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互感器基础知识介绍
2012-05-11 13:06   审核人:
测量用互感器在电力线路中用于对交流电压或电流进行变换,以满足高电压或大电流的测量,起着一次系统与二次系统之间的桥梁作用。
一、电流互感器
1、电流互感器简称为TA,种类也很多,按电压等级分为低压和高压;按一次线圈的匝数可分为单匝式和多匝式;按外形可分为羊角式和穿心式;按安装方法可分为支持式和穿墙式;按绝缘方式可分为油浸式、干式和瓷绝缘;按安装地点可分为户内式和户外式;按铁芯多少可分为单铁芯和多铁芯。
2、TA的型号一般表为:
       □  □  □--□  □--□
        第一个方框代表:L(电流)
        第二个方框代表:见下表
        第三个方框代表:见下表
        第四个方框代表:额定电压
        第五个方框代表:准确度等级
        第六个方框代表:额定电流
表一:电流互感器的字母意义

第二个方框  

A  

穿墙式  

第三个方框  

Z  

浇注绝缘  

B  

支持式  

C  

瓷绝缘  

D  

贯穿式单匝  

W  

户外装置  

F  

贯穿式复匝  

B   

过流保护  

M  

贯穿式母线型  

G  

改进型  

R  

装入式  

D  

差动保护  

Q  

线圈式  

S  

速饱和  

C  

瓷箱式  

J  

接地保护或加大容量  

Z  

支柱式  

Q  

加强型  

Y  

低压型  

K  

瓷外壳式  

3、电流互感器工作原理(原理接线见右图)
(1)电流互感器的特点是: (1)一次线圈串联
在电路中,并且匝数很少,因此,一次线圈中的电
流完全取决于被测电路的负荷电流,而与二次电流
无关;(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的
电流线圈阻抗都很小,所以正常情况下,电流互感
器在近于短路状态下运行。电流互感器一、二次额定电流之比,称为电流互
感器的额定互感比:kn=I1n/I2n。
因为一次线圈额定电流I1n己标准化,二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安,所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比,即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。
(2)电流互感器使用时注意事项
电流互感器二次侧不允许开路运行。如果电流互感器二次侧开路,铁芯中的磁通随一次电流的增大面急剧增大,不仅引起铁心严重饱和,而且在二次侧感应产生一个高电压,对二次回路绝缘有严重危害,甚至击穿烧坏,而且由于铁心饱和,磁感应强度的曲线变化陡度增加,引起二次侧感应电势出现很高的尖顶波,其电压幅值可达2~3KV的危险数值,这时如果有人触及二次回路,也容易造成触电伤害。所以电流互感器在运行中不允许二次开路。
4、电流互感器的接线方式:

