互感器及其选择报告人：姜树德2024/7/271综述互感器，也称仪用变压器（Instrument Transformer）是电流互感器和电压互感器的总称，分别用于将大电流和高电压成比例地转换为小电流和低电压，以便接到测量和保护装置。互感器作为一类特殊变压器，仍遵从变压器的一般规律。2024/7/272综述设一次绕组匝数为n1，二次绕组匝数为n2，匝数比k=n1/n2。一次侧电压为U1,二次侧电压为U2一次侧电流为I1,二次侧电流为I2二次侧接入负荷阻抗为Z2,折算到一次侧的等值阻抗为 Z1。2024/7/273综述忽略漏抗、励磁分流带来的误差：U1/U2=k=n1/n2, I2/I1=k=n1/n2, Z1/Z2=k2=(n1/n2)2以上规律，适用于所有变压器，包括互感器。电流互感器匝数比k1。2024/7/274综述电流互感器串接在电路中，二次负荷阻抗很小，且k1，所以Z1=k2Z2的值很大，其接入对电路没有影响。2024/7/275综述6u电压互感器u电流互感器2024/7/276综述电流互感器的二次绕组匝数较多，从二次侧看进去，是一个高内阻电流源。二次侧接低阻抗负荷或短路是安全的，如果意外开路，因U1/U2 1, 成为一个变比极高的升压变，使二次侧输出危险的高压。电压互感器的二次绕组匝数较少，从二次侧看进去，是一个低内阻电压源。二次侧接高阻抗负荷或开路是安全的，如果意外短路，将使二次侧输出危险的大电流。2024/7/277综述电力变压器的功能是传递电能量，它的效率、功耗是用户关注的重点；互感器的功能是传递电信号，它的准确级、误差是用户关注的重点。2024/7/278电流互感器Current Transformers(CT或TA)2024/7/2791概述概述2024/7/27101.1原理简介原理简介1）电流互感器是一种特殊变压器，将大电流按比例转换为较小的电流，以便于进行测量，实现保护与监视。2）输入电流的一侧称为一次侧（原边，初级），输出电流的一侧称为二次侧（副边，次级）。3）由于电流互感器是用于降低电流的，其二次侧绕组匝数必然大于一次侧绕组匝数。2024/7/27111.1原理简介原理简介4）电流互感器的极性是这样规定的：当一次侧电流从P1流入时，感生的二次侧电流从S1流出。5）正常情况下，二次绕组所接的负载都是低阻抗的，近乎短路。6）如果多个仪表合用CT,则各仪表应当串联。7）如果二次侧发生开路，将导致二次侧引出端子出现高电压，对设备和人身造成伤害。所以一定要防止电流互感器二次侧开路。不用的二次绕组要短接。不用的二次绕组抽头要闲置。8）二次绕组必须接地，以保安全。2024/7/27121.2分类1）按用途分测量用电流互感器 ，用于，用于在正常工作电流范围内，为测量、计量等装置提供电网的电流信息。常用的有0.1、0.2、0.5、1级和0.2S、0.5S级。一次绕组电流等于或小于额定电流时，应能达到规定的准确级。一次绕组电流很大时（如短路时），特性应进入饱和区，以保护二次绕组所接的仪表类设备。特性的线性段不要太长。2024/7/27131）按用途分保护用电流互感器 在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息.常用的有P、PR、PX、TP级。一次绕组电流大于额定电流时（如短路时），应能达到规定的准确级。 例如5P20的电流互感器在一次绕组电流不大于额定电流时的20倍时，传变误差不应超过5%。特性的线性段要长。2024/7/2714保护CT与测量CT的伏安特性2024/7/27152）按绝缘介质分干式电流互感器：由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘（用于500V以下）。浇注式电流互感器：用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器。油浸式电流互感器：由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。气体绝缘电流互感器：主绝缘由气体构成，GIS的CT属于此类。2024/7/27163）按电流变换原理分电磁式电流互感器：根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器。