任务一 互感器的分类、作用及原理

认知1 互感器的分类和作用

一、互感器的分类

互感器是电力系统中一次系统与二次系统之间的联络元件，用来变换电流和电压，分别为测量仪表、保护、监视和控制装置提供各种电流或电压信号，反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器分为电流互感器（TA）和电压互感器（TV）两种。

二、互感器与系统的连接

互感器是一种特殊的变压器，其基本结构与变压器相同，并按变压器原理工作。其一、二次绕组与系统的连接方式如图62所示。

电压互感器一次绕组并接于电网，二次绕组与测量仪表或继电器电压线圈并联。电流互感器一次绕组串接于电网（与支路负载串联），二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈相串联。

三、互感器的作用

（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，即电流互感器二次侧标准值为5A或1A，电压互感器二次侧标准值为

图62 互感器与系统连接

100V或100/㊣3V。

（2）使一次设备与二次设备实现电气隔离，保证了人身和设备的安全。（3）取得零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。

认知2 互感器的工作原理

电力系统中采用的互感器按其工作原理，可分为电磁式互感器和电容式互感器。一、电磁式互感器工作原理

（一）电磁式电流互感器的工作原理

电力系统中广泛采用电磁式电流互感器，其工作原理如图63所示。

1.电磁式电流互感器的工作原理

电磁式电流互感器的工作原理与变压器相似。当一次侧流过电流时，在铁芯中产生交变磁通，此磁通穿过二次绕组，产生电动势，在二次回路中产生电流，则电流互感器的磁动势平衡方程为

+=

（6 1）

如果忽略很小的励磁电流，即=0，则

图63 电磁式电流互感器原理接线

=—

如果仅考虑以额定值表示的电流数值关系，

则可得出

I_1NN₁=I_2NN₂

（6 2）

电流互感器一、二次侧额定电流之比，称为电流互感器的额定电流比，用K_i表示，则

K_i=I_1N/I_2N≈N₂/N₁≈I₁/I₂

（6 3）

式中 I_1N，I_2N———一、二次绕组额定电流；

I₁，I₂———一、二次绕组工作电流；N₁，N₂———一、二次绕组匝数。

由式（63）可知，电流互感器二次电流I₂近似与一次电流I₁成正比，测出二次电流，按照变比放大，即可得到一次电流的大小。

2.电磁式电流互感器的误差

电流互感器的简化相量图如图6 4所示。一次电流应等于与之和，所以一次电流与—相差δ_i角，即励磁电流导致一、二次电流在大小和相位上都出现了偏差，通常用电流误差和相角误差表示。

图64 电流互感器的简化相量图

（1）电流误差（又称比差）f_i。电流互感器实际测量出来的电流I₂乘上互感器额定电流比即K_iI₂与实际一次电流I₁之差，占I₁的百分数，即

f_i=K_iII21—I₁×100%

（6 4）

（2）相角误差（又称角差）δ_i。旋转180°的二次电流—′₂

与一次电流之间的夹角。规定—′₂超前于时，δ_i为正，反之为负。

（二）电磁式电压互感器的工作原理

电磁式电压互感器原理接线如图65所示。1.电磁式电压互感器工作原理

电磁式电压互感器的工作原理与变压器相同，结构也相似，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。其一、二次侧电动势平衡方程式为

图65 电磁式电压互感器原理接线

=—+

=—

（6 5）

忽略一、二次侧绕组漏阻抗的压降，可得

≈—

≈

（6 6）

因此有

U₁≈（N₁/N₂）U₂≈K_uU₂

（6 7）

式中，———一、二次绕组电压；

，———一、二次绕组电动势；

K_u———电压互感器一、二次绕组匝数比。

由式（67）可知，电磁式电压互感器二次侧电压U₂近似与一次侧电压U₁成正比，测出二次侧电压，便可确定一次侧电压。

2.电磁式电压互感器的误差

由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，使二次电压与一次电压大小不等，相位差也不等于180°，即电压互感器测量结果呈现误差，通常用电压误差和角误差表示。

（1）电压误差（又称比值差）f_u。电压误差为二次电压的测量值乘额定互感比所得一次电压的近似值（U₂K_u）与实际一次电压U₁之差，而以后者的百分数表示，即

f_u=K_uUU21—U₁×100%

（6 8）

（2）角误差（又称相角差）δ_u。角误差为旋转180°的二次电压相量与一次电压相量之间的夹角δ_u，并规定二次侧电压相量超前于一次侧电压相量时，角误差为正值；反之，则为负值。

二、电容式电压互感器的工作原理

电容式电压互感器原理接线如图66所示。

电容式电压互感器实质上是一个电容分压器，在被测装置的相和地之间接有电容C₁和C₂，按反比分压，C₂上的电压为

图66 电容式电压互感器原理接线

U_C2=CU11+C₁C₂=KU₁

（6 9）

式中 K———分压比，K=C₁/（C₁+C₂）。

由于U_C2与一次电压U₁成比例变化，故可测出相对地电压。当C₂两端与负荷接通时，由于C₁、C₂有内阻压降，使U_C2小于电容分压值，负荷越大误差越大。内阻抗为

1

Z_i=

（6 10）

jω（C₁+C₂）

为了减小Z_i，可在a、b回路中加入一补偿电抗L，则内阻抗为

1

Z_i=jωL+

（6 11）

jω（C₁+C₂）

当ωL=1/[ω（C₁+C₂）]时，输出电压U_C2与负荷无关。

电容式电压互感器的误差由空载误差、负载误差和阻尼负载电流产生的误差等几部分组成，除受U₁、Z_2l、功率因数的影响外，还与电源频率有关，当系统频率变化超出Δf=

±0.5Hz范围时，由于ωL≠1/[ω（C₁+C₂）]，因而会产生附加误差。