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6.3 互感器的原理与选择,互感器的作用,将一次侧的高电压、大电流转变成二次侧标准的低电压(100V,100/sqrt(3)、小电流(5A、1A),使测量仪表标准化、小型化。 其一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表与继电保护装置等。 将一次系统同二次设备(仪表、保护)隔开,以保护人身安全。,互感器的类型,电流互感器 电磁式电流互感器 电压互感器 电磁式电压互感器 电容式电压互感器,电磁式电流互感器,电容式电压互感器,电磁式电压互感器,一、电磁式电流互感器,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,电磁式电流互感器的工作原理和变压器相似。 电磁式电流互感器的特点是: 一次绕组串联在电路中且匝数很少,而二次绕组匝数多。 二次绕组所接负载串联且阻抗很小,类似于二次侧短路的变压器。,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,1. 工作原理,一、电磁式电流互感器,由于电流互感器本身存在励磁损耗和磁饱和等影响,使一次电流 在数值上和相位上都有差异,即测量结果有误差。通常用电流误差和相位误差表示。,2. 误差及影响因素,电流误差:,相位误差:,一、电磁式电流互感器,二次负荷功率因数角; 二次总阻抗角 铁芯损耗角;图中二次绕组阻抗Z2(x2,r2)、负荷阻抗Z2L(x2L、r2L)和二次侧电动势E2 、电压U2 、电流I2的数值均是归算到一次侧的值。,由于 一般很小,所以,,一、电磁式电流互感器,一、电磁式电流互感器,影响误差的因素: 根据电磁感应定律 磁动势方程 和二次侧回路方程 带入误差公式,2. 误差及影响因素,电流和相位误差取决于铁心、二次绕组的结构和运行状态,一、电磁式电流互感器,影响误差的因素:,2. 误差及影响因素,一、电磁式电流互感器,影响误差的因素:,2. 误差及影响因素,一、电磁式电流互感器,准确级: 根据测量时误差的大小而划分的,是指在规定的二次负载范围内,一次电流为额定值时的最大误差。 测量用电流互感器有一般用途和特殊用途(S类)两类。对于工作电流变化范围较大的线路及高压、超高压电网中,推荐采用带有S类测量级二次绕组的电流互感器。,3. 准确级和额定容量,一、电磁式电流互感器,下表为测量用电流互感器在规定的二次负荷变化范围为(0.251)S2N时的准确级和误差限值,3. 准确级和额定容量,一、电磁式电流互感器,准确级: 保护用电流互感器的准确级。保护用电流互感器按用途可分为稳态保护用(P)和暂态保护用(TP)两类。 一般情况下,继电保护动作时间相对比较长,短路电流已达到稳态,电流互感器只要满足稳态下的误差要求,这种互感器成为稳态保护用电流互感器。 如果继电保护动作时间较短,短路电流尚未达到稳态,电流互感器要保证暂态误差要求,这种互感器称为暂态保护用电流互感器。,3. 准确级和额定容量,一、电磁式电流互感器,额定容量:,3. 准确级和额定容量,S2N是指在额定二次电流I2N和额定二次阻抗Z2N下运行时,二次绕组输出的容量, S2N = I2N2 Z2N 。 两点说明: 由于二次电流为标准值,所以S2N常用Z2N表示。 由于误差与二次负荷有关,所以同一台电流互感器使用在不同准确级时,会有不同的额定容量。,一、电磁式电流互感器,按安装方式分: 穿墙式、支持式、装入式,4. 分类,按绝缘方式分: 干式:用绝缘胶绝缘,适用于低电压 浇注式:用环氧树脂绝缘,适用于1035kV 油浸式:用油绝缘,适用于35kV以上,按安装地点分: 户内型 户外型,一、电磁式电流互感器,5. 接线,单相接线,星形接线,不完全星形接线,一、电磁式电流互感器,种类和型式的选择: 根据安装地点(如屋内、屋外)和安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)选择型式。 当一次电流较小时(在400A及以下)时,宜优先选用一次绕组多匝式,以提高准确度; 一次回路额定电压和电流的选择: UNUNs,I1NImax。 I1N应尽可能与最大工作电流接近。,6. 选择,一、电磁式电流互感器,准确级和额定容量的选择: 为保证测量仪表的准确度,电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。 