(a)不完全星形接线或V形接线       (b)三相星形接线或完全星形接线
(1)不完全星形接线或V形接线:其优点是在减少二次电缆芯数的情况,取得了第三相电流。其缺点是①由于只有两只电流互感器,当其中一点相性接反时,则公共线中的电流变为其他两相电流的相量差,造成错误计量,且错误接线的机率较多;②给现场单相法校验电能表带来困难。两相星形接线主要是用于小电流接地的三相三线制系统(如35KV及以下电能计量装置)。
(2)三相星形接线或完全星形接线:其优点是二次回路的电缆芯数较少。其缺点是当三相负载不平衡时,则公共线中有电流流过,此时,若总公共线断开变会产生计量误差,因此公共线是不允许断开的。三相星形接线主要是用于高压大电流接线系统(110KV及以上电能计量装置)。
(3)分相接线:其优点可减少错误接线的机率,提高测量的可靠性和准确度,给现场校验电能表和检查错误接线带来方便,多用于三相四线系统中,是接线方式的首选。
(4)电流互感器的特种连接:为了改变误差特性或电流比等目的,如油断路器内的套管式电流互感器就常常需要采用串联或并联的方法。
5、电流互感器二次连接导线截面积的选择
电流互感器接入的总二次负载超过额定值时,则准确等级会下降;二次负载过低,误差也偏大,所以,根据国家标准规定,一般测量用电流互感器的二次负载S(VA)必须在额定负载S2N和下限负载范围内即:
0.25S2N≤S≤S2N
电流互感器二次回路连接导线的阻抗是二次负载阻抗的一部分,尤其是大型发电厂、变电站,二次电流回路导线的阻抗是二次负载阻抗的主要部分,直接影响着电流互感器的误差。因此在二次回路连接导线长度一定时,其截面积需要经计算确定。电流互感器的额定负载可用下式表示:
S2N=(I2N)2Z2N(VA)
式中:I2N已标准化,为5A或1A;S2N一般用VA数表示;当功率因数为1.0时,Z2N为纯电阻。从式中也可以看出,Z2N= S2N/(I2N)2,即Z2N与(I2N)2成反比,很显然当S2N一定时,取1A与取5A的电流互感器相比,Z2N可增加25倍,因此二次电流为1A的电流互感器带负载的能力与二次电流为5A的电流互感器相比,带负载的能力更强。也可以做为我们对电流互感器进行误差测量过程中,选择负载箱档位的方法。
6、电流互感器的选择
(1)、额定电流比的选择:一般是按长期通过电流互感器的最大工作电流来选择,故在正常运行中的实际负荷电流达到额定电流值的60%左右,至少应不小于30%。否则应选项用高动稳定的电流互感器以减小变比,而且额定二次电流必须与电能表的额定电流值相吻合。
(2)额定容量的选择:按电流互感器二次连接导线截面积的选择方法进行选择。
(3)额定电压的选择:是指一次绕组对地或二次绕组能长期承受的最大电压值,而不是指一次绕组两端所加的电压。
(4)准确等级的选择:按电力行业标准DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的相关规定进行选择。
7、使用电流互感器的一般注意事项
(1)相性连接要正确。电流互感器的相性,一般是按减极性(-)标注的。
(2)二次回路应设保护性接地点。为了防止一、二次绕组之间绝缘击穿时,高电压窜入低压侧危及人身安全和损坏仪表。
(3)运行中二次绕组不允许开路。①二次侧产生很高电压,对设备和人员有危险;②铁芯严重发热,互感器有被烧坏的可能;③在铁芯中产生剩磁,使电流互感器误差增大。
(4)对于具有两个及以上的铁芯共用一个一次绕组的电流互感器来说,要将电能表接于准确度较高的二次绕组上,并且不应再接入非电能计量的其他装置,以防互相影响。
8、电流互感器的退磁试验
(1)开路退磁法:在一次绕组中选择其匝数较少的一个绕组通以10%的额定的一次电流,在其他绕组均开路的情况下,平稳、缓慢地将电流降至零,退磁过程中应监视接于匝数最多绕组两端的峰值电压表,当指示值超过2600V时,则应在较小的电流值下进行退磁。
(2)闭路退磁法:在二次绕组中接一个相当于额定负荷阻抗10~20倍的电阻,对一次绕组通以1.2倍的额定电流,然后均匀缓慢地降至零。
对具有两个及以上二次绕组的电流互感器进行退磁时,若所有二次绕组均与同一个铁芯交链,其中一个二次绕组接退磁电阻,其余的二次绕组应开路。
9、电流互感器的极性试验
将适当小量程的直流电流表接在被试互感器二
次出线端,一次加1.5V直流电源,使对应端正负相同, 开关接通瞬间,电流指针正偏转,则互感器为减极性。
10、电流互感器的检定
(1)误差限值(见表二)

   

比    差  

角    差  

5  

20  

100  

120  

5  

20  

100  

120  

0.1  

0.4  

0.2  

0.1  

0.1  

15  

8  

5  

5  

0.2  

0.75  

0.35  

0.2  

0.2  

30  

15  

10  

10  

0.5  

1.5  

0.75  

0.5  

0.5  

90  

45  

30  

30  

1  

3.0  

1.5  

1.0  

1.0  

180  

90  

60  

60  

对于满足特殊要求的0.2S级和0.5S电流互感器(额定二次电流仅限于5A),需测量1%---120%额定电流下的误差。在二次负荷为额定负荷的25%---100%之间的任一值时,在额定频率下的误差应不超过表中所列误差限值:

   

