，一般小于10Ω，作用是使電容分壓器的工頻電容電流入地，限制電容分壓器低壓端電位（約5V左右），保證了設備和人員的人身安全。保護間隙P可抑制電容分壓器低壓端產生的沖擊過電壓。接地刀閘K在檢修結合濾波器時將電容分壓器低壓端接地便于結合濾波器的帶電檢修。（二）電容式電壓互感器的誤差電容式電壓互感器的誤差由空載誤差，負載誤差和阻尼器負載電流產生的誤差等幾部分組成。電容式電壓互感器的誤差除受的影響外，還與電源頻率有關，當系統(tǒng)頻率變化超出50±0.5Hz范圍時，會產生附加誤差。（三）電容式電壓互感器的結構類型1.TYD110/-0.015型由一臺

OWF110/-0.015D型分壓電容器構成。TYD型由一臺OWF型分壓電容器構成2.TYD220/-0.075型由一臺

OWF110/-0.015型耦合電容器及一臺

OWF110/-0.015D型分壓電容器疊裝串聯(lián)組成。OWF型（或OWF型）分壓電容器

電容式電壓互感器應用范圍及優(yōu)缺點型分壓電容器型電容器均為絕緣套外殼。絕緣套內裝電容器芯子，電容器芯子由若干個電容元件串聯(lián)組成，電容元件由電容器紙及鋁箔繞卷壓扁制成。電容器芯子上面放置金屬膨脹器，作溫度補償用。電容器油是十二烷基苯。電容器內按規(guī)定加一定油壓。分壓電容器的底蓋就是下面電磁裝置油箱蓋。電磁裝置包括補償電抗器、中間變壓器以及諧振阻尼器的電抗器。這些裝置在同一油箱中，組成電容式電壓互感器的電磁裝置單元，并作為電容分壓器的底座。補償電抗器具有可調氣隙的鐵芯，用于出廠實驗時誤差調節(jié)。電容式電壓互感器應用范圍及優(yōu)缺點結構簡單、重量輕、體積小、占地少、成本低，且電壓越高效果越顯著。此外，分壓電容還可兼作載波通信的耦合電容，因此，廣泛應用于110～500中性點直接接地系統(tǒng)。電容式電壓互感器的缺點是：輸出容量越小，誤差越大，暫態(tài)特性不如電磁式電壓互感器。

四、電壓互感器的接線方式⑴一臺單相式電壓互感器接線方式

圖a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110～220kV中性點直接接地系統(tǒng)中，其額定一次電壓UN1=UNS/。其UN2=100V。圖b是由一臺單相電壓互感器測量相間電壓，適用于3～35kV中性點不接地系統(tǒng)中。其額定一次電壓UN1為所接電網的額定電壓UNS。其額定二次電壓UN2=100V。四、電壓互感器的接線方式⑵兩臺單相式電壓互感器不完全星形(即V—V)接線方式

如圖c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3～20kV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。

四、電壓互感器的接線方式⑶三臺單相式電壓互感器構成的完全星形接線方式

如圖d所示，在3～220kV系統(tǒng)中得到廣泛應用，由于其一次和二次側中性點均接地，故可以用來測量相間電壓和相對地電壓。(4)三相五柱式電壓互感器接線與圖d類似，可用來測量相間電壓和相對地電壓，它只用于3～20kV系統(tǒng)中。這種電壓互感器在其內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。四、電壓互感器的接線方式（4）三個單相三繞組電壓互感器或一個三相五柱式三繞組電壓互感器接成YYΔ型，其一次繞組和主二次繞組接成星形，并且中性點接地，輔助二次繞組接成開口三角形。故這種接法可以測量線電壓和相對地電壓，輔助二次繞組可以接入交流電網絕緣監(jiān)視用的繼電器和信號指示器，以實現(xiàn)單相接地的繼電保護。系統(tǒng)正常運行時，開口三角形兩端電壓接近于零，當系統(tǒng)發(fā)生一相接地時，開口三角形兩端出現(xiàn)近100V零序電壓，使電壓繼電器吸合，發(fā)出接地預告信號。

三相五心柱三繞組電壓互感器YYΔ接線單相金屬性接地時(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100V。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。(5)電壓互感器與電力系統(tǒng)的連接

3～35kV的電壓互感器需經隔離開關和熔斷器接入高壓電網。高壓側熔斷器的作用：保護高壓電網不因一次繞組或引線短路危及一次系統(tǒng)的安全。

110kV及以上的電壓互感器只經隔離開關接入高壓電網，其回路中不使用熔斷器，其理由之一是，110kV及以上的電壓互感器可靠性高；其二是，110kV及以上的熔斷器制造困難，價格昂貴。

