互感器

互感器是一种利用电磁原理进行电压、电流变换的变压器类设备，在电力系统广泛被使用，它是将电力系统一次回路中的电量信息按一定的比例关系传递到二次回路，提供给测量仪表和继电保护装置等二次设备，对系统进行监视、测量和保护。互感器分为电压互感器和电流互感器两种，它的作用如下：

1）继电保护和测量仪表都不能直接接入高电压、大电流，必须通过电压互感器将高电压变换成低电压，二次侧绕组的额定电压为100V，并与测量仪表或继电保护装置中的电压线圈并联；必须通过电流互感器将大电流变换成小电流，二次侧绕组的额定电流为5A或1A，并与测量仪表或继电保护装置中的电流线圈串联。

2）由于互感器的二次额定电压或额定电流是一定的，所以能使测量仪表和继电保护的电压和电流规格统一，以利于仪表和继电器的标准化。

3）由于互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘强度，能使二次设备和工作人员与一次高电压之间进行电气隔离，而且互感器的二次侧有一端接地，这样就可保证设备和人身的安全。

电 压 互 感 器

一、电压互感器的基本知识

电压互感器是将电力系统的高电压变换成标准的低电压（100V或100/√3V）的电器。它与测量仪表配合时测量电压和电能，与继电保护装置配合时则可对电力系统进行继电保护。

电压互感器有电磁式与电容式之分。电磁式电压互感器实际上就是一种小容量、大电压比的降压变压器，因而其基本原理与变压器无任何区别。它的一次绕组与电源、二次绕组与负载都遵守并联接线原则。

电压互感器与变压器毕竟有所不同，因为它的主要功能是传递电压信息，而不是输送电能。所以，电压互感器有以下两个特点：

1）电压互感器二次回路的负载是一些高阻抗的测量仪表和继电保护的电压线圈，二次电流很少，因而内阻抗压降很小，所以二次电压基本上就等于二次电势，即相当于变压器的空载运行状态。

2）电压互感器二次绕组不能短路运行。因为电压互感器要求变换电压准确，通常内阻抗很小，短路阻抗压降很小。短路时二次侧产生很大的电流，电压互感器有烧坏的危险。

此外，由于电压互感器一次侧与高电压直接联结，若在运行中互感器的绝缘被击穿，高电压即窜入二次回路，将危及二次设备和人身安全，所以二次侧绕组必须一端接地。

（一）电压互感器的分类及型号 1、分类

电压互感器的种类很多，大致可分为以下几类： （1）按相数分有单相和三相电压互感器；

（2）按绕组数分有双绕组、三绕组及四绕组电压互感器 （3）按安装场所分有户内与户外用电压互感器

（4）按绝缘介质分有一般干式、浇注式、油浸式和气体绝缘电压互感器 （5）按结构原理分有电磁式和电容式，电磁式又分为单级式和串级式。

1 A 3 Ⅰ 4 1U

4

Ⅱ 12 UP 2 Ⅲ

4

13 U 4Ⅳ

a x xD aD

X

图三 220KV串级绝缘互感器原理结线图 1、一次线圈 2、连耦线圈 3、平衡线圈 4、铁芯 2、型号

电压等级KV

设计序号

油保护方式（N－不带金属膨胀器） 结构特征（X－带剩余电压绕组，B－三柱

带补偿绕组，W－五柱三绕组，C－串级带剩余绕组，F－有测量和保护分开的二次绕组）

绕组外绝缘介质（G－空气干式，Z－浇注绝

缘，Q－气体绝缘，变压器油不表示）

相数（D－单相，S－三相）

类别（J—电压互感器）

例如：JDZ6－10 单相环氧树脂浇注绝缘，设计序号为6的10KV级电压互感器。 JDX1－110 单相油浸式带剩余电压绕组，设计序号为1的110KV级电压互感器。