比   差  

角   差  

1  

5  

20  

100  

120  

1  

5  

20  

100  

120  

0.2S  

0.75  

0.35  

0.2  

0.2  

0.2  

30  

15  

10  

10  

10  

0.5S  

1.5  

0.75  

0.5  

0.5  

0.5  

90  

45  

30  

30  

30  

对额定二次电流为5A,额定负荷为5VA的互感器,其下限负荷为2.5VA。
注:(1)对于额定二次电流为5A,额定负荷为10VA、5VA的互感器,其下限负荷允许为3.75VA,但是名牌上标注。
   (2)对于非标产品,允许按名牌规定的技术条件进行检定,其检定结果应在证书的说明栏中具体注明检定情况。
    电流互感器的实际误差曲线,不应超过上表所列误差限值连线形成的折线范围。
被检电流互感器,必须符合本规程和相应的技术标准或技术条件规定的全部技术要求。
在检定中,当电流互感器的一次绕组中通过有电流电,严禁断开二次回路。
(2)检定项目和检定方法
①外观检查:
◆没有名牌或名牌中缺少必要的标记;
◆接线端钮缺少、损坏或无损记;穿心式电流互感器没有极性标记;
◆多变比电流互感器在名牌或面板上未标有不同电流比的接线方式;
◆严重影响检定工作进行的其它缺陷。
②绝缘电阻的测定:
  可以用兆欧表测量其各绕组之间和绕组对地之间的绝缘电阻值。凡用500V兆欧表测量电流互感器一次绕组对二次绕组对地间的绝缘电阻值小于5MΩ者,不予检定。
③工频电压试验:必须符合GB311-83《高压电气设备绝缘试验电压和试验方法》的规定。
④绕组极性的检查:推荐用电流互感器校验仪进行绕组极性检查。
⑤退磁
⑥误差测量
测量误差时,应按被检电流互感器的准确度级别和JJG313-1994《测量用电流互感器》的要求,选择合适的标准器及测量设备。而且,无论采用何种测量装置,均应按下面的规定接线:把一次绕组的L1端和二次绕组的K1端定义为相对应的同名测量端。将标准器和被检电流互感器的一次绕组的同名测量端联结在一起,并将升流器输出端中的一端接地或通过对称支路(或其它的方法)间接接地。相应二次绕组的同名测量端也联结在一起,并使其等于或接近于地电位,但不能直接接地。
◆自检线路
当被检电流互感器的额定变流比为1时,可右图线路进行检定。
◆比较线路
当标准器和被检电流互感器的额定变流比相
同时,可按右图所示的线路进行检定
◆对称支路接地的比较线路
检定准确度级别为0.1级及以上的电流互感
器,在较小的额定一次电流(例如1A以下)时,一次回
路应通过对称支路(或其它方法)间接接地,如图所示。
先将开关K置于适当的位置,调节R和C,直到高阻
抗毫伏表D的指示最小时,则L1端接近地电位。
(3)检定周期
 作标准用的电流互感器,其检定周期一般定为2年。
凡0.2级以上作标准用的电流互感器,在连续2个周期3次检定中,最后1次检定前2次检定结果中的任何1次比较,其误差变化不超过误差限值的1/3时,检定周期可延长原定的50%,即检定周期为3年。作标准用的电流互感器,如果在一个检定周期内误差变化超过其误差限值的1/3时,检定周期应缩短为1年。
二、电压互感器
1、电压互感器简称为TV,种类也很多,基本也电流互感器分类差不多。
2、TV的型号一般表示为:
        □  □  □  □--□
            第一个方框代表:见下表
            第二个方框代表:见下表
            第三个方框代表:见下表
            第四个方框代表:见下表
            第五个方框代表:额定电压
表三:电压互感器的字母意义

第一个方框  

J  

电压互感器  

第三个方框  

J  

油浸式  

第四个方框  

F  

胶封型  

HJ  

仪用电压互感器  

G  

干式  

J  

接地保护  

第二个方框  

D  

单相  

C  

瓷箱式  

W  

五柱三绕组  

S  

三相  

Z   

浇注绝缘  

B  

三柱带补偿绕组  

C  

串级结构  

R  

电容分压式  

   

   

3、电压互感器工作原理(原理图见右)
(1)电压互感器的特点是:电压互感器的工作原理和变压器相同。图为电磁式电压互感器原理接线图,电压互感器的特点是:(1)容量很小,类似一台小容量变压器;(2)二次侧负荷比较恒定,所接测量
仪表和继电器的电压线圈阻抗很大,因此,在正常运
行时,电压互感器接近于空载状态。电压互感器的
一、二次线圈额定电压之比,称为电压互感器的额
定电压比。即:
kn=U1n/U2n
其中一次线圈额定电压U1n是电网的额定电压,且已标准化(如10,35,110,220,330,500千伏等),二次电压U2n,则统一定为100(或100/√3)伏,所以 kn也标准化。
(2)电压互感器使用时注意事项
电压互感器和电流互感器不同,在运行时二次侧不允许短路,如果出短路,会产生短路电流,将电压互感器烧坏,因此,为了安全起见,电压互感器一、二次侧允许装设熔断器,当出现过载或短路故障时,熔丝迅速熔断,以保证电压互感器不致烧坏。
4、电压互感器的接线方式:
 

