电流互感器和电压互感器

第六节电流互感器和电压互感器一、概述二、电流互感器三、电压互感器第六节电流互感器和电压互感器一、概述电流互感器（currenttransformer，简称CT，字符号为TA）又称仪用变流器。电压互感器（voltagetransformer，或potentialtransformer，简称PT，文字符号为TV）又称仪用变压器。它们合称为互感器（transformer）。从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。互感器的功能主要是：（l）用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。返回流互感器•（－）基本结构原理和结线方案•（二）电流互感器的类型和型号•（三）电流互感器的选择和校验•（四）电流互感器使用注意事项二、电流互感器返回电压互感器二、电流互感器•（－）基本结构原理和结线方案•电流互感器的基本结构原理图如图4－39所示。它的结构特点是：一次绕组匝数很少，有的型式电流互感器还没有一次绕组，利用穿过其铁心的一次电路作为一次绕组（相当于匝数为1），且一次绕组导体相当粗；而二次绕组匝数很多，导体较细。工作时，一次绕组串接在一次电路中，而二次绕组则与仪表、继电器等的电流线圈相串联，形成一个闭合回路。由于这些电流线圈的阻抗很小，因此电流互感器工作时二次回路接近于短路状态。二次绕组的额定电流一般为SA。电流互感器的一次电流与其二次电流之间有下列关系：（4－9）式中，N1、N2。为电流互感器一次和二次绕组匝数；Ki为电流互感器的变流比，一般表示为额定的一次和二次电流之比，即，例如100A／5A。电流互感器在三相电路中有如图440所示的四种常见的结线方案。图4－39电流互感器22121IKINNIiNNiIIK21/电流互感器的结线方案a）一相式b）两相V形c）两相电流差d）三相星形（1）一相式结线（见图）电流线圈通过的电流，反应一次电路相应相的电流，通常用于负荷平衡的三相电路如低压动力线路中，供测量电流或接过负荷保护装置之用。2）两相V形结线这种结线也称为两相不完全星形结线。在继电保护装置中，这种结线称为两相两继电器给线或两相的相电流结线。在中性点不接地的三相三线制电路中，广泛用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护。由图4－41的相量图可知，两相V形结线的公共线上电流为，反应的是未接电流互感器那一相的相电流。bcaIII（3）两相电流差结线（见图4－40。）这种结线也称为两相交叉结线。由图4－42的相量图可知，二次侧公共线上电流为，其量值为相电流的倍。这种结线适于中性点不接地的三相三线制电路中（如6～10kV高压电路中）供作过电流继电保护之用，也称为两相一继电器结线。caII3（4）三相星形结线（见图4－40d）这种结线中的三个电流线圈，正好反应各相的电流，广泛用在负荷一般不平衡的三相四线制系统如TN系统中，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，作三相电流、电能测量及过电流继电保护之用。图4－41两相V形结线电流互感器的一、二次侧电流相量图电流互感器的类型很多。按一次绕组的匝数分，有单匝式（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）。按一次电压分，有高压和低压两大类。按用途分，有测量用和保护用两大类。按准确度级分，测量用电流互感器有0．1、0．2、0．5、l、3、5等级，保护用电流互感器有5P和10P两级。（二）电流互感器的类型和型号高压电流互感器多制成不同准确度级的两个铁心和两个二次绕组，分别接测量仪表和继电器，以满足测量和保护的不同要求。电气测量对电流互感器的准确度要求较高，且要求在短路时仪表受的冲击小，因此测量用电流互感器的铁心在一次电路短路时应易于饱和，以限制二次电流的增长倍数。而继电保护用电流互感器的铁心则在一次电流短路时不应饱和，使二次电流能与一次短路电流成比例地增长，以适应保护灵敏度的要求。