光电式电流互感器：通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器，正在推广中。2024/7/27174）按安装方式分绕线式电流互感器woundprimarytypecurrenttransformer一次绕组由单匝（含字母D）或多匝（含字母F）线圈组成的电流互感器。2024/7/2718绕线式电流互感器2024/7/27194）按安装方式分支柱式电流互感器（LZ开头）：supporttypecurrenttransformer兼做一次电路导体支柱用的电流互感器。2024/7/27204）按安装方式分套管式（装入式）电流互感器：没有一次导体和一次绝缘，直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器。2024/7/2721套管式电流互感器（发夹式、吊环螺栓式和倒置式）2024/7/27224）按安装方式分母线式电流互感器（LM开头）：bus-typecurrenttransformer没有一次导体但有一次绝缘，直接套装在母线上使用的一种电流互感器。互感器经常做成带有两个二次绕组，各有自己的独立铁心。2024/7/2723母线式电流互感器2024/7/27244）按安装方式分贯穿式电流互感器（LA开头）： through type current transformer 用来穿越屏板或墙壁的电流互感器。2024/7/2725贯穿式电流互感器2024/7/27264）按安装方式分零序电流互感器2024/7/27272.1额定负荷和额定输出额定负荷和额定输出2. 2. 主要参数主要参数2024/7/27282.1额定负荷和额定输出额定负荷和额定输出额定负荷是确定互感器准确级所依据的负荷值，以欧姆（）表示。额定输出是额定二次电流及接有额定负荷的条件下，互感器供给二次电路的视在功率值（在规定功率因数下，以VA表示）。额定输出应在以下值中选取。2.5VAVA，5VAVA，10VAVA，15VAVA，20VAVA，25VAVA，30VAVA，40VAVA，50VAVA。2024/7/27292.2额定一次电流额定一次电流作为互感器性能基准的一次电流值。一次额定电流应在以下值中选取。10A,12.5A,15A,20A,25A,30A,40A,50A,60A,75A以及它们十进制倍数或小数，2024/7/27302.3额定连续热电流（电流扩大值）额定连续热电流（电流扩大值）在二次绕组接有额定负荷的情况下，一次绕组允许连续流过且温升不超过规定值的一次电流值。额定连续热电流的标准值（默认值）是额定一次电流。额定连续热电流的标准值可以大于额定一次电流时，但必须说明。其优先值为额定一次电流的120%，150%和200%。（适用于所有CT） 额定连续热电流可以作为电流互感器的额定扩大一次电流值。互感器在额定扩大一次电流下，仍能达到规定的准确级。(仅适用于测量用电流互感器)2024/7/27312.4额定二次电流额定二次电流作为互感器性能基准的二次电流值。规定为1A或5A.2024/7/27322.5额定电流比额定电流比(变比变比)一次额定电流与二次一次额定电流与二次额定电流之比。额定电流之比。Kn=Ip/Is多变比电流互感器的两种实现方式，标识方式不同。图纸和合同应采用标准的标识方式。2024/7/2733采用二次绕组抽头的方式获得多种变比2024/7/27342024/7/27352.6设备设备额定电压（额定电压（最高电压最高电压）一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效值以kV为单位)，应不低于所接线路的额定相电压。电流互感器的额定电压分为3.6，7.2，12，17.5，24，,40.5，72.5，1,26，252，363，550kV等几种电压等级。2024/7/27362.7比值误差（电流误差）比值误差（电流误差）折算到一次侧的二次电流与实际的一次电流的差值，与一次电流的比值，以百分数表示。2024/7/27372.8复合误差复合误差2024/7/27382024/7/27392.9 2.9 仪表保安系数仪表保安系数 FSFS（仅用于测量用电（仅用于测量用电流互感器）流互感器）额定仪表限值一次电流（使误差开始大于10%的一次电流，即饱和起始电流 ）与额定一次电流的比值。