例1：三相五柱PT JSJW-10 J—电压互感器； S—三相； J—油浸器；

W—五柱三线圈； 10—额定电压10kV。 例2：JCC2—110（220）W J—电压互感器； C—瓷箱式； C—串级式； 2—设计序号；

110（220）—额定电压 例3：JDCF-110（GYW2） J—电压互感器；

D—单相； C—串级式；

F—分开的二次绕组； GYW—高原防污型 例4：JDZFX73-35 J—电压互感器；

D—单相； Z—浇注； F—双绕组； X—剩余绕组； 73—设计序号； 35—额定电压35kV。

（二）主要技术参数及要求

1、设备额定电压及额定一次电压

设备额定电压与电压互感器运行时的系统额定电压相同，电压互感器的额定一次电压是指运行时一次绕组所承受的电压，用在相与相之间的单相电压互感器及三相电压互感器，其额定一次电压与设备额定电压相同；用在相与地间的电压互感器，其额定一次电压为上述电压值的1/3。

2、额定二次电压

额定二次电压是作为互感器性能基准的二次电压值。对于三相电压互感器及相与相间联结用的电压互感器，其额定二次电压为100V；对于相对地联结的电压互感器，其额定二次电压为100/3V。

用于接地保护的电压互感器，其剩余电压绕组的额定电压视互感器所接系统状况而定，对中性点有效接地系统为100V，对中性点非有效接地系统为100/3V。这是由于在系统发

生单相接地故障时，其开口三角端电压必须保证100V而确定的。

3、额定电压比

额定电压比为电压互感器的额定一次电压与额定二次电压之比。通常互感器技术文件及产品铭牌上并不表示此比值，而是用一斜横线表示其比式，分子为额定一次电压值，分母为额定二次电压值。

4、额定输出或额定负载

额定输出即互感器在额定二次电压下接有额定负载时供给二次回路的功率，以VA值表示。标准额定输出所规定的功率因数为0.8（滞后）。

5、准确级及误差限值

电压互感器和变压器一样，一次电压变换到二次电压时，由于励磁电流和负载电流在绕组中产生压降，所以，二次电压折算一次侧与一次电压比较，数量大小及相位都有差别，即互感器出现了误差。在数量上的误差称为电压误差（比值差），在相位上的差别称为相位差。电压误差（f）定义如下：

fKNU2U1100,% (12－1)

U1式中 KN———额定电压比；

U2 ———实际二次电压； U1 ———实际一次电压 。

相位差（δ）即二次电压相量与一次电压相量的相角之差，当二次电压相量超前一次电压相量时，相位差为正，反之为负。

误差性能是电压互感器的主要技术要求。标准上以准确级衡量其优劣。准确级标称以在额定电压下规定的最大允许电压误差百分数来表示。各标准准确级的误差限值及其所规定电压范围与输出范围见表12-1所示。

表12-1 电压互感器的误差极限值 电压互感器 测 量 用 保 护 用 准确级 电压误差 ±（％） 0.1 0.2 0.5 1.0 3.0 3.0 6.0 相位差/ ±（′） 5 10 20 40 不规定 120 240 保证误差的条件 电压范围 （0.8～1.2）U1N （0.05～K）U1N 二次负载范围 （0.25～1.0）S2N （0.25～1.0）S2N 0.1 0.2 0.5 1 3 3P 6P 注K表示额定电压因数。 三、电压互感器的接线方式及运行 电压互感器的接线有以下几种：

1、单相接线（Ⅰ，Ⅰ）

这样接线只需用一只单相电压互感器就可以，只适用于需要线电压的情况，可接入电压表、频率表的电压线圈和电压继电器等。

2、V，v接线

这是采用两台单相电压互感器联结而成，V，v接线可以测出三个线电压，适用于只需测量线电压而不测量相电压的场合。也就是仅适用于中性点不直接接地系统中，用来测量电压、功率、电能等，并可接入继电器及其它装置。

3、Y，yn接线

这种接线可由三台单相全绝缘的电压互感器连接而成，用于中性点不直接接地系统。它可以满足仪表和继电保护装置需要接线电压和相电压的要求。

由于这种接线的一次侧中性点不接地，其一次绕组是相线对中性点的电压，而不是对地电压。当系统发生单相接地时，接地相虽然对地电压为零，但对中性点的电压仍为相电压，这时施加于一次绕组上的电压并没有改变，二次相电压也未改变。因此用它来供电给绝缘检查电压表，反映不出系统接地故障来。

4、YN，yn,d开口接线

这种接线采用三台单相三绕组电压互感器或三相三绕组五柱式电压互感器连接而成，如图12-15所示。其二次绕组既可以测量线电压和相电压，并且接成开口三角形的零序电压绕组又能进行绝缘监视和供单相接地保护之用。

