互感器的结构和工作原理

第 四 章 第 四 章 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 第 一 节 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 第 二 节 电 压 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 第 三 节 光 电 式 互 感 器 的 结 构 和 原 理 互 感 器 的 主 要 作 用 有 ： （ 1） 将 高 电 压 变 为 低 电 压 （ 100V） ， 大 电 流 变 为 小 电流 （ 5A） 。 （ 2） 使 测 量 二 次 回 路 与 一 次 回 路 高 电 压 和 大 电 流 实 施电 气 隔 离 ， 以 保 证 测 量 工 作 人 员 和 仪 表 设 备 的 安 全 。 （ 3） 采 用 互 感 器 后 可 使 仪 表 制 造 标 准 化 ， 而 不 用 按 被测 量 电 压 高 低 和 电 流 大 小 来 设 计 仪 表 。 （ 4） 取 出 零 序 电 流 、 电 压 分 量 供 反 应 接 地 故 障 的 继 电保 护 装 置 使 用 。 第 四 章 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 第 一 节 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 三 、 电 流 互 感 器 的 接 线 方 式 四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 （ ） 电 流 互 感 器 分 类 （ 1） 电 流 互 感 器 按 用 途 可 分 为 两 类 ： 一 是 测 量 电 流 、功 率 和 电 能 用 的 测 量 用 互 感 器 ； 二 是 继 电 保 护 和 自 动 控制 用 的 保 护 控 制 用 互 感 器 。 （ 2） 根 据 一 次 绕 组 匝 数 可 分 为 单 匝 式 和 多 匝 式 （ 3） 根 据 安 装 地 点 可 分 为 户 内 式 和 户 外 式 （ 4） 根 据 绝 缘 方 式 可 分 为 干 式 、 浇 注 式 、 油 浸 式 等 。 （ 5） 根 据 电 流 互 感 器 工 作 原 理 可 分 为 电 磁 式 、 光 电 式 、电 子 式 等 电 流 互 感 器 。 （ 二 ） 电 流 互 感 器 的 型 号 规 定 目 前 ， 国 产 电 流 互 感 器 型 号 编 排 方 法 规 定 如 下 ：一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 产 品 型 号 均 以 汉 语 拼 音 字 母 表 示 ， 字 母 含 义 及排 列 顺 序 见 表 4-l所 示一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 （ 三 ） 电 流 互 感 器 的 主 要 参 数 1 额 定 电 流 变 比 额 定 电 流 变 比 是 指 一 次 额 定 电 流 与 二 次 额 定 电 流 之 比 ,额 定 电 流 比 一 般 用 不 约 分 的 分 数 形 式 表 示 。 额 定 电 流 ， 就 是 在 这 个 电 流 下 ， 互 感 器 可 以 长 期 运 行 而 不会 因 发 热 损 坏 。 当 负 载 电 流 超 过 额 定 电 流 时 ， 叫 作 过 负 载 。 2 准 确 度 等 级 国 产 电 流 互 感 器 的 准 确 度 等 级 有 0.01、 0.02、 0.05、 0.1、0.2、 0.5、 1.0、 3.0、 5.0、 0.2S级 及 0.5S级 。一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 3 额 定 容 量 电 流 互 感 器 的 额 定 容 量 ， 就 是 额 定 二 次 电 流I2e通 过 二 次 额 定 负 载 Z2e时 所 消 耗 的 视 在 功 率 S2e。 4 额 定 电 压 是 指 一 次 绕 组 长 期 能 够 承 受 的 最 大 电 压 （ 有效 值 ） ， 它 只 是 说 明 电 流 互 感 器 的 绝 缘 强 度 ， 而和 电 流 互 感 器 额 定 容 量 没 有 任 何 关 系 。 一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 5 极 性 标 志 （ 1） 一 次 绕 组 首 端 标 为 L1， 末 端 标 为 L2。 当 一 次 绕组 带 有 抽 头 时 ， 首 端 标 为 L1， 自 第 一 个 抽 头 起 依 次标 为 L2， L3 （ 2） 二 次 绕 组 首 端 标 为 K1， 末 端 标 为 K2。 