FS越小，由电流互感器供电的仪表就越安全。数字仪表承受过电流能力很强，可以不提对FS的要求。2024/7/27402.10准确级准确级对电流互感器给定的等级。互感器在规定的使用条件下，误差应在规定的限值内。测量用CT的标准准确级为：0.1、0.2、0.5、1、3、5.特殊用途测量用CT的标准准确级为： 0.2S、0.5S。保护用CT的准确级为：5P和10P。2024/7/27412.11额定准确限值一次电流额定准确限值一次电流Ial互感器能满足复合误差要求的最大一次电流值。一次电流只要不超过此值，互感器的复合误差就不会超过规定值。2024/7/27422.12准确限值系数准确限值系数KALF或ALF额定准确限值一次电流与额定一次电流的比值.ALF=IAL/Ipn如果CT的额定一次电流为1000A,准确级为5P20。则只要一次电流不超过20kA，CT的误差就不会超过5% 。标准的准确限值系数为：5、10、15、20、30。2024/7/2743（动热稳定条件与其他电气设备相同，不赘述）（动热稳定条件与其他电气设备相同，不赘述）3. 3. 测量用电流互感器的选择测量用电流互感器的选择2024/7/27443.1准确度准确度1）接交流采样装置或0.2级变送器的互感器宜采用0.2级。2）接数字仪表、0.5级变送器、同期装置、励磁、调速器等设备的互感器采用0.5级。3）接指针式仪表的互感器可以采用1.0级。4）接关口电能表的电流互感器应采用0.2S级。其他测点的电能表互感器准确度级别根据系统要求确定。0.2S 和0.5S电流互感器的特点是在一次侧实际电流为20%额定电流时，仍能保证额定的准确度。这对电能计量是很重要的。2024/7/27452024/7/27463.2额定输出额定输出应根据二次侧实际负荷的VA值来确定：S=Is2(Z)Z是互感器二次侧的导线阻抗、接触电阻、仪表阻抗之和。互感器的额定输出应大于二次侧实际负荷，但不能过大。如果选得过大，实际负荷不到额定负荷的25%，准确度将得不到保证。2024/7/27473.3额定一次电流和电流扩大值额定一次电流和电流扩大值额定一次电流应接近且不低于回路的正常负荷电流。选得过大会使准确度得不到保证。必要时，可以采用电流扩大值的特性的电流互感器。2024/7/27483.3额定一次电流和电流扩大值额定一次电流和电流扩大值例如，回路的最大负荷电流为1100A。可有以下几种选择：1 1）额定一次电流）额定一次电流选为1250A，这是一种较合理的选择。2 2）额定一次电流）额定一次电流选为1500A。这是一种常见但未必合理的选择。2024/7/27493.4额定二次电流额定二次电流可以选为1A或5A。如果二次侧引到仪表的电缆很长，那么选1A的互感器是合适的。因为Sb=Is2(Z)，如果距离为200m，电缆截面为2.5mm2，电阻约为3。二次电流二次电流如为5A，则Sb=25*3=75VA。考虑到仪表阻抗，还要增加10VA左右，总计85VA。二次电流二次电流如为1A，则Sb=1*3=3VA。考虑到仪表阻抗，总计不会超过15VA。如果二次侧引到仪表的电缆很短，例如厂用电的CT和仪表如果同装于一面屏中，则CT二次电流完全可以选为5A。2024/7/27503.5仪表保安系数仪表保安系数为指针式仪表供电的CT，FS可取5。为数字仪表、数字设备、变送器供电的CT，可以不对FS提特殊要求。2024/7/27513.6测量用测量用CT选择举例选择举例（发电机出口发电机出口CT）发电机额定容量250MW，cos=0.85,额定电压13.8kV。仪表电阻In。3）计算流经CT安装处的最大短路电流Iscmax。此电流即保护故障校验电流Ipcf4) 计算故障校验系数Kpcf=Ipcf/Ipn5) 计算准确限值系数2024/7/2762K-暂态系数，对于容量为100MW200MW的发电机，外部故障暂态系数取为10；220kV系统取为2。其他情况下取为1。Rct-CT二次绕组的电阻Rbn-CT的额定负荷。Rb-CT的实际负荷，包括电缆电阻和继电保护装置的电阻。系数K有可能使Kalf取值增大，但适当选取CT的额定输出，使CT的实际负荷小于其额定负荷，则（Rct+Rb）/（Rct+Rbn）小于1，使Kalf取值减小。