图4－43是户内高压LQJ－10型电流互感器的外形图。它有两个铁心和两个二次绕组，分别为0．5级和3级、0．5级用于测量，3级用于继电保护。图4－44是户内低压LMZJI－05型（500～800／SA）的外形图。它不含一次绕组，穿过其铁心的母线就是其一次绕组（相当于1匝）。它用于500V及以下的配电装置中。互感器以上两种电流互感器都是环氧树脂或不饱和树脂浇注绝缘的，较之老式的油浸式和干式电流互感器的尺寸小，性能好，安全可靠，因此现在生产的高低压成套配电装置中大都采用这类新型电流互感器。电流互感器全型号的表示和含义如下：（三）电流互感器的选择和校验电流互感器应按装设地点的条件及额定电压、一次电流、二次电流（一般为5A）、准确度等级条件进行选择，并校验其短路动稳定度和热稳定度。必须注意：电流互感器的准确度级与其二次负荷容量有关。互感器二次负荷又不得大于其准确度级所限定的额定二次负荷S。N，即互感器满足准确度级要求的条件为22SSN•电流互感器的二次负荷由二次回路的阻抗决定，而应包括二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈的阻抗连接导线的阻抗和所有接头的接触电阻等。由于和中的感抗远比其电阻小，因此可认：2Z2ZiZWLZxcRiZWLZXCWLiRZZZ2电流互感器的二次负荷按下式计算：)(222222XcWLiNNRRZIZIS)(222XCWLNiRRISS或•对于保护用电流互感器来说，通常采用10P准确度级，其复合误差限值为10％。由式（4－12）可以看出，在互感器准确度级一定即允许的二次负荷值一定的条件下，其二次负荷阻抗是与其二次电流或一次电流的平方成反比的。因此一次电流越大，则允许的二次阻抗越小；反之，一次电流越小，则允许的二次阻抗越大。互感器的生产厂家一般按出厂试验绘制电流互感器误差为10％时的一次电流倍数（即）与最大允许的二次负荷阻抗的关系曲线（简称10％倍数曲线），如图4－45所示。1KNII21/12aZ•如果已知互感器的一次电流倍数，就可以相应的10％倍数曲线上查得对应的允许二次负荷阻抗图4－45某型电流互感器的10％倍数曲线。因此电流互感器满足保护条件的10％误差要求的条件为•（4－13）1K12aZ212ZZa•假如电流互感器不满足式（4－10）或式（4－13）的要求，则应改选较大变流比或具有较大的或的互感器，或者加大二次接线的截面。电流互感器二次接线的铜芯截面不得小于1.5，铝芯截面木得小于2.5（通常采用钢芯线）。NS212aZ2mm2mm•关于电流互感器短路稳定度的校验，现在有的新产品如LZZB6－10等直接给出了动稳定电流峰值和1s热稳定电流有效值，因此其动稳定度可按式（3－51）校验，其热稳定度可按式3－62）校验。但电流互感器的大多数产品是给出动稳定倍数和热稳定倍数。•动稳定倍数，因此其动稳定度校验条件为•（4－14）)2/(1maxNesIiKshNesiIK)2(1•热稳定倍数，因此其热稳定度校验条件为••或••一般电流互感器的热稳定试验时间t—IS，因此上式可改写为•NttIIK1/imaNttItIK)3(21ttIIKimaNt)3(1imaNttIIK)3(1（四）电流互感器使用注意事项•1．电流互感器在工作时其二次侧不得开路.•2．电流互感器的二次侧有一端必须接地3．电流互感器在连接时，要注意其端子的极性.1．电流互感器在工作时其二次侧不得开路•电流互感器在正常工作时，由于其二次负荷很小，因此接近于短路状态。根据磁动势平衡方程式，（电流方向参看图4-39）可知，其一次电流I1，产生的磁动势，绝大部分被二次电流I2产生的磁动势所抵消，所以总的磁动势很小，励磁电流I0（即空载电流）只有一次电流I1的百分之几。102211NININI11NI22NI•但是当二次侧开路时，，这时迫使，即，使I0突然增大为I1，而I1是一次电路的负荷电流，只受一次电路的负荷的影响，而与互感器二次负荷的变化无关。由于I0突然增大几十倍，即励磁磁动势；02I1110NINI10II10NI•突然增大几十倍，因而会产生如下严重后果：•①铁心由于磁通剧增而过热，并产生剩磁，降低铁心准确度级。