当 二 次 绕组 带 有 中 间 抽 头 时 ， 首 端 标 为 K1， 自 第 一 个 抽 头 起以 下 依 次 标 志 为 K2， K3 一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 （ 3） 对 于 具 有 多 个 二 次 绕 组 的 电 流 互 感 器 ， 应 分 别在 各 个 二 次 绕 组 的 出 线 端 标 志 “ K” 前 加 注 数 字 ， 如1K1， 1K2， 1K3 ； 2K1， 2K2， 2K3 （ 4） 标 志 符 号 的 排 列 应 当 使 一 次 电 流 自 L1端 流 向 L2端 时 ， 二 次 电 流 自 K1流 出 ， 经 外 部 回 路 流 回 到 K2。 一 、 电 流 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 （ 一 ） 电 流 互 感 器 的 结 构 基 本 结 构 与 普 通 变 压 器 相 似 ， 由 两 个 绕 制 在 闭 合 铁 芯 上彼 此 绝 缘 的 绕 组 （ 一 次 绕 组 和 二 次 绕 组 ） 所 组 成 ， 其 匝 数 分别 为 N1和 N2， 如 图 4-2所 示 。 一 次 绕 组 与 被 测 电 路 串 联 ， 二 次绕 组 与 各 种 测 量 仪 表 或 继 电 器 的 电 流 线 圈 相 串 联 。 电 力 系 统 中 ， 经 常 将 大 电 流 I1变 为 小 电流 I2进 行 测 量 ， 所 以 二 次 绕 组 的 匝 数 N2多 于一 次 绕 组 的 匝 数 N1。 电 流 互 感 器 的 二 次 额 定电 流 一 般 为 5A， 也 有 1A和 0.5A的 。 电 流 互感 器 在 电 气 图 中 文 字 符 号 用 TA表 示 。二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 （ 二 ） 工 作 原 理 和 特 性 电 流 互 感 器 的 工 作 原 理 与 普 通 变 压 器 的 工 作 原 理基 本 相 同 。 即 理 想 电 流 互 感 器 两 侧 的 额 定 电 流 大 小 和它 们 的 绕 组 匝 数 成 反 比 ， 并 且 等 于 常 数 KI。 1221 ee 二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 电 流 互 感 器 的 基 本 工 作 原 理 、 结 构 型 式 与 普 通变 压 器 相 似 ， 但 是 电 流 互 感 器 的 工 作 状 态 与 普 通 变压 器 有 显 著 的 区 别 ： （ 1） 电 流 互 感 器 的 一 次 电 流 （ I1） 取 决 于 一 次 电路 的 电 压 和 阻 抗 ,与 电 流 互 感 器 的 二 次 负 载 无 关 。 （ 2） 电 流 互 感 器 二 次 电 路 所 消 耗 的 功 率 随 二 次 电路 阻 抗 的 增 加 而 增 大 ， 即 S2 I22eZb。 （ 3） 电 流 互 感 器 工 作 状 态 接 近 于 短 路 状 态 。二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 （ 三 ） 电 流 互 感 器 的 误 差 特 性 电 流 互 感 器 铁 芯 和 绕 组 中 存 在 损 耗 ， 所 以 ， 实 际 电 流互 感 器 存 在 着 误 差 。 图 4-3是 电 流 互 感 器 的 简 化 相 量 图 二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 由 相 量 图 4-3中 得 到 ， 二 次 安 匝 数 旋 转 180o（ 即 - ） 与 一 次 安 匝 数 相 量 相 比 较 ， 其 大 小 不 等 ， 相位 也 不 同 ， 即 存 在 着 两 种 误 差 ， 分 别 称 为 比 值 误 差 和 相 角误 差 。 比 值 误 差 简 称 比 差 ， 用 fI表 示 。 它 等 于 %100%100%100 1 1211 1122 K KKKf 二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理2 2I N 2 2I N1 1I N 相 位 角 误 差 简 称 角 差 。 