電壓互感器二次側不能短路，否則會燒壞，所以電壓互感器二次側一般要裝熔斷器作為二次側短路的保護。五、電壓互感器的配置原則1.電壓互感器配置原則2.電壓互感器配置方案1.電壓互感器配置原則

應滿足測量、保護、同期和自動裝置的要求；保證在運行方式改變時，保護裝置不失壓、同期點兩側都能方便地取壓。2.電壓互感器配置方案（1）母線。6～220kV電壓級的每組主母線的三相上應裝設電壓互感器，旁路母線則視回路出線外側裝設電壓互感器的需要而確定。（2）線路。當需要監(jiān)視和檢測線路斷路器外側有無電壓，供同期和自動重合閘使用，該側裝一臺單相電壓互感器。（3）發(fā)電機。一般在出口處裝兩組。一組（三只單相、雙繞組接線）用于自動調節(jié)勵磁裝置。一組供測量儀表、同期和繼電保護使用，該組電壓互感器采用三相五柱式或三只單相接地專用互感器，接成Y0/y0/接線，輔助繞組接成開口三角形，供絕緣監(jiān)察用。當互感器負荷太大時，可增設一組不完全星形連接的互感器，專供測量儀表使用。50MW及以上發(fā)電機中性點常還設一單相電壓互感器，用于100%定子接地保護。2.電壓互感器配置方案（二）（4）變壓器。變壓器低壓側有時為了滿足同步或繼電保護的要求，設有一組電壓互感器。（5）330～500kV電壓級的電壓互感器配置。雙母線接線時，在每回出線和每組母線三相上裝設。一個半斷路器接線時，在每回出線三相上裝設，主變壓器進線和每組母線上則根據(jù)繼電保護裝置、自動裝置和測量儀表的要求，在一相或三相上裝設。線路與母線的電壓互感器二次回路不切換。六、新型互感器的發(fā)展簡介新型互感器的研制是光電子、光纖通信和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展和應用。新型互感器的特點是：高低壓間沒有直接的電磁聯(lián)系，使絕緣結構大為簡化；測量過程中不需要消耗很大能量；測量范圍寬，暫態(tài)相應快，準確度高；二次繞組數(shù)量增多，滿足多重保護需要；重量輕、成本低。新型互感器按高、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，其中光電式互感器性能最佳，研制工作進展很快。光電式互感器的原理是利用石晶材料的磁電效應和電場效應，將被測的電壓、電流信號轉換成光信號，經光通道傳播，由接收裝置進行數(shù)字化處理將接收到的光波轉變成電信號，并經過放大，供儀表和繼電器使用。非電磁式互感器的共同缺點是，輸出容量較小，需研制功率更大的放大器或采用小功率的半導體繼電保護裝置來減小互感器的負荷。第五節(jié)互感器的選擇1．種類和型式選擇一、電流互感器的選擇

根據(jù)安裝地點可選擇：屋內或屋外式。

根據(jù)安裝方式可選擇：支持式、裝入式（裝在變壓器套管或多油斷路器套管中）和穿墻式（兼作穿墻套管）。

根據(jù)一次繞組匝數(shù)可選擇：單匝LD（用于大電流）、多匝LF（用于小電流）和母線式LM（用于大電流）。

6~20kV屋內配電裝置的電流互感器有：瓷絕緣（如LDC、LFC和LMC系列）結構；樹脂澆注絕緣（小電流回路采用LA和LFZ系列，大電流回路采用LDZ、LMZ、LAJ和LBJ系列）結構。一般多采用澆注絕緣型。

35kV及以上配電裝置的電流互感器采用油浸瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器（如屋外的LCW系列）。LDZJ10LA10LMZB6-10LFZ1-10LAJ1010kV樹脂澆注絕緣電流互感器LRD235DW2(裝入式)110kV電流互感器220kV電流互感器

選用母線式電流互感器時，應校核其窗口允許通過的母線尺寸。2．額定電壓選擇：UN≥UNs

3．額定電流的選擇：IN1≥Imax

1)為保證電流互感器的準確級，Imax應接近IN1，同時為保證儀表在正常運行時指示在刻度標尺的3/4左右（能適當指示過負荷電流值），或測量裝置能測量到最大過負荷電流值，選擇的IN1應留有一定的裕度，一般選IN1應盡量比Imax大1/3，即由IN1-Imax=Imax/3，可得IN1=4/3Imax左右，最大持續(xù)工作電流Imax則能運行在3/4IN1附近。2)電流互感器的二次額定電流IN2，可根據(jù)二次回路的要求選用5A（強電系統(tǒng)）或1A（弱電系統(tǒng)）。