(1)Vv 接线方式:广泛用于中性点绝缘系统或经消弧线圈接地的35KV及以下的高压三相系统,特别是10KV三相系统,接线来源于三角形接线,只是“口”没闭住,称为Vv接,此接线方式可以节省一台电压互感器,可满足三相有功、无功电能计量的要求,但不能用于测量相电压,不能接入监视系统绝缘状况的电压表。

 

(2)Y,yn接线方式:主要采用三铁芯柱三相电压互感器,多用于小电流接地的高压三相系统,二次侧中性接线引出接地,此接线为了防止高压侧单相接地故障,高压侧中性点不允许接地,故不能测量对地电压。

 

(3)YN,yn接线方式:多用于大电流接地系统。
(4)YN,yn,do接线方式:也称为开口三角接线,在正常运行状态下,开口三角的输出端上的电压均为零,如果系统发生一相接地时,其余两个输出端的出口电压为每相剩余电压绕组二次电压的3倍,这样便于交流绝缘监视电压继电器的电压整定,但此接线方式在10KV及以下的系统中不采用。
5、使用电压互感器的注意事项:
(1)电压互感器应选用符合国家标准,并经有关部门鉴定为质量优良,准许进入电力系统的产品。
(2)要正确选择电压互感器的额定电压,额定电压指加在三相电压互感器一次绕组上的线电压,应与供电线路的线电压相适应。选择时该额定电压应大于接于的被测电压的0.9倍,小于1.1倍。
(3)按要求的相序接线,防接错极性,否则将引起某相的线电压或升高√3倍,或降低√3倍,引起错误计量。二次侧要可靠接地,以防一次侧的高压窜入二次侧造成危害,保证人身及电能表的安全。
(4)二次侧严禁短路,否则造成烧断一次侧熔断器,计量停止。
(5)正确选择电压互感器的额定容量。电压互感器的额定二次容量定义为:
S2e=(U2e)2Y(VA)
其中 Y为电压互感器的额定二次负荷,二次所并接的电压线圈越多,实际阻抗越小,实际导纳越大,二次实际负荷就越重,一般电压互感器的U2e=100V,那么
               S2e=(U2e)2Y=10000Y(VA)
选择S2e的原则是:0.25S2e ≤S实际≤S2e
(6)对于互感器也要像其他计量设备一样,进行周期检定和现场检验。规程规定:高压互感器每10年现场检验一次,时间可选择在大用户配电设备每年一次的预防性试验时一起进行。
运行中的电压互感器二次回路电压降应定期进行检验,对35KV及以上电压互感器二次回路压降,至少每两年检验一次。
6、电压互感器的检定
(1)误差限值(见表四)

   

比    差  

角    差  

20  

50  

80  

100  

120  

20  

50  

80  

100  

120  

0.1  

0.2  

0.15  

0.10  

0.10  

0.10  

10.0  

7.5  

5.0  

5.0  

5.0  

0.2  

0.4  

0.3  

0.2  

0.2  

0.2  

20  

15  

10  

10  

10  

0.5  

-  

-  

0.5  

0.5  

0.5  

-  

-  

20  

20  

20  

1  

-  

-  

1.0  

1.0  

1.0  

-  

-  

40  

40  

40  

互感器
(2)检定项目和检定方法
①外观检查:
   ◆没有名牌或名牌中缺少必要的标记;
   ◆接线端钮缺少、损坏或无损记;
   ◆多变比电压互感器在名牌或面板上未标有不同变比的接线方式;
   ◆严重影响检定工作进行的其它缺陷。
②绝缘电阻的测定:
    用兆欧表测量其各绕组之间和绕组对地之间的绝缘电阻。凡用2500V兆欧表测量绝缘电阻值时,其绝缘电阻值参考值为:半绝缘电压互感器不小于1MΩ/1Kv者;全绝缘电压互感器不小于10MΩ/1Kv。
③工频电压试验:必须符合GB311-83《高压电气设备绝缘试验电压和试验方法》的规定。
④绕组极性的检查:推荐用电流互感器校验仪进行绕组极性检查。
⑤误差测量
测量误差时,应按被检电压互感器的准确度级别和JJG314-1994《测量用电压互感器》的要求,选择合适的标准器及测量设备。而且,当标准器和被检电压互感器的额定变比相同时,可根据误差测量装置类型,从高电位端取出差压或从低压位端取出差压进行误差测量,当差压从低电位端取出时,标准一次和二次绕组之间的泄漏电流反向流入被检互感器所引起的附加误差大得大于被检互感器误差限值的1/20。
◆0.2级及以上作标准用的电压互感器,除120%点误差测一次外,其余每点误差测两次(电压上升和下降)。
◆作一般测量用0.2级及以下的电压互感器,每个测量点误差测一次(电压上升)
◆自检线路
当被检电压互感器的额定变流比为1时,可右图线路进行检定。
 