它 是 旋 转 180o后 的 二 次磁 动 势 安 匝 数 与 一 次 磁 动 势 安 匝 数 之 间 的 相 位 差 ，用 I表 示 从 相 量 图 4-3中 可 求 出 比 差 与 角 差 的 公 式 ,因 为 I很 小 ， 所 以 认 为 OB OC I1N1， 其 中 因 为 AC OC OA I1N1 I2N2， 所 以 %100)sin( %100)sin(%1002110 11 211011 1122 f )sin()(90cos 21102110 NINIAC o 二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 电 流 互 感 器 的 比 差 与 角 差 的 大 小 与 励 磁 电 流 I10、负 载 功 率 因 数 2、 损 耗 角 有 关 。 11 211011 2110 )cos()(90sinsin oOBBC二 、 电 流 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 三 、 电 流 互 感 器 的 接 线 方 式 1 两 相 星 形 （ V形 ） 连 接 优 点 ： （ 1） 节 省 导 线 。 （ 2） 能 利 用 接 线 方 法 取 得 第 三 相 电 流 ， 一 般 为 B相 电 流 。缺 点 ：（ 1） 现 场 用 单 相 方 法 校 验 时 ，由 于 实 际 二 次 负 载 与 运 行 时 不一 致 ， 有 时 必 须 要 采 用 三 相 方法 （ 或 其 他 类 似 方 法 ） ， 给 校验 工 作 带 来 一 些 困 难 。（ 2） 由 于 有 可 能 其 中 一 相 极 性 接 反 ， 公 共 线 电 流 变 成 差 电流 ， 使 错 误 接 线 机 率 相 对 地 较多 一 些 。 2 分 相 连 接 优 点 ： （ 1） 现 场 用 单 相 方 法 校 验 与 实 际 运 行 时 负 载 相 同 。 （ 2） 错 误 接 线 机 率 相 对 地 少 些 。缺 点 :增 加 了 一 根 导 线 。三 、 电 流 互 感 器 的 接 线 方 式 3 三 相 星 形 （ Y形 ） 连 接 这 种 接 线 方 法 不 允 许 断 开 公 开 接 线 ， 否 则 影 响 计 量 精度 （ 因 为 零 序 电 流 没 有 通 路 ） 。 三 、 电 流 互 感 器 的 接 线 方 式 四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 1 电 流 互 感 器 的 选 择 （ 1） 额 定 电 压 的 选 择 电 流 互 感 器 的 额 定 电 压 必 须 满 足 下 列 条 件 :Ux Ue （ 2） 额 定 变 比 的 选 择 长 期 通 过 电 流 互 感 器 的 最 大 工 作 电 流 应 小 于 或 等 于 互感 器 一 次 额 定 电 流 ， 即 Ix I 1e， 但 不 宜 使 互 感 器 经 常 工 作在 额 定 一 次 电 流 的 1 3以 下 。 （ 3） 准 确 度 等 级 的 选 择 在 发 电 厂 、 变 电 站 、 电 力 用 户 运 行 中 的 电 能 计 量 装置 按 其 所 计 量 的 电 量 不 同 和 计 量 对 象 的 重 要 程 度 分 五 类（ 、 、 、 、 ） 进 行 管 理 。 对 、 类 计 量 对 象 互 感 器 应 采 用 0.2级 ， 对 、 、 类 计 量 对 象 互 感 器 应 采 用 0.5级 ， 0.1级 以 上 互 感器 ， 主 要 用 于 实 验 室 进 行 精 密 测 量 或 用 来 校 验 低 等 级 的电 流 互 感 器 。四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 （ 4） 额 定 容 量 的 选 择 与 计 算 电 流 互 感 器 的 额 定 容 量 S2e I22eZb， Zb为 互 感 器 二 次 额 定 负载 阻 抗 。 接 入 互 感 器 的 二 次 负 载 容 量 S2应 满 足0.25S2e S2 S2e 二 次 负 载 容 量 的 计 算 主 要 决 定 于 负 载 阻 抗 Zb的 计 算 。 Zb包 括表 计 阻 抗 Zm、 接 头 的 接 触 电 阻 Rk（ 一 般 取 0.01 0.5 ） 以 及导 线 电 阻 。 导 线 的 计 算 长 度 决 定 于 测 量 仪 表 与 电 流 互 感 器 的 电 气 距 离 和电 流 互 感 器 的 连 接 方 式 。四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 1） 分 相 连 接 时 二 次 负 载 阻 抗 的 计 算 。 导 线 电 阻 RL前 面 的 系 数 K称 为 接 线 系 数 ， 在 这 里 K 2 LkmLkmb RRZKRRZZ 2 四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 2） 二 相 星 形 连 接 时 二 次 负 载 阻 抗 的 计 算 。