当所供仪表要求不同准确级时,应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。 互感器按选定准确级所规定的额定容量S2N应大于或等于二次侧所接负荷I2N2Z2L,即S2NI2N2Z2L。,6. 选择,一、电磁式电流互感器,热稳定和动稳定校验: 对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s 允许通过的热稳定电流 It 或一次额定电流 I1N 的倍数 Kt 来表示,热稳定校验式为 It2Qk或(KtI1N)2Qk。 动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验,以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。,6. 选择,二、电压互感器,目前电力系统广泛应用的电压互感器主要有两种: 电磁式 电容分压式,(一) 电磁式电压互感器,1. 工作原理,(一) 电磁式电压互感器,电磁式电压互感器的工作原理和变压器相似。 电磁式电压互感器的特点是: 一次绕组并联在电路中且匝数多,而二次绕组匝数少。 二次绕组所接负载均并联且阻抗大,二次侧近似于开路或空载。,1. 工作原理,(一) 电磁式电压互感器,1. 工作原理,(一) 电磁式电压互感器,由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗,使得测量结果的大小和相位都有误差。通常用电压误差和相位误差表示。,2. 误差及影响因素,电压误差:,相位误差:,(一) 电磁式电压互感器,2. 误差及影响因素,(一) 电磁式电压互感器,2. 误差及影响因素,(一) 电磁式电压互感器,影响误差的因素:,2. 误差及影响因素,(一) 电磁式电压互感器,准确级: 在规定的一次电压和二次负荷变化范围内,负荷功率因数为额定值时,电压误差的最大误差。 电压互感器的准确级和误差限值,P192 表6-9,3. 准确级和额定容量,(一) 电磁式电压互感器,额定容量:,3. 准确级和额定容量,由于误差与二次负荷有关,所以同一台电压互感器对应于不同的准确级便有不同的容量。 额定容量:对应于最高准确级的容量。 最大容量:按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件所规定的容量。,(一) 电磁式电压互感器,按安装地点分: 户内型 户外型 按相数分: 单相:35kV及以上 三相: 35kV以下(三相五柱式),4. 分类,(一) 电磁式电压互感器,按绝缘方式分: 浇注式:用环氧树脂绝缘,3-35kV 油浸式:用油绝缘,110kV及以上 按结构分: 普通式:同变压器, 3-35kV 串级式:采用分级绝缘, 110kV及以上,4. 分类,按绕组数分: 双绕组 三绕组,(二) 电容式电压互感器,实质上是一个电容分压器,1. 工作原理,当a、b间接上负荷时,负荷电流将影响C1、C2上的容抗压降,使 UC2 小于电容分压值,而且负荷电流越大,误差越大。,当a、b间开路时,按反比分压,有,(二) 电容式电压互感器,实质上是一个电容分压器,1. 工作原理,实际上,由于电容器有损耗、电抗器有电阻,使内阻抗不可能为零,因此负荷变化时,还会有误差产生。,减小分压器的输出电流,可减小误差,故将测量仪表(Z2L)经中间变压器TV升压后与分压器连接。,(二) 电容式电压互感器,2. 过电压, 二次侧短路引起的过电流和过电压,所以应加放电间隙E。, 铁磁谐振过电压,由于电容式电压互感器是由电容和非线性电抗所构成,当受到二次侧短路、断开等冲击瞬变作用时,由于非线性电抗的饱和,可能激发产生次谐波铁磁谐振。,抑制方法是装设阻尼电阻rd(谐振时自动投入)。,(二) 电容式电压互感器,优点: 制造简单,重量轻,成本低,电压等级越高越明显; 分压电容兼作载波通讯的耦合电容。 缺点: 输出容量小; 误差比电磁式大,且受频率的影响; 暂态特性不如电磁式PT好。,3. 特点,(三) 电压互感器的接线,用一台单相 电压互感器 测量相电压,用一台单相 电压互感器 测量相间电压,用两台单相 电压互感器 接成不完全星形测量各相间电压,(三) 电压互感器的接线,用三台单相三绕组电压互感器 构成YN, yn, d0接线,电容式电压互感器接线,(四) 电压互感器的选择,种类和型式的选择:,1) 在 635 kV 屋内配电装置中,一般采用油浸式或浇注式电压互感器;110220kV 配电装置特别是母线上装设的电压互感器,通常采用串级式电磁式电压互感器;当容量和准确级满足要求时,通常多在出线上采用电容式电压互感器。