2024/7/27635.2准确级准确级发电机和主变压器主回路，220kV及以上的线路宜采用准确级为准确级为5P或5PR的CT。其他情况下，可采用准确级为准确级为10P或10PR的CT。一台电流互感器可能满足多种准确级与容量的组合：(15 VA class 0.5) (30 VA class 1) (30 VA class 5P 10) 2024/7/27645.3P级级CT选择举例选择举例(选择发电机出口选择发电机出口CT)发电机额定容量250MW，cos=0.85,额定电压13.8kV。继电器电阻1 , 电缆电阻和接触电阻之和=4。发电机额定电流=250/（1.732*0.85*13.8）=12305A1）CT的额定一次电流可选为15000A 。2）额定二次电流选为1A。3）额定输出：实际负荷I2R=5VA。选为20或15VA。4）最大短路电流：Iscmax = Ipcf=512305=61500A故障校验系数Kpcf=Ipcf/Ipn=61500/15000=4.12024/7/2765计算准确限值系数取Rct=4，Rbn=15，Rb=5，K=10取Kalf=20。在CT订货时，应注明要求Rct4。如果厂家做不到，则应修改Kalf，例如改为30，根据实际的Rct重新验算。如果取Kalf=20，那么CT的准确级就是5P20。2024/7/27666.TPY级级CT的的主要参数主要参数 2024/7/2767TPY级CT的部分参数选择与P级、PR级相同，例如额定一次电流、额定二次电流、额定输出等。除此以外，TPY级CT还有数十项参数，但在订货时需要由设计院填写的主要有以下几项：1)一次时间常数Tp2）额定一次短路电流Ipsc3)短路电流倍数KSSC4) 工作循环 。2024/7/27681）一次时间常数Tp电流互感器性能所依据的一次电流直流分量的时间常数的规定值。对差动保护而言，由外部短路电流流经的回路的L/R确定。标准值为40、60、80、100、120 ms在缺乏资料的情况下，可取以下数据：500kV系统：100ms220 kV系统：60ms300600MW发电机变压器组：240280ms100MW210MW发电机变压器组：140220ms2024/7/2769额定一次短路电流和额定短路电流倍数2）额定一次短路电流Ipsc一次对称短路电流的周期分量，为电流互感器额定准确性能的依据。3）额定短路电流倍数KSSC额定对称一次短路电流与额定一次电流之比：KSSC=Ipsc/Ipn优先取值：3、5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、25、30、40、50下标线者为优先值。2024/7/27704）工作循环单次通电（无重合闸时） CtO双次通电（有重合闸时）CtOtfrCt”O。t-第一次通电时间 t”-第二次通电时间tfr-无电流时间2024/7/2771500kV电流互感器技术参数和要求国家标准GB/T17443-1998500kV电流互感器技术参数和要求规定了500kV的TPY级电流互感器的标准参数，应尽量采用标准参数值。2024/7/27727电流互感器的接地电流互感器的接地电流互感器的二次回路应有一个接地点，并在开关站附近经端子排接地。如果几组电流互感器之间没有电气连接，则其二次回路可以分别独立接地。但对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置（如双断路器主接线的线路保护），则应在保护屏上经端子排接地。2024/7/27738.电流互感器的极性安排电流互感器的极性安排以差动保护作为极性安排以差动保护作为极性安排的出发点。两侧的出发点。两侧CT指向被指向被保护设备一端的极性宜一保护设备一端的极性宜一致。致。2024/7/27742024/7/27759.电子互感器简介 2024/7/27769.电子电流互感器简介以上介绍的各类电流互感器均为电磁式互感器,其共同点是二次绕组与一次绕组通过铁心实现磁耦合。带来的问题就是铁心的饱和与磁滞会影响电流传变的准确度。对于高电压系统和大容量机组，这个问题尤其突出，设计人员不得不花费很大的代价解决这个问题。近年来出现的电子式电流互感器，很好地解决了这个问题。