3)110kV及以上電壓等級的電流互感器，其一次繞組常設計成兩個，可以通過串、并聯(lián)實現(xiàn)不同的額定電流比。4．準確級和額定容量的選擇

1)電流互感器的準確級是指在規(guī)定的二次負荷變化范圍內，一次電流為額定值時的最大電流誤差百分數(shù)。根據(jù)測量時電流互感器誤差的大小和用途，發(fā)電廠和變電所中電流互感器的準確級分為0.2、0.5、1、3級及P和

TP級。例如額定電流比為2×300/5的電流互感器，一次側的電流有倆檔，一是300/5，二是600/5，兩個一次繞組并聯(lián)時額定電流比為600/5，兩個一次繞組串聯(lián)時額定電流比為300/5。例：選擇容量為360MVA、變比為242/20kV的變壓器高壓220kV側電流互感器的額定電流比。其高壓側最大持續(xù)工作電流Imax=1.05SN/(1.732UN)=1.05×360000/(1.732×242)=901.84A。IN1=4/3Imax=901.84×4/3=1202.45A，可選額定電流比為2×600/5的LB9-220型電流互感器，兩個一次繞組并聯(lián)。2)為保證測量儀表的準確度，電流互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。

用于電能計量的電流互感器，準確級不應低于0.5級，500kV宜采用0.2級；

供運行監(jiān)視儀表用的電流互感器，準確級不應低于1級；

供粗略測量儀表用的電流互感器，準確級可用3級；

穩(wěn)態(tài)保護用的電流互感器選用P級；暫態(tài)保護用的電流互感器選用TP級。

3)電流互感器的額定容量SN2是指在額定二次電流IN2和額定二次阻抗ZN2下運行時，二次繞組輸出的容量，即制造廠家一般提供電流互感器的ZN2(單位為Ω)值。

4)同一臺電流互感器除最高準確級外，還有幾個較低測量精度的準確級，對應于不同的準確級，具有不同的額定容量（或額定二次阻抗）。

5．二次負荷的校驗為保證所選電流互感器的準確級，其最大相二次負荷S2應不大于所選準確級相應的額定容量，即

S2≤SN2

由

和

則一定有

Z2L≤ZN2

其中，二次負荷阻抗為Z2L為ra、rre——測量儀表和繼電器的電流線圈電阻(Ω)，可由其線圈消耗的功率求得。

rL——儀表或繼電器至電流互感器的連接導線電阻(Ω)；

rc——接觸電阻(Ω)，一般取0.1Ω。

準確級可以滿足

可將二次負荷校驗條件轉化為求連接導線的最小截面。連接導線的電阻應滿足根據(jù)r=ρL/S，可得滿足準確級要求的連接導線最小截面S

為

ρ——連接導線的電阻率Lc——連接導線的計算長度(m)，與儀表和繼電器至電流互感器安裝地點的實際距離及電流互感器的接線方式有關。

當電流互感器采用單相接線時，如圖6-9a所示?？扇c=2L。

當電流互感器采用星形接線時，如圖6-9b所示。故可取Lc=L。

當電流互感器采用不完全星形接線時，如圖6-9c所示。

為保證連接導線具有一定的機械強度，銅導線截面不應小于1.5mm2，鋁導線截面不應小于2.5mm2。

6．熱穩(wěn)定校驗對帶有一次繞組的電流互感器，熱穩(wěn)定校驗條件為It——電流互感器1s允許通過的熱穩(wěn)定電流；

Kt——電流互感器的1s熱穩(wěn)定倍數(shù)，Kt=It/IN1。

或7．動穩(wěn)定校驗

內部動穩(wěn)定校驗條件為ies≥ish

或ies、Kes——電流互感器的動穩(wěn)定電流及動穩(wěn)定電流倍數(shù)，

對采用硬導線連接的瓷絕緣電流互感器，相間電動力作用其瓷帽上。因此，需要進行外部動穩(wěn)定校驗，校驗條件為

L——電流互感器瓷帽端部到最近一個支柱絕緣子間的距離(m)，對母線型電流互感器為:電流互感器瓷帽端部到最近一個支柱絕緣子間的距離+電流互感器兩端瓷帽間的距離；a——相間距離(m)；ich——短路沖擊電流幅值（A）；Fal——電流互感器瓷帽上的允許力（N）。

【例1】

選擇例中10kV出線上的電流互感器。已知線路最大持續(xù)工作電流為350A，功率因數(shù)為0.8，出線繼電保護動作時間為2s，斷路器全開斷時間為0.1s,次態(tài)電路I''=8.677kA，I1.05=I2.1=8.825kA，電流互感器接線和測量儀表配置如圖所示，電流互感器至測量儀表的實際距離為L=25m。