从 图 4-6中 看 出 ， A相 电 流 互 感 器 的 二 次 电 压 为 所 以 电 流 互 感 器 二 次 负 载 为其 中 K bakaLjama kaLbamaLbkLmaa ZIRIReIZI RIRIIZIRIRRZIU 0303 )()( kLm RRZIUZ 3223 四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 3） 三 相 星 形 连 接 时 二 次 负 载 阻 抗 的 计 算 。 同 理 分 析 ， 可 得 到 Zb Zm RL RK ， 其 中 K 1， 设三 相 电 流 平 衡 ， 所 以 IN 0 四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 2 使 用 电 流 互 感 器 应 注 意 的 问 题 （ 1） 运 行 中 的 电 流 互 感 器 二 次 绕 组 不 允 许 开 路 。（ 2） 电 流 互 感 器 绕 组 应 按 减 极 性 连 接 。（ 3） 电 流 互 感 器 二 次 侧 应 可 靠 接 地 。 四 、 电 流 互 感 器 的 正 确 使 用 第 二 节 电 压 互 感 器 的 结 构 和 工 作 原 理 一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据二 、 工 作 原 理三 、 电 压 互 感 器 的 正 确 使 用 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算 一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 （ ） 电 压 互 感 器 的 分 类 1 按 用 途 分 类 按 用 途 分 为 测 量 用 电 压 互 感 器 和 保 护 用 电 压 互 感器 ， 这 两 种 电 压 互 感 器 ， 又 可 分 为 单 相 电 压 互 感 器 和三 相 电 压 互 感 器 。 2 根 据 安 装 地 点 分 类 按 安 装 地 点 分 为 户 内 型 电 压 互 感 器 和 户 外 型 电 压互 感 器 。 3 根 据 电 压 变 换 原 理 分 类 （ 1） 电 磁 式 电 压 互 感 器 ， 以 电 磁 感 应 来 变 换 电 压 ； （ 2） 电 容 式 电 压 互 感 器 ， 以 电 容 分 压 来 变 换 电 压 ； （ 3） 光 电 式 电 压 互 感 器 ， 以 光 电 元 件 来 变 换 电 压 。 4 根 据 结 构 不 同 分 类 （ l） 单 级 式 电 压 互 感 器 ， 一 次 绕 组 和 二 次 绕 组 均 绕在 同 一 个 铁 芯 柱 上 。 （ 2） 串 级 式 电 压 互 感 器 ， 一 次 绕 组 分 成 匝 数 相 同 的几 段 ， 各 段 串 联 起 来 ， 一 端 子 连 接 高 压 电 路 ， 另 一端 子 接 地 。一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 （ 二 ） 电 压 互 感 器 的 型 号 规 定 目 前 ， 国 产 电 压 互 感 器 型 号 编 排 方 法 如 下 ： 电 压 互 感 器 在 特 殊 使 用 环 境 的 代 号 ， 主 要 有 以 下 几 种 ：CY一 船 舶 用 ； GY一 高 原 地 区 用 ； W一 污 秽 地 区 用 ； AT 干热 带 地 区 用 ； TH一 湿 热 带 地 区 用 。一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 电 压 互 感 器 型 号 中 的 字 母 ， 都 用 汉 语 拼 音 字 母 表 示 ，字 母 排 列 顺 序 及 其 对 应 符 号 含 义 如 表 4-3所 示 。一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 （ 三 ） 电 压 互 感 器 的 主 要 参 数 1 绕 组 的 额 定 电 压 额 定 一 次 电 压 是 指 可 以 长 期 加 在 一 次 绕 组 上 的 电 压 ，其 值 应 与 我 国 电 力 系 统 规 定 的 “ 额 定 电 压 ” 系 列 相 一 致 。 额 定 二 次 电 压 ， 我 国 规 定 接 在 三 相 系 统 中 相 线 与 相 线之 间 的 单 相 电 压 互 感 器 为 100V， 对 于 接 在 三 相 系 统 相 与 地间 的 单 相 电 压 互 感 器 ， 为 V。 100/ 3一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 2 额 定 电 压 变 比 额 定 电 压 变 比 为 额 定 一 次 电 压 与 额 定 二 次 电压 之 比 ， 一 般 用 不 约 分 的 分 数 形 式 表 示 。 