,2) 在 500kV配电装置中,配置有双套主保护,并考虑到后备保护、自动装置和测量的要求,电压互感器应具有三个二次绕组,即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组。,3) 为节省投资,在20kV及以下配电装置中,可选用三相式电压互感器(选用三相五柱式,而不是三相三柱式)。,4) 用于接入精度要求较高的计费电能表时,不宜采用三相式电压互感器。,根据装设地点和使用条件选择种类和型式。,(四) 电压互感器的选择,一次额定电压和二次额定电压的选择:,3 35 kV电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压电网。110 kV及以上的互感器可靠性较高,电压互感器只经过隔离开关与电网连接。,电压互感器一次绕组额定电压 U1N,应根据互感器的接线方式来确定其相电压或相间电压。常用接线有: 1) 用一台单相电压互感器测量相对地电压或相间电压; 2) 用三台单相或三相式电压互感器测量相间电压或相对地电压; 3) 用两台单相电压互感器接成不完全星形测量两个相间电压。,电压互感器二次绕组额定电压通常是供额定电压为100V的仪表和继电器的电压绕组使用。显然,单个单相式电压互感器的二次绕组电压为100V,而其余可获得相间电压的接线方式,二次绕组电压为100/,(四) 电压互感器的选择,容量和准确级的选择:,根据仪表和继电器的接线要求,选择电压互感器的接线方式,并尽可能将负荷均匀分布在各相上,然后计算各相负荷大小,按照所接仪表的准确级和容量,选择互感器的准确级和额定容量。,三、互感器在主接线中配置原则,互感器在主接线中的配置与测量仪表、同步点的选择、保护和自动装置的要求以及主接线的形式有关。 互感器的配置包括: 电压互感器的配置; 电流互感器的配置。 下页图为发电厂中互感器配置示例。,1. 电压互感器的配置,除旁路母线外,一般工作及备用母线都装有一组电压互感器,用于同步、测量仪表和保护装置。 旁路母线上是否装设电压互感器要根据出线同期方式而定。,(1) 母线,1. 电压互感器的配置,35 kV 及以上输电线路,当对端有电源时,装有一台单相电压互感器,用于监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸。,(2) 线路,1. 电压互感器的配置,一般装 23 组电压互感器。 一组供自动调节励磁装置,采用三只单相、双绕组互感器。 另一组供测量仪表、同期和保护装置使用,采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器。,(3) 发电机,1. 电压互感器的配置,当互感器负荷太大时,可增设一组不完全星形连接的互感器,专供测量仪表用。,(3) 发电机,大、中型发电机中性点常接有单相电压互感器,用于 100% 定子接地保护。,1. 电压互感器的配置,变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求,设有一组电压互感器。,(4) 变压器,2. 电流互感器的配置,对于中性点接地系统,一般按三相配置; 对于中性点非接地系统,依具体情况按二相或三相配置,(1) 为了满足测量和保护装置的需要,在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。,2. 电流互感器的配置,如有两组电流互感器,应尽可能设在断路器两侧,使断路器处于交叉保护范围之中。,(2) 保护用电流互感器的装设地点,应按尽量消除主保护装置的死区来设置。,2. 电流互感器的配置,(3) 为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障,电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧,即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。,2.
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