解根據(jù)電流互感器安裝在屋內，電網的額定電壓為10kV，回路的最大持續(xù)工作電流為350A和供給電能表電流，選用LFZ1-10型屋內復匝澆注絕緣式電流互感器，變比為400/5，準確級為0.5級，額定二次阻抗ZN2=0.4Ω，熱穩(wěn)定倍數(shù)Kt=80，動穩(wěn)定倍數(shù)Kes=140。表6-5電流互感器二次負荷（單位：VA）圖6-10例6-6中的電流互感器接線圖儀表名稱及型號A相C相有功電能表(DS1)0.50.5無功電能表(DX1)0.50.5電流表(46L1-A)0.35總計1.351.0電流互感器的二次負荷統(tǒng)計見表6-5，最大相負荷電阻為對采用不完全星形接線互感器，計算長度滿足準確級要求的連接導線最小截面為常用的連接導線標準截面為0.75、1、1.5、2.5、4、6和10mm2，故選用4mm2的銅導線。

熱穩(wěn)定校驗為熱穩(wěn)定滿足要求。內部動穩(wěn)定滿足要求。通過以上計算可以看出，所選電流互感器滿足要求。

澆注絕緣的電流互感器，只校驗內部動穩(wěn)定，即二、電壓互感器的選擇

電壓互感器的二次負荷阻抗很大，一次電流很小，不存在額定電流選擇問題。外部電網短路電流不通過電壓互感器，故不進行短路穩(wěn)定性校驗。

1．種類和型式選擇應根據(jù)安裝地點及使用條件來選擇電壓互感器的種類和型式。

6~20kV屋內：一般采用油浸絕緣或樹脂澆注絕緣的電磁式電壓互感器。

35~110kV：一般采用油浸絕緣的電磁式電壓互感器。

220kV及以上：當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器。

需要測量零序電壓時，6~20kV可以采用三相五柱式三繞組電壓互感器，或三臺單相式三繞組電壓互感器。

35kV及以上只有單相式電壓互感器。

JDZ6,10或JDZJ6,10(單相澆注絕緣)JDJ6,10(單相油浸絕緣)220kV電壓互感器和避雷器

一次繞組接于線電壓上時，一次繞組額定電壓選UNs

，一次繞組接于相電壓上時，一次繞組額定電壓選。2．額定電壓的選擇電壓互感器一次側的額定電壓應滿足電網電壓要求，二次側的額定電壓按測量表計和保護要求，已標準化為100V。電壓互感器一次繞組及二次繞組額定電壓的具體數(shù)值與電壓互感器的相數(shù)和接線方式有關。二次繞組額定電壓選100V或V。