现介绍较常用的两种方案。2024/7/27779.1罗戈夫斯基线圈传感器2024/7/27782024/7/27799.2光电流传感器光电流传感器2024/7/27802）块状玻璃式光电流传感器载流导体穿过玻璃中心孔，发光二极管的光束经起偏器形成偏振光射入玻璃在玻璃中经内部折射围绕被测导体形成环路，由出口的检偏器将偏振光的偏振角度成比例地转变成光强度变化信息。再经光电检测器将光强度信号转化为电信号。由于以下的转换都是线性的，所以最终的电信号与一次电流成正比关系。一次电流磁场强度光偏转角度光强度电流信号2024/7/27812024/7/2782块状玻璃式光电流传感器及电磁式电流互感器与光电传感器的比较2024/7/2783电压互感器（VT或TV）VOLTAGETRANSFORMERS2024/7/27841.概述概述 2024/7/278511原理简介原理简介1）电压互感器是一种特殊变压器，将高电压按比例转换为较低的电压，以便于进行测量，实现保护与监视。2）输入电压的一侧称为一次侧（原边，初级），输出电压的一侧称为二次侧（副边，次级）。3）由于电压互感器是用于降低电压的，其二次侧绕组匝数必然小于一次侧绕组匝数。4）负载都是高阻抗的，所以并接在一次电路中，近乎开路，对一次回路的运行没有影响。5）电压互感器的极性是这样规定的：当一次侧电流从P1流入时，感生的二次侧电流从S1流出。6）如果多个仪表合用VT，则各仪表应当并联。2024/7/278611原理简介原理简介7）电压互感器可以带有一个或多个二次绕组，各二次绕组的用途和参数可以各不相同。8）电压互感器二次侧可以带有剩余电压绕组，即用于连接成开口三角形的单相电压互感器绕组，用于在单相接地故障时产生剩余电压及阻尼铁磁谐振。9）如果二次侧发生短路，将导致二次侧引出端子出现大电流，对设备和人身造成伤害。所以一定要防止电压互感器二次侧短路。不用的二次绕组要开路。 10）二次绕组必须接地，以保安全。一次绕组的中性点是否接地，取决于二次侧是否有剩余绕组接成开口三角来获得剩余电压（零序电压）。2024/7/278712分类分类1）按用途分-测量用电压互感器电压互感器。在正常工作电压范围内，向测量、计量等装置提供电网的电压信息。常用的有0.1、0.2、0.5、1.0和3.0级。一次绕组电压在80%120%额定电压范围时，应能达到规定的准确级。-保护用电压互感器。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电压信息。常用的有3P、6P级。一次绕组电压在5%150%额定电压范围时，应能达到规定的准确级。2024/7/27882）按构成原理分电磁式电压互感器2024/7/2789电容式电压互感器2024/7/2790电容式电压互感器先经电容器分压后再接电磁式电压互感器，先经电容器分压后再接电磁式电压互感器，可以降低对电磁式部分的绝缘要求，节省可以降低对电磁式部分的绝缘要求，节省成本，还可兼做载波通信的耦合电容。但成本，还可兼做载波通信的耦合电容。但是在发生电压突变时，反应稍有滞后。是在发生电压突变时，反应稍有滞后。2024/7/27913）按绝缘介质分浇注式电压互感器：用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电压互感器。油浸式电压互感器：由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。气体绝缘电压互感器：主绝缘由气体构成，GIS的VT属于此类。2024/7/27924）按电压变换原理分电磁式电压互感器：根据电磁感应原理实现电压变换的电压互感器。电子式电压互感器：通过光电变换等原理以实现电压变换的电压互感器，正在推广中。2024/7/27932.主要参数主要参数 2024/7/27942.1额定负荷和额定输出额定负荷和额定输出额定负荷是确定互感器准确级所依据的负荷值，以导纳表示，单位为西（西门子）或S（SIEMENS）。额定输出是额定二次电压及接有额定负荷的条件下，互感器供给二次电路的视在功率值（在规定功率因数下，以VA表示）。二者的关系为：Sn=Usn2b或Sn = Usn2/r对电压互感器而言，负荷的阻抗越大，则导纳越小，输出的功率越小。对三相互感器而言，额定输出值是每相的额定输出值。