3 额 定 二 次 负 载 电 压 互 感 器 的 额 定 二 次 负 载 ， 为 确 定 准 确 度等 级 所 依 据 的 二 次 负 载 导 纳 （ 或 阻 抗 ） 值 。 一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 4 准 确 度 等 级 国 产 电 压 互 感 器 的 准 确 度 等 级 有 0.01、 0.02、 0.05、0.1、 0.2、 0.5、 1.0、 3.0、 5.0级 。 用 户 电 能 计 量 装 置 通 常 采 用 0.2级 和 0.5级 电 压 互 感 器 5 极 性 标 志 为 了 保 证 测 量 及 校 验 工 作 的 接 线 正 确 ， 电 压 互 感 器 一次 及 二 次 绕 组 的 端 子 应 标 明 极 性 标 志 。 电 压 互 感 器 一 次 绕组 接 线 端 子 用 大 写 字 母 A、 B、 C、 N表 示 ， 二 次 绕 组 接 线 端子 用 小 写 字 母 a、 b、 c、 n表 示 。 一 、 电 压 互 感 器 的 主 要 技 术 数 据 二 、 工 作 原 理 （ 一 ） 工 作 原 理 电 压 互 感 器 的 工 作 原 理 、 结 构 和 接 线 方 式 与 普 通 变 压器 相 似 ， 同 样 是 由 相 互 绝 缘 的 一 次 、 二 次 绕 组 绕 在 公 共 的闭 合 铁 芯 上 组 成 ， 如 图 4-14所 示 。 其 主 要 区 别 是 二 者 容 量不 同 ， 且 电 压 互 感 器 是 在 接 近 空 载 的 状 态 下 工 作 。 u电 压 互 感 器 将 高 电 压 变 为 低 电 压 供 电 给 仪 表 ， 所 以 它 的 一 次 匝 数N1多 ， 二 次 匝 数 N2少 。 一 次 绕 组 与 被 测 电 压 并 联 ， 二 次 绕 组 与 各种 测 量 仪 表 或 继 电 器 的 电 压 线 圈 相 并 联 。 电 压 互 感 器 在 电 气 图 中文 字 符 号 用 TV表 示 。 u电 压 互 感 器 T形 等 值 电 路 图 和 相 量 图 如 图 4-15和 图 4-16所 示 二 、 工 作 原 理 电 压 互 感 器 存 在 着 比 差 和 角 差 比 差 用 表 示 ， 它 等 于 相 角 差 简 称 角 差 ， 是 指 一 次 电 压 与 旋 转 180o 后 二 次 电 压 相量 间 的 相 位 差 ， 用 U表 示 ， 单 位 为 “ ” （ 分 ） 。 当 旋 转后 的 二 次 电 压 超 前 于 一 次 电 压 相 量 时 ， 角 差 为 正 值 ； 反 之 ，角 差 为 负 值 。 Uf 000000 100100100 1 12211 12 UK UKKUU UUUUUU NNf 二 、 工 作 原 理 三 、 电 压 互 感 器 的 正 确 使 用 1 电 压 互 感 器 的 选 择 （ l） 额 定 电 压 的 选 择 。 电 压 互 感 器 的 额 定 电 压 是 指 加在 三 相 电 压 互 感 器 一 次 绕 组 上 的 线 电 压 ， 选 择 时 ， 应 满足 下 式 （ 2） 准 确 度 等 级 的 选 择 。 电 压 互 感 器 的 准 确 度 等 级 选择 与 电 流 互 感 器 的 准 确 度 等 级 选 择 相 同 。 XeX UUU 111 1.19.0 （ 3） 接 线 方 式 的 选 择 。 电 压 互 感 器 的 接 线 方 式 有 多 种 ，计 量 有 功 电 能 和 无 功 电 能 时 ， 常 用 图 4-22和 图 4-23两 种接 线 方 式 。三 、 电 压 互 感 器 的 正 确 使 用 （ 4） 额 定 容 量 的 选 择 。 按 照 二 次 负 载 取 用 的 总 视 在 功率 S选 择 电 压 互 感 器 的 额 定 容 量 Se， 公 式 为0.25Se S Se 电 压 互 感 器 每 相 的 二 次 负 载 并 不 一 定 相 等 ， 因 此 应 按最 大 一 相 取 用 的 负 载 功 率 来 考 虑 选 择 。 三 、 电 压 互 感 器 的 正 确 使 用 2 使 用 电 压 互 感 器 应 注 意 的 问 题 （ 1） 按 要 求 的 相 序 进 行 接 线 。 （ 2） 电 压 互 感 器 二 次 侧 应 可 靠 接 地 。 （ 3） 电 压 互 感 器 二 次 侧 严 禁 短 路 。三 、 电 压 互 感 器 的 正 确 使 用 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算 1 电 压 互 感 器 为 V， v接 线 ， 负 载 为 三 角 形 接 线 如 图 4-24所 示 ， 设 接 于 a、 b间 电 压 互 感 器 分 担 的 总 负 载 视 在 功率 为 S1， 且 S1由 Sab和 Sac构 成 。 流 过 它 们 的 电 流 分 别 为 和 。又 设 电 压 互 感 器 二 次 额 定 线 电 压 为 U2e， 且 Uab Ucb Uac U2e。abI acI 流 过 a、 b间 电 压 互 感 器 的 总 电 流 为 I1， 则 （ 4-15） 为 了 求 出 I1， 可 将 图 4-24(b)中 的 和 分 别向 投 影 ， 先 求 出 I1的 有 功 分 量 和 无 功 分 量 ， 即四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算1211 IUIUS eab )60cos(cos 1 acoacababP III )60sin(sin1 acoacababQ III 21211 QP III abU （ 4-16）（ 4-17）（ 4-18）abI acI 将 式 （ 4-18） 代 入 式 （ 4-15） 便 可 求 出 第 一 台 互 感器 承 担 的 总 负 载 视 在 功 率 。 如 果 将 式 （ 4-16） 和 式 （ 4-17） 等 号 两 边 同 乘 以 二次 侧 额 定 电 压 U2e， 可 得 第 一 台 互 感 器 二 次 负 载 的 有 功 功率 和 无 功 功 率 分 别 为 )60cos(cos1 acoacabab SSP )60sin(sin 1 acoacabab SSQ 21211 QPS 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算 （ 4-19）（ 4-20）（ 4-21） 如 果 已 知 二 次 负 载 的 导 纳 分 别 为 Yab、 Ycb、 Yac， 则 式（ 4-19） 和 式 （ 4-20） 又 可 分 别 表 示 为 第 一 台 互 感 器 分 担 的 二 次 负 载 总 导 纳 和 等 效 功 率 因 数 角分 别 为 按 上 述 同 样 分 析 方 法 可 求 出 接 于 c、 b间 的 第 二 台 电 压 互感 器 承 担 的 总 负 载 视 在 功 率 S 2、 总 导 纳 Y2和 等 效 功 率 因 数 角2 )60cos(cos 22221 acoaceababe YUYUP )60sin(sin 22221 acoaceababe YUYUQ 221211 eab USUSY 111 PQarctg 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算 2 互 感 器 为 Y， y接 线 ， 负 载 为 三 角 形 接 线 如 图 4-25所 示 ， 设 接 于 a相 互 感 器 的 有 关 负 载 视 在 功 率 为Sab和 Sac， 相 应 的 负 载 电 流 为 和 。 又 设 a相 总 负 载 电 流为 ， 二 次 额 定 线 电 压 为 U2e， 且 Uab Ucb Uac U2e，四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算abI acIaI a相 电 压 互 感 器 承 担 的 总 负 载 视 在 功 率 为 （ 4-26） 为 了 求 出 Ia， 可 将 图 4-25(b)中 的 和 分 别 向 投影 ， 先 求 出 Ia的 有 功 分 量 和 无 功 分 量 ， 即 aeaaba IUIUS 33 2 )30cos()30cos( acoacaboabaP III )30sin()30sin( acoacaboabaQ III 22 aQaPa III 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算 aU（ 4-27）（ 4-28）（ 4-29）abI acI 将 式 （ 4-29） 代 入 式 （ 4-26） 便 可 求 出 a相 电 压 互感 器 承 担 的 总 负 载 视 在 功 率 Sa。 如 果 将 式 （ 4-27） 和式 （ 4-28） 等 号 两 边 同 乘 以 ， 则 a相 电 压 互 感 器 二次 负 载 的 有 功 功 率 和 无 功 功 率 分 别 为 )30cos()30cos(31 acoacaboaba SSP )30sin()30sin(31 acoacaboaba SSQ 22 aaa QPS 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算32eU （ 4-30）（ 4-31） （ 4-32） 如 果 已 知 二 次 负 载 的 导 纳 分 别 为 Yab、 Ycb、 Yac， 则 式 （ 4-30）和 式 （ 4-31） 又 可 分 别 表 示 为 a相 电 压 互 感 器 承 担 的 二 次 负 载 总 导 纳 和 等 效 功 率 因 数 角 分别 为 按 上 述 同 样 分 析 方 法 可 求 出 b相 和 c相 电 压 互 感 器 承 担 的 二 次负 载 的 视 在 功 率 S b和 Sc， 以 及 相 应 的 二 次 负 载 总 导 纳 Yb和 Yc， 等效 功 率 因 数 角 b和 c )30cos()30cos(31 2222 acoaceaboabea YUYUP )30sin()30sin(31 2222 acoaceaboabea YUYUQ 222 eaabaa USUSY aaa PQarctg 四 、 电 压 互 感 器 二 次 负 载 的 计 算（ 4-33）（ 4-34） 传 统 电 磁 式 结 构 的 互 感 器 已 暴 露 出 许 多 缺 点 ，其 主 要 缺 点 如 下 ： （ 1） 电 压 等 级 越 高 ， 其 制 造 工 艺 越 复 杂 ， 可 靠 性 越差 ， 造 价 越 高 。 （ 2） 带 导 磁 体 铁 芯 易 产 生 磁 饱 和 及 铁 磁 谐 振 ， 且 有动 态 范 围 小 、 使 用 频 带 窄 等 缺 陷 。 第 三 节 光 电 式 互 感 器 的 结 构 和 原 理 第 三 节 光 电 式 互 感 器 的 结 构 和 原 理 自 20世 纪 60年 代 以 来 ， 一 些 科 技 发 达 国 家 已在 研 究 一 种 新 型 的 互 感 器 ， 利 用 光 学 技 术 、 光 纤传 感 技 术 开 发 研 制 出 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 、光 电 式 电 流 互 感 器 （ OTA） 以 及 组 合 式 光 电 互 感 器（ OMU） 。 它 们 具 有 传 统 互 感 器 不 可 比 拟 的 优 点 。 光 电 式 互 感 器 优 点 ：（ 1） 体 积 小 ， 重 量 轻 ；（ 2） 价 格 低 ， 测 量 精 度 高 ；（ 3） 不 含 铁 芯 ， 消 除 了 磁 饱 和 及 铁 磁 谐 振 等 问 题 ；（ 4） 暂 态 响 应 范 围 大 ， 频 率 响 应 范 围 宽 ；（ 5） 抗 电 磁 干 扰 性 能 好 ；（ 6） 没 有 因 充 油 而 产 生 易 燃 、 易 爆 炸 等 危 险 ；（ 7） 便 于 向 数 字 化 、 微 机 化 方 向 发 展 。第 三 节 光 电 式 互 感 器 的 结 构 和 原 理 第 三 节 光 电 式 互 感 器 的 结 构 和 原 理 一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV）二 、 光 电 式 电 流 互 感 器 （ OTA） 三 、 组 合 式 光 电 互 感 器 （ OMU） 一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 1 基 于 电 光 效 应 的 电 压 互 感 器 某 些 晶 体 在 没 有 外 电 场 作 用 时 ， 其 各 向 同 性 ， 光 率 体 为 一 圆球 体 。 在 外 电 场 作 用 下 ， 导 致 其 入 射 光 折 射 率 改 变 ， 这 种 效 应 就是 光 学 的 Pockels效 应 。 其 表 达 式 为 这 种 折 射 率 的 变 化 将 使 某 一 方 向 入 射 晶 体 的 偏 振 光 产 生 的 电光 相 位 延 迟 ， 且 延 迟 量 与 外 加 电 场 强 度 成 正 比 。 测 量 光 的 折 射 率 通 常 是 通 过 干 涉 法 进 行 间 接 测 量 ， 其 基 本 结构 主 要 由 传 感 头 、 信 号 传 输 光 纤 和 测 量 系 统 组 成 ， 如 图 4-28所 示 。 KEn 一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 图 4-29所 示 为 BGO光 纤 电 压 传 感 头 的 工 作 原 理 和 结 构 。它 由 起 偏 器 、 l/4入 波 片 、 BGO晶 体 、 检 偏 器 构 成 。 光 纤 传 输 的 自 然 光 经 透 镜 准 直 ， 由 起 偏 器 变 成 线 偏 振光 ， 经 1/4入 波 片 将 偏 振 光 再 变 成 圆 偏 振 光 。 由 于 加 在 BGO晶 体 上 的 电 压 或 电 场 的 作 用 ， 这 个 圆 偏 振 光 又 变 成 椭 圆 偏振 光 ， 经 检 偏 器 检 偏 后 的 光 信 号 ， 其 强 度 受 到 交 流 电 压 或电 场 的 调 制 。 因 此 ， 加 在 BGO上 的 电 信 号 就 可 以 通 过 检 测光 信 号 来 测 量 。 一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 2 基 于 逆 压 电 效 应 的 OTV 当 压 电 晶 体 受 到 外 加 电 场 作 用 时 ， 晶 体 除 了 产 生 极 化 现象 外 ， 同 时 形 状 也 产 生 微 小 变 化 即 产 生 应 变 ， 这 种 现 象 称为 逆 压 电 效 应 。 利 用 逆 压 电 效 应 引 起 晶 体 形 变 转 化 为 光 信 号的 调 制 并 检 测 光 信 号 ， 则 可 实 现 电 场 （ 或 电 压 ） 的 光 学 传 感 。其 结 构 如 图 4-30所 示 。一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 这 种 传 感 器 仅 采 用 石 英 晶 体 作 为 敏 感 器 件 ， 晶 体 圆柱 表 面 缠 绕 椭 圆 芯 双 模 光 纤 。 当 交 流 电 压 施 加 在 晶 体 上时 ， 引 起 晶 体 的 交 变 形 变 ， 这 种 形 变 由 椭 圆 形 双 模 光 纤感 知 ， 光 纤 的 两 种 空 间 模 式 （ 即 LP01和 LP11） 在 传 播中 经 过 调 制 的 光 学 相 位 差 通 过 相 关 干 涉 法 测 量 得 到 。 一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 3 基 于 分 压 效 应 的 OTV 分 压 效 应 的 OTV结 构 如 图 4-31所 示 。 母 线 电 压 经 电 容 器 串联 而 取 得 分 压 ， 经 传 感 器 的 Pockels晶 体 ， 把 电 信 号 转 换 为 光信 号 ， 光 信 号 由 光 纤 传 送 至 信 号 处 理 器 ， 把 光 信 号 转 换 为 电信 号 ， 输 出 电 压 值 。一 、 光 电 式 电 压 互 感 器 （ OTV） 二 、 光 电 式 电 流 互 感 器 （ OTA） l 基 于 Faraday效 应 的 OTA OTA的 工 作 原 理 基 于 磁 光 效 应 （ 法 拉 第 旋 光 效 应 ） 。 它 是 指物 质 中 传 输 光 的 偏 振 面 因 受 到 外 加 磁 场 作 用 而 产 生 旋 转 的 现 象 。线 性 偏 振 光 通 过 置 于 磁 场 中 的 法 拉 第 旋 光 材 料 后 ， 若 磁 场 的 方 向与 光 的 传 播 方 向 平 行 ， 则 出 射 线 性 偏 振 光 与 入 射 线 性 偏 振 光 的 偏振 平 面 将 产 生 旋 转 角 ， 其 值 满 足 UdHL 图 4-32所 示 为 一 种 OTA的 基 本 结 构 示 意 图 。 在 图 4-32中 ， 光 源 发 出 的 光 通 过 光 纤 引 至 起 偏 器 ， 经起 偏 器 后 变 为 线 性 偏 振 光 ， 然 后 通 过 法 拉 第 旋 光 器 件 ，光 产 生 一 定 的 旋 转 角 ， 检 偏 器 可 以 测 出 ,光 电 检测 器 将 光 信 号 转 变 为 电 信 号 。二 、 光 电 式 电 流 互 感 器 （ OTA） 2 混 合 式 电 流 互 感 器 该 型 互 感 器 的 传 感 头 不 是 光 学 元 件 ， 而 是 采 用 空 心 绕组 。 图 4-33所 示 是 空 心 绕 组 的 结 构 和 它 的 等 效 电 路 图 。二 、 光 电 式 电 流 互 感 器 （ OTA） 空 心 绕 组 由 导 线 绕 在 非 导 磁 的 环 形 骨 架 上 ， 骨 架 平均 半 径 为 r， 截 面 积 为 S， 二 次 输 出 电 压 为 E2， 一 次 导 线穿 过 空 心 绕 组 。 由 于 骨 架 采 用 的 是 非 导 磁 材 料 ， 等 效 电路 中 的 互 感 M值 因 导 磁 率 低 而 较 小 ， 负 载 电 抗 值 较 大 。 根 据 电 磁 感 应 定 律 可 得 MdtdiME 2 二 、 光 电 式 电 流 互 感 器 （ OTA） 三 、 组 合 式 光 电 互 感 器 （ OMU） 组 合 式 光 电 互 感 器 是 把 前 述 光 电 电 压 互 感 器 的 Pockels晶 体 纵 向 电 光 效 应 和 光 电 电 流 互 感 器 的 火 石 玻 璃 Faraday磁光 效 应 组 合 而 成 。 其 结 构 见 图 4-34所 示 。 电 压 和 电 流 传 感 器 置 于 充 满 SF 6气 体 的 复 合 瓷 套 内 ， 复合 瓷 套 由 起 支 柱 作 用 的 玻 璃 纤 维 筒 和 硅 橡 胶 伞 裙 组 成 。