單相式電壓互感器用于測量線電壓或用兩臺接成不完全星形接線時，一次繞組額定電壓選電網額定電壓UNs，二次繞組額定電壓選100V；

三臺單相式電壓互感器接成星形接線時，一次繞組電壓額定選

二次繞組額定電壓選

用于中性點直接接地系統(tǒng)，輔助二次繞組額定電壓選100V，用于中性點不接地系統(tǒng)，輔助二次繞組額定電壓選100/3V。

三相式電壓互感器接于電網的線電壓上，三相繞組為一整體，一次繞組額定電壓(線電壓)選UNs，二次繞組額定電壓(線電壓)選100V。3．準確級的選擇

電壓互感器的準確級：指在規(guī)定的二次負荷和一次電壓變化范圍內，二次負荷功率因數(shù)為額定值時，最大電壓誤差的百分數(shù)。

發(fā)電廠和變電所中電壓互感器的準確級分為0.2、0.5、1、3級及3P和

6P級（保護級）。

為保證測量儀表的準確度，電壓互感器的準確級不得低于所供測量儀表的準確級。

4．二次負荷的校驗為保證所選電壓互感器的準確級，其最大相二次負荷S2應不大于所選準確級相應的一相額定容量SN2，否則準確級將相應降低，校驗條件為

S2≤SN2

1)根據(jù)負荷的接線方式和電壓互感器的接線方式，盡量使各相負荷分配均勻。

2)計算每一儀表線圈消耗的有功功率和無功功率

。

3)計算各相或相間二次負荷，即

若電壓互感器與負荷的接線方式相同，即可進行校驗，即

式中

S0、φ——分別為接在同一相或同一相間中的各儀表線圈消耗的視在功率和功率因數(shù)角。

S2≤SN2

4)若電壓互感器與負荷的接線方式不同

互感器為星形、負荷為不完全星形接線，應用表6-7中相應公式將相間負荷轉化為每相負荷，計算出電壓互感器的每相有功功率負荷和無功功率負荷

，并與互感器接線方式相同的每相負荷相加，可得二次負荷為

取最大相負荷進行比較。取最大的相間負荷進行比較。

互感器為不完全星形、負荷為星形接線，應用表6-7中相應公式將每相（星形）負荷轉化為相間（不完全星形）負荷，計算出電壓互感器的相間有功功率負荷和無功功率負荷

，并與互感器接線方式相同的相間負荷相加，可得二次負荷為

表6-7電壓互感器二次繞組有功及無功負荷計算公式互感器為星形、負荷為不完全星形接線互感器為不完全星形、負荷為星形接線接線接線AABBBCC【例6-7】

選擇某變電站屋內10kV母線上的電壓互感器。母線上接有5回出線和1臺主變壓器，共裝有有功電能表6只，無功電能表6只，有功功率表1只，無功功率表1只，母線電壓表1只及絕緣監(jiān)察電壓表3只。

解根據(jù)電壓互感器安裝在屋內，電網的額定電壓為10kV，供給電能表電壓及用于絕緣監(jiān)察，選用JSJW-10型三相五柱式電壓互感器（也可選用3只單相JDZJ型澆注絕緣電壓互感器），額定電壓為10/0.1kV，輔助二次繞組為0.1/3kV，準確級為0.5級，三相額定容量SN2=120VA。電壓互感器與測量儀表的接線方式如圖6-11所示，與電壓互感器接線方式不同（不完全星形部分）的各相間二次負荷分配在表6-8中示出。儀表名稱及型號儀表電壓線圈AB相BC相線圈消耗功率/VAcosφsinφ儀表數(shù)目PabQabPbcQbc有功功率表(46D1-W)0.61010.600.60無功功率表(46D1-var)0.51010.500.50有功電能表(DS1)1.50.380.92563.428.3253.428.325無功電能表(DX1)1.50.380.92563.428.3253.428.325電壓表(46L1-V)0.31010.30總計7.9416.658.2416.65表6-8電壓互感器各相間二次負荷分配根據(jù)表6-7計算不完全星形部分負荷的視在功率和功率因數(shù)，即利用表6-7中的計算公式，并計及與電壓互感器接線方式相同的絕緣監(jiān)察電壓表功率P’，得A相負荷為

B相負荷為由于Sab與Sbc接近，φab與φbc接近，可知B相負荷最大，即

故選用JSJW-10型電壓互感器滿足要求。<120/3VA互感器的作用

電力系統(tǒng)為了傳輸電能，往往采用高電壓、大電流回路把電力送往用戶，而這樣的大電壓和電流無法用儀表進行直接測量。這時候就需要互感器將交流大電壓和大電流按比例降到可以用儀表直接測量的數(shù)值。

（1）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈返臉藴手担?/p>

（2）使一次設備與二次設備實現(xiàn)電氣隔離，保證了設備和工作人員的人身安全。

（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。電磁式電流互感器的工作原理

電磁式電流互感器由閉合的鐵芯和繞組組成。(1)一次繞組串聯(lián)在被測電路中，并且匝數(shù)很少，僅為一匝或幾匝，因此一次電流值只受一次回路參數(shù)的影響，而與二次電流大小無關。(2)電流互感器二次繞組的匝數(shù)較多，串接在測量儀表或繼電保護回路里。測量儀表和繼電器的電流線圈阻抗很小，所以正常運行時，電流互感器在接近短路的狀態(tài)下運行。

因為二次側匝數(shù)較多，所以二次側有較大的電壓，絕對不能開路。

當電流互感器一次繞組流過電流

時，由于電磁感應現(xiàn)象，將在二次繞組中產生感電動勢，二次繞組經過測量儀表和電流線圈等形成回路，則二次繞組將流過電流

，其磁動勢平衡關系為電磁式電流互感器的工作原理

為勵磁電流；

、為一次繞組、二次繞組中的電流；N1為一次繞組的匝數(shù)；N2為二次繞組的匝數(shù)圖1電流互感器的工作原理電磁式電流互感器的工作原理

當一次電流未超過額定電流時，勵磁電流遠小于一次電流，因此可忽略不計。此時，一次電流和二次電流的大小存在如下關系

額定一次電流I1N與額定二次電流I2N之比稱為電流互感器的額定電流比，用Kn表示，即

同時，由公式可知，電流互感器二次電流的相量與一次電流的相量相差180°。電流互感器的誤差

電流互感器的誤差由兩部分組成，包括電流誤差和角差。