2024/7/2795额定输出应在以下值中选取。2024/7/27962.2额定一次电压额定一次电压2024/7/27972.3额定二次电压额定二次电压2024/7/2798剩余绕组的连接2024/7/27992024/7/271002024/7/271012.4电压误差2024/7/271022.5准确级准确级准确级即对互准确级即对互感器规定的等感器规定的等级。级。互感器在规定互感器在规定条件下的误差条件下的误差应在规定范围应在规定范围内。内。由右表可见，由右表可见，容量选得过大，容量选得过大，反而可能使互反而可能使互感器达不到规感器达不到规定的准确级定的准确级。 2024/7/271033.电压互感器的选择电压互感器的选择电压互感器的额定一次电压、额定二次电压的选择比较简单。用于普通测量的二次绕组采用0.5级，用于电能计量的二次绕组采用0.2级，用于继电保护的二次绕组采用3P级，剩余绕组采用6P级。220220 kV及以上的户外电压互感器可以选用电容式。电压互感器的额定输出应当使互感器的实际负荷落在适用的运行范围内，以保证准确级达到规定值。2024/7/271044.电压互感器的接地电压互感器的接地独立的、与其他互感器没有电气联系的电压互感器二次中性点可在配电装置附近经端子排接地。电压互感器二次绕组的中性线与剩余绕组的接地线应当分别从现场引到保护屏，在保护屏连接后接地。2024/7/271055.电压互感器的铁磁谐振及其防止电压互感器的铁磁谐振及其防止电磁式电压互感器的励磁特性为非线性特电磁式电压互感器的励磁特性为非线性特性，与电力网中的分布电容或杂散电容在性，与电力网中的分布电容或杂散电容在一定条件下可能形成铁磁谐振。一定条件下可能形成铁磁谐振。正常时，电压互感器的感抗大于系统的容正常时，电压互感器的感抗大于系统的容抗，当电力系统操作或其他暂态过程引起抗，当电力系统操作或其他暂态过程引起互感器暂态饱和而感抗降低就可能出现铁互感器暂态饱和而感抗降低就可能出现铁磁谐振。中性点不接地系统和直接接地系磁谐振。中性点不接地系统和直接接地系统均可能发生。铁磁谐振产生的过电流和统均可能发生。铁磁谐振产生的过电流和/ /或高电压可能造成互感器损坏。或高电压可能造成互感器损坏。2024/7/271062024/7/27107可采取的消谐措施可采取的消谐措施1）选用优质VT。VT的磁化特性的拐点电压应大于2倍的VT额定电压。 2）在变压器中性点非直接接地的6kV35 kV系统，如果VT二次侧没有用于监测零序电压的开口三角绕组，那么这个VT的一次侧中性点就不要接地。这样可减少并联电抗的数量，增大电抗值，避免形成谐振的条件。3）在变压器中性点非直接接地的6kV 35 kV系统，如果VT二次侧有用于监测零序电压的开口三角绕组，那么这个VT的一次侧中性点必须接地。这种情况下，开口三角形应跨接电阻消谐。电阻的取值没有统一的意见，列举几种供参考。2024/7/27108可采取的消谐措施可采取的消谐措施A)按SCHNEIDER公司推荐，阻值为：R=5770/Se（）Se是VT的额定容量，单位为VA。电阻的额定功率为：Pr=10000/R(W)B)按ABB公司的推荐（见右表）10kV、13.8kV宜选87，15.75kV及以上宜选60。C)DL/T620的第四章4.1.5以及DL/T5090的5.1.8也有消谐电阻的计算公式，但其中参数激磁感抗Xm等不易获得，所以实际上公式无法使用。一次侧电一次侧电压压(kV)二次侧负荷二次侧负荷（W）开口三角跨接电开口三角跨接电阻阻（）7.2-15 7.2-15 50050087872525及以上及以上75075060602024/7/271096.电子式电压互感器简介1) 普克尔斯效应一些晶体在纵向电场（电场方向与光的传播方向一致）作用下,性质会从各向同性改变为各向异性,产生双折射效应。图中P和A分别是起偏器和检偏器，箭头表示透射光偏振方向；Q是四分之一波片。自然光IR通过起偏器P，变成线偏振光IR（其强度为 IR/2），在通过晶片时，分解成两个线偏振分量，振动方向分别沿x和y轴。由于双折射，出射时两个分量之间产生与外施电压幅值V成正比的相位差。2024/7/27110普克尔斯效应2024/7/27111光电电压互感器2024/7/27112