•②由于电流互感器二次绕组匝数远比一次绕组多，所以可感应出危险的高电压，危及人身和设备安全。•因此电流互感器在工作时二次侧不允许开路。在安装时，其二次接线要求牢靠，且不允许接入熔断器和开关。2．电流互感器的二次侧有一端必须接地•互感器二次侧一端接地，是为了防止其一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。3．电流互感器在连接时，要注意其端子的极性•按照规定，我国互感器和变压器的绕组端子，均采用“减极性”标号法。•所谓“减极性”标号法，就是互感器按图4－46所示接线时，一次绕组接上电压，二次绕组感应出电压。•这时将一对同名端短接，则在另一对同名端测出的电压用“减极性”法所确定的“同名端”，实际上就是“同极性端”，即在同一瞬间，两个同名端同为高电位或同为低电位。21UUU•按规定，电流互感器的一次绕组端子标以L1、L2，二次绕组端子标以K1、K2，L1与K1为同名端，L2与K2为同名端。如果一次电流I；从L1流向L2，则二次电流应从K2流向K1，如图4－39所示。•在安装和使用电流互感器时，一定要注意端子的极性，否则其二次仪表、继电器中流过的电流就不是预想的甚至可能引起事故。例如图4－40b中C相电流互感器的K1、K2如果接反，则公共线中的电流就不是相电流，而是相电流的倍，可能使电流表烧坏。3三、电压互感器•（－）基本结构原理和结线方案•（二）电压互感器的类型和型号•（三）电压互感器的选择•（四）电压互感器的使用注意事项返回三、电压互感器•（－）基本结构原理和结线方案•电压互感器的基本结构原理图如图4－47所示。它的结构特点是：一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数很少，相当于降压变压器。工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。由于这些电压线圈的阻抗很大，所以电压互感器工作时二次绕组接近于空载状态。二次绕组的额定电压一般为100V。•电压互感器的一次电压；与其二次电压。之间有下列关系：•式中，、为电压互感器一次和二次绕组匝数；为电压互感器的变压比，一般表示为其额定一、二次电压比，即•例如10000V／100V。22211)/(UKUNNUu1N2NuKNNuUUK21/电压互感器在三相电路中有如图4-48所示的四种常见的结线方案•（1）一个单相电压互感器的结线（见图4－48a）供仪表、继电器接于一个线电压。•（2）两个单相电压互感器接成V／V形（见图4－48b）供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，它广泛应用在工厂变配电所的6～10kV高压配电装置中。•（3）三个单相电压互感器接成Y0／Y0形（见图4－48C）供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。由于小接地电流系统在一次侧发生单相接地时，另两相电压要升高到线电压，所以绝缘监视电压表不能接入按相电压选择的电压表，而要接线电压选择，否则在发生单相接地时，电压表可能被烧毁。•（4）三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0／Y0／△（开口三角）形（见图4－48d）其接成Y0的二次绕组，供电给需线电压的仪表、继电器及绝缘监视用电压表，与图4－48c的二次结线相同。接成△（开口三角）形的辅助二次绕组，接电压继电器。一次电压正常工作时，由于三个相电压对称，因此开口三角形两端的电压接近于零。当某一相接地时，开口三角形两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，发出信号。（二）电压互感器的类型和型号•电压互感器按相数分，有单相和三相两类。按绝缘及其冷却方式分，有干式（含环氧树脂浇注式）和油浸式两类。图4－49是应用广泛的单相三绕组、环氧树脂浇注绝缘的户内JDZJ－1