电压互感器的零序电压绕组组成的开口三角形接线是反映零序电压的，正常运行时，系统三相电压对称，开口三角的开口两端无电压或很少，一但系统发生单相接地故障时，中性点出现位移，开口三角的开口端会出现一个零序电压，零序电压作用到继电器上，引起继电器动作并发出信号。

电 流 互 感 器

一、电流互感器的基本知识

电流互感器是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流变换成小电流（额定值为5A或1A）的电器。它与测量仪表相配合时，则可测量电力系统的电流和电能，与继电器配合时，则可对电力系统进行保护。同时，也使测量仪表和继电保护装置标准化、小型化，并与高电压隔离。

电流互感器是接近于变压器短路运行的变压器，其基本原理与变压器没有多大的差别，只是取其电流的变换，所以也称为变流器。它的一次绕组匝数很少，与线路串联；二次绕组匝数很多，与仪表及继电保护装置的电流线圈相串联，如图12-16所示，一次电流从电流互感器的L1端流入一次绕组时，二次电流从K1端流出，所以电流互感器是减极性接法。

但是电流互感器与变压器有所不同的，有以下两个特点：

1）电流互感器二次回路的负荷是仪表或继电保护装置的电流线圈，阻抗小，相当于变压器的短路运行。而一次电流由线路的负载决定，不由二次电流决定。因此，二次电流几乎不受二次负载的影响，只随一次电流改变而变化，所以能测量电流，且具有一定的准确级。

2）电流互感器二次绕组不允许开路运行。这是因为二次电流对一次电流产生的磁通是去磁作用，一次电流一部分用以平衡二次电流，另一部分是励磁用。如果二次开路是，则一次电流全部作为励磁作用，铁心过饱和（磁通为平顶波），二次绕组开路两端产生很高的电势（尖顶波），从而产生很高的电压，这种是极不安全的。同时铁损也增加，有烧毁互感器的可能，所以电流互感器二次不能开路运行。

此外，电流互感器与电压互感器一样，二次侧一端必须接地，以防止一、二次之间绝缘击穿时危及仪表和人身安全。电流互感器二次绕组只允许有一点接地，否则在两接地点间形成分流回路，继电器就不能正确动作了。

（一）电流互感器的分类及型号 1、分类

电流互感器种类很多，大致可分为如下几种类型： （1）按绕组外绝缘介质分有

1）一般干式：绝缘介质为一般干式绝缘材料或浸渍绝缘纤维材料等； 2）浇注式：绝缘介质为环氧树脂加填料浇注成型固体； 3）油浸式：绝缘介质为变压器油和油浸纸； 4）气体式：绝缘介质为SF6气体等。