◆比较线路
当标准器和被检电压互感器的额定变流比相同时,可按右图所示的线路进行检定
 
◆对称支路接地的比较线路
检定准确度级别为0.1级及以上的电流互感器,在较小的额定一次电流(例如1A以下)时,一次回路应通过对称支路(或其它方法)间接接地,如图所示。先将开关K置于适当的位置,调节R和C,直到高阻抗毫伏表D的指示最小时,则L1端接近地电位。
(3)检定周期
电压互感器检定周期基本上与电流互感器检定周期相同。
三、组合式计量箱
1、组合式计量箱的选择
(1)计量箱的设计就符合国家有产关标准、电力行业标准及有关规程对电能计量装置的要求。
(2)电能计量装置,应具有可靠的防窃电措施。电能表、互感器及二次回路,必须安装在封闭可靠的电能计量箱内。计量装置电源进线,必须采用电缆或穿管绝缘导线,且不得有破口或裸露部分。
(3)计量箱应留有足够的空间来安装电能表、互感器及一、二次接线,并使其保持足够的安全距离有操作空间距离。
(4)计量箱电能表、互感器的安装位置,应考虑现场检查及拆除工作的方便。
(5)计量箱活动门应必须能加封,门上应有带玻璃的观察窗,以便于抄表读数与观察表计运转情况。
对于需对电能表面盘进行操作的计量箱,应在其观察窗处设使于开启的小门,且小门能加封签。
(6)计量箱与墙壁的固定点应不少于三个,使箱体不能前后左右移动。
(7)计量箱在电源与计量器具之间宜装熔断器。
进户线进入计量箱时首先应接到熔断器,用来保护电能表及防止因用户电气装置的故障面影响电网安全运行,单相电能表在一相上装设一只熔断器,三相四线电能表在U、V、W三相上分别装设熔断器,但在任何情况下中性线不能装设熔断器。
(8)计量箱的金属外壳应有接地端钮。
2、组合式计量箱的优缺点
(1)组合式计量箱的优点:
①高压侧和低压侧接线方便;
②组合式计量箱在箱内已把电流、电压互感器的接线安装好组成一个箱安装好组成一个箱安装方便;
③组合式计量箱体积小、点地面积小,节省安装场地。
(2)组合式计量箱的缺点:
①箱内的电压互感器高压侧没有装熔断器,容易造成短路爆炸故障,超级将馈线跳闸,造成用户停电事故;
②因电流、电压互感器装在一起,其中一具互感器发生故障就要整个箱一齐更换,故障率高。
      3、组合式计量箱的检查与试验
(1)组合式计量箱的检查
①检查高压瓷套管有无破裂,箱体密封圈是否老化,油面高度是否在标志处,油箱是否渗漏油。一次接线螺栓有无松动或打火现象。
②仪表箱内二次回路接线端钮螺栓及电能表接线端钮螺栓有无生锈、氧化、松动或打火现象。
③测量二次回路电压、电流是否正常以判断箱内电压、电流互感器及二次回路是否有异常运行或有故障。
(2)组合式计量箱的试验与维修
①定期(2~3年)对箱内充油设备的油质进行抽样试验。
②定期对线圈绝缘和箱体接地电阻进行测量。其接地电阻不得高于10Ω,不得低于100MΩ。
③定期对电能表、互感器进行轮换校验。
④发现一、二次接线螺栓松动应拧紧,螺栓生锈应用零号砂纸擦亮或更换。
⑤发现高压瓷套管破裂、密封圈老化脆裂应及时更换。
(3)组合式计量箱的注意事项
①带电对高压计量箱检查或在二次回路上进行测量时,应由两人进行,并注意人体与带电设备的安全距离。
②带电测量与工作时(在二次回路)应戴绝缘手套,使用绝缘工具。
③禁止在运行中的电流互感器二次回路上开路工作。
④一般高压计量箱未装失压记录仪,当电能表失压时无法确定时间,对追补电量时带来一些困难。因此,每隔1~2月要对高压计量箱的电压互感器的熔断器进行一次检查、测量,雷雨季节应增加检查测量次数,以便及早发现与解决。
⑤当发现高压计量箱故障异常时(包括二次回路失压、失流、电能表故障等),应通知用户到场核实,以避免追补电量时带来的纠纷。
⑥每次检查与测量和试验时,都要有记录,以便与运行历史记录正常数值进行比较。

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