电流互感器和电压互感器

w1 t Lav
式中Lav是对应于运行点原绕组的平均电感，如图6-2所示。
变压器的瞬态过程
§6-2变压器空载合闸时的瞬态过程
空载合闸时产生过电流的原因
由此，式(6-1)便可改写为
w1
dt dt
w1
r1 Lav
t

2U1 sin(t ) （6－3）
式(6-3)是一个常系数微分方程，它的解由两部分组成，一部分是稳态分量，
分为0.2，0.5，1.0，3.0和 10等五个标准等级。例如，
I1
0.5级准确度就表示在额定
电流时，原、副边电流变比
的误差不超过0.5％。
N1
I1

N2
A I2
电流互感器
使用注意事项：
1）为了使用安全，电流互感器的副边必须可靠的接地，以防 止由于绝缘损坏后，原边的高压传到副边，发生人身事故。
2）电流互感器的副边绝对不容许开路。因为副边开路时，互 感器成为空载运行，此时，原边被测线路电流成了激磁电流， 使铁心内的磁密比额定情况增加许多倍。它一方面将使副边感 应出很高的电压，可能使绝缘击穿。同时对测量人员也很危险； 另一方面，铁心内磁密增大以后，铁耗会大大增加，使铁心过 热，影响电流互感器的性能，甚至把它烧坏。
§4-3 电流互感器和电压互感器
互感器的作用原理
互感器是一种测量用的设备，分电流互感器和电压互感器两种。 它们的作用原理和变压器相同。
使用互感器的目的 一是为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离；二是可 以使用小量程的电流表测量大电流，用低量程电压表测量高电压。 通常，电流互感器的副边电流为5安或1安。电压互感器的副方电 压为100伏。
3）可以减少总的备用容量；
4）可以随着用电量的增加，分批安装新的变压器，以减少第 一次投资。
§5-2 变压器的理想并联条件
变压器并联运行的最理想情况 1）空载时并联的各变压器副边之间没有循环电流，这样， 空载时各变压器副原边的铜耗也较小。 2）负载后，各变压器所承担的负载电流按它们的额定容量 成比例分配，这样，并联变压器的装机容量能得到充分利 用。 3）负载后各变压器副边电流同相位。这样在总的负载电流 一定时各变压器所分担的电流最小；如果各变压器副边电 流一定时，则共同承担的总电流最大。
Φ t为和原绕组匝数w1交链的总磁通，
包括主磁通和漏磁通；
i0 、r1分别是原绕组的空载合闸电流和电阻。 图6-2
i0
原绕组平均电感
由于变压器铁心存在饱和现象，上式是一个非线性微分方程。为了求解，作线
性化的处理。即认为整个瞬态过程中，铁心饱和程度不变，并以运行点的饱和
程度作为瞬态过程中的饱和程度，于是电流i0可用下式表示：i0
c b
压任务，于是要采用多台变压 a
器并联运行。
abc
K3
abc
K4
低 压 母 线
负载
图5-1 两台变压器并联运行的接线图
变压器并联运行的优点
1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器如有某台变压器发 生故障，可以把它从电网切除进行检修，而电网仍能继续供 电；
2）可根据负荷大小调整投入并联变压器的台数，以提高运行 效率；
变压器的瞬态过程
§6-2变压器空载合闸时的瞬态过程
变压器空载合闸时的瞬态过程
变压器在稳态运行时．空载激磁电流是额定电流的(1～10)％。但在空载接通
电源的瞬间，由于变压器铁心存在饱和现象，可能出现很大的冲击电流，如不
采取适当的措施，则可能使开关跳闸，以致变压器不能顺利投入电网。
i0
u1
r1
w1
以上三个条件中，联结组相同的条件必须严格保证。
因为如果联结组不同，当各变压器的原边接到同一电网时，它们
副边线电压的相位不同，而且至少是30度(Y,y0和Y,d11并联时，
副边线电动势的相位差就是30度)。在此情况下，如果两变压器
的变比相等，图中Eab1= Eab2= Eab是两变压器副边的线电动势，从

I2L
Ic
§5-4变比不相等的变压器并联运行时的负载分配
1）负载运行时，每一变压器的电流都由负载分量和环流组成，
其中环流等于空载时环流，它是由于变比不等而引起的。对第 一台变压器为 Ic，对第二台变压器为Ic ，二者大小相等而符 号相反。
2）由于各负载分量相位基本相同，再迭加上环流后，势必造成
w2
图6-1 变压器空载接通电源
变压器的瞬态过程
§6-2变压器空载合闸时的瞬态过程
空载合闸时产生过电流的原因
设电网电压随时间按正弦规律变化，则合闸时变压器原边回路的电动势方程式
为
u1
2U1
sin(t


)

i0r1

w1
dt dt
（6－1）
w1 t
Lav
式中：α为合闸时电压U1的初相角；
U U U 上式等号右边分子、分母除以额定电压
N1
N2
N
I1 I N1
1,
I2 IN2
2
1 Zk 2I N 2 /U N 2 Zk*2 2 Zk1I N1 /U N1 Zk*1
1 I1* S1*
2
I
* 2
S
* 2
Zk1
II12
I
U1
Zk2
U 2
k
功率小于变压器的额定容量，故与同容量的双绕组变压器相比，计 算容量小了，从而可节省材料、降低损耗，提高效率和缩小尺寸。 但自耦变压器的短路阻抗标么值较小，短路电流较大。
电流互感器和电压互感器的工作原理与变压器相同，使用时应注 意将它们接地，并注意电流互感器在原边接电源时，副边绝对不能 开路；电压互感器在原边接电源时，副边绝对不能短路。
为了达到上述理想并联情况，并联运行的各变压器必须具备 下列三个条件：
§5-2 变压器的理想并联条件
为了达到上述理想并联情况，并联运行的各变压器必须具备下列 三个条件：
1）各变压器的额定电压应相等，若为单相变压器则各变压 器的变比应相等； 2）各变压器的联结组相同； 3）各变压器的短路阻抗标么值(或短路电压)应相等，而且 短路电抗和短路电阻之比也应相等。
另一部分是自由分量 ，即
t w1
2U1
sin(t )
2 ( r1 )2
Lav
m
式中：m为磁通稳态分量的幅值，其值为
变压器的瞬态过程
§6-1概述
变压器的瞬态过程
变压器在稳态运行时，电压、电流、电动势和磁通的幅值基本保持不变。但在 变压器的运行情况遭到较大的扰动时，如合闸、负载突然变化，副边突然短路、 遭受雷击等，这些情况叫瞬态情况。在瞬态情况中，变压器从一种稳定运行状 态过渡到另一种稳定运行状态，这一过程称为瞬态过程或过渡过程。

1
Z
* k1
:
1
Z
* k2
:
1
Z
* k2
:
U1
k
Zk1
II12
I
Zk2
U 2
图5-3 变比和联结组相同时两台 变压器并联时的简化等效电路
结论：
1）当短路阻抗标么值相等时，即
Z
* k1

Z
* k2

Z
* k3

1 2 3
S1*

S
* 2

S3*

S1* 1
S2* S3* 1
2）若短路阻抗标幺值不相等，则短路阻抗标幺值小者先达到满
载。实际运行时，为了使并联运行时不浪费设备容量，要求各变
压器的短路阻抗标么值不超过平均值的10％。
3）为了使各并联运行的变压器副边电流同相位，各变压器的短
路电抗和短路电阻之比应相等，此时总负载电流是各变压器副边

I2L
Ic
变压器的并联运行
本章小结
为了提高供电的可靠性以及使装置设备得到充分利用，近代发 电厂和变电所都采用多台变压器并联运行，为了得到理想的并 联运行情况，要求各变压器满足联结组相同、变比相等，以及 短路阻抗标么值相等。变比相等和联结组相同保证空载时不产 生环流，是变压器能否并联的前提。短路阻抗标么值相等则保 证了负载按变压器容量成比例分配，若短路阻抗标么值不相等， 则负荷系数与短路阻抗标么值成反比。
U1
Ic
kI
U1
Zk2
k II
I1 I
I2 U 2
ZL
图5-4 联结组相但变比不相等的
两台变压器并联时运行
I1

Zk2 Zk1 Zk2
I
U1 / k1 U1 / k2 Zk1 Zk2
I1L Ic
I2

Zk1 Zk1 Zk2
I
U1 / k1 U1 / k2 Zk1 Zk2
变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分 配
I1Zk1 I2Zk 2
I1Zk1 I2Zk 2 I1 Zk 2 I2 Zk1
Zk1
II12
I
U1
Zk2
U 2
k
图5-3 变比和联结组相同时两台 变压器并联时的简化等效电路
I1 / I N1 Zk 2 / I N1 Zk 2I N 2 I2 / IN 2 Zk1 / IN 2 Zk1IN1
互感器的用途 互感器除了用于测量电流外，还用于各种继电保护装置的测量系 统，因此它 的应用十分广泛。
电流互感器
工作原理：图是电流互感器的原理图，它的原绕组由一匝或 几匝截面较大的导线构成，并串入需要测量电流的电路。副 边的匝数较多，可将线路上的大电流变为小电流来测量。
测量精度：按照误差的大小，
图4-16
~ U1
w1
w2
U2 V 电压互感器原理图
§4-3 电流互感器和电压互感器
电流互感器
使用注意事项：
1）电压互感器副边不能短路，否则会产生很大的短路电流。 2）为安全起见，电压互感器的副边必须可靠的接地。
本章小结
三绕组变压器的工作原理与双绕组变压器一样，同样可以利用基 本方程式、相量图、等效电路分析变压器内部电磁过程。 自耦变压器的特点在于原、副绕组之间不仅有磁的联系，而且还 有是由电 通 于路过通上电过的磁电直感磁接应感联关应系系关，传系递传故的递从，的原而边传1递k1a给S副aN 是边通的过功电率路SaN直接中传，k1递a S的aN 。
电流的算术和。
§5-4变比不相等的变压器并联运行时的负载分配
变比不相等的变压器并联运行时，空载时就有环流。故各台变压
器的电流分配不仅取决于短路阻抗，而且还受到环流的影响。
I1

U1
/ k1 U 2 Zk1
I2

U1
/ k2 U 2 Zk1
I I1 I2
Zk1
图可见，副边有电动势差
E
E ab 2
E ab1
E Eab1 Eab2 2Eab sin15 0.518Eab
30
联结组不同的变压器绝对禁止并联运行。
图5-2 Y,y0与Y,d11两 台变压器并联运行时，
副边线电动势相量图
§5-3变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联 运行时的负载分配
电压互感器
工作原理：图是电压互感器的原理图。原边直接接到被测高压电 路，副边接电压表或功率表的电压线圈。利用原、副边不同的匝 数比可将线路上的高电压变为低电压来测量。
测量精度：我国目前生产的电力 系统用电压互感器，按准确度分 为0.5，1.0和3.0等三级。电压 互感器有一定的额定容量。使用 时副边不宜接过多的仪表，以免 电流过大引起较大的漏抗压降。 而影响互感器的准确度。
一台变压器电流大于负载分量，另一台变压器电流小于负载分
量，这是变压器并联运行所不希望的，因此对环流有上述的限
制。
I1

Zk2 Zk1 Zk2
I
U1 / k1 U1 / k2 Zk1 Zk2

I1L
Ic
I2

Zk1 Zk1 Zk2
I
U1 / k1 U1 / k2 Zk1 Zk2
研究变压器的