（2）按绝缘结构形式分（通常指油浸式）

1）链形：绝缘纸连续缠绕在一次绕组和二次绕组上或全部绕在一次绕组上，且一次和二次绕组交链或链形（也称“8”字形）。

2）电容型：绝缘全部缠绕在一次绕组或二次绕组上，绕组内由若干个电容屏分成多个电容层而形成电场分布均匀的绝缘结构。

（3）按一次绕组结构形式分有

1）绕线式：用普通导线卷制后再套在铁心上；

2）贯穿式：又可分为单匝式（一次绕组只有一匝）和复匝式（一次绕组为多匝）； 3）母线式：以线路母线作为一次绕组；

4）套管式：安装在变压器或断路器套管的中间法兰处，主绝缘是套管，一次绕组就是套管内的导电杆，这种互感器的一次绕组也只有一匝。

5）正立式：二次绕组在产品下部，产品重心较低，是国内高压油浸互感器的常用结构。

6）倒立式：二次绕组装在产品上部，重心较高，头部较大，但一次绕组导线较短，瓷套较细，是近年来比较新的结构。

2、型号

特殊环境（GY-高原，W-防污，TA-干

热带，TH-湿热带）

额定电压等级（KV） 设计序号

油保护方式（N－不带金属膨胀器） 结构特征及用途（B-带保护级，BT-带暂

态保护级）

绕组外绝缘介质（G－一般干式，C－瓷，

Z－浇注绝缘，Q－气体绝缘，K－绝缘壳，油浸式不表示）

结构形式（R－套管式，Z－支柱式，Q

－绕线式，F－复匝式，D－单匝式，M－母线式，K－开合式，V－倒立式，A－链型，电容式不表示）

类别（L—电流互感器）

例如 LMZ-20 表示母线式浇注绝缘，额定电压为20KV级电流互感器。

LB-220 表示带保护级户外装置一般地区用油浸电容型，额定电压为220KV级电流互感器。

（二）主要技术参数及要求 1、额定电压

电流互感器的额定电压是指互感器一次绕组所接线路的线电压，只是标志一次绕组对二次及地的绝缘水平的基准技术数据。

2、额定一次电流

额定一次电流是决定互感器误差性能和温升的一个技术要求，它取决于系统的额定电流。

3、额定二次电流

额定二次电流的标准为1A和5A，它取决二次设备的标准化。 4、额定电流比

额定电流比是额定一次电流与额定二次电流之比，一般不以其比值表示，而是写成比式，例如200A/5A等。

5、额定连续热电流

额定连续热电流是指一次绕组连续流过而不使互感器温升超过规定限值的电流。通常互感器的额定一次电流即是额定连续热电流，但在某些情况下，额定连续热电流大于额定一次电流。

6、额定负载

额定负载是规定互感器准确级的二次回路阻抗，以伏安数表示，它是二次回路在规定功率因数和额定二次电流下所吸取的视在功率。

7、测量准确级及其误差限值

电流互感器在变换电流时，由于有励磁电流产生而必然出现误差，这个误差包括电流比值误差和相位差两部分。电流比值误差也称电流误差，电流误差以百分数表示，定义如下式：

fKNI2I1100,% (12-2) I1式中 KN ———额定电流比；

I1、I2 ———实际一、二次电流。

相位差即二次电流与一次电流两相量之间的差。当二次电流相量超前一次电流相量，则相位差为正值，反之为负值。

准确级是在规定的条件下不超过规定误差限值的一个等级，测量用电流互感器准确级是以在额定电流下所规定的电流误差的百分数来标称的。国家标准所规定的标准准确级有0.1，0.2，0.5，1，3，5，级，还有特殊使用要求的准确级有0.2S和0.5S级。各标准准确级所规定的条件及误差限值如表12-2。

表12-2 各标准准确级所规定的条件及误差限值 准确级 0.1 额定电流百分数 误差限值 保证误差的二次负荷％ 范围 电流误差±（％） 相位差±（′） 5 20 100～120 5 20 100～12 5 20 100～12 5 20 100～12 50～120 50～120 1 5 20 100～12 1 5 20 100～12 0.4 0.2 0.1 0.75 0.35 0.2 1.5 0.75 0.5 3 1.5 1.0 3.0 5.0 0.75 0.35 0.2 0.2 1.5 0.75 0.5 0.5 15 8 5 30 15 10 90 45 30 180 90 60 不规定 不规定 30 15 10 10 90 45 30 30 （50％～100％）S2N （50％～100％）S2N （25％～100％）S2N （25％～100％）S2N 0.2 0.5 1 3 5 0.2S 0.5S 电流互感器除承担着电流与电能测量外，另一个重要任务是在系统发生故障时传递电

流信息给继电保护装置而切除故障。前者是在系统正常运行时即互感器在正常运行电流下工作；后者则在过电流下工作。由于在过电流情况下，互感器铁心磁通密度很高，且磁通波形、励磁电流波形畸变，二次电流不是正弦波。所以就不能用电流误差和相位误差来描述，而要采用复合误差ε，其定义如下式：

ε％ =

1001T2(Kii)dt (12－3) N210I1T式中 I1 ——— 一次电流有效值（A）；

i1、i2——— 一、二次电流瞬时值（A）；

KN——— 额定电流比；

T ——— 一个周波的时间（s）。

保护准确级用准确限值系数电流下的复合误差的百分数及其后加以字母“P”来标称。保护用互感器的标准准确级有5P和10P，保护准确级的误差限值见表12-3。

准确限值系数是额定准确限值一次电流与额定一次电流之比。

如5P30：5为符合误差的百分数，P表示用于保护，30为额定准确限值系数。

表12-3 保护准确级的误差限值 准确级 5P 10P 额定准确限值一次电流电流误差±（％） 相位差±（′） 下的复合误差（％） 1 3 60 — （三）、接线：

5 10 额定一次电流下的误差 保证误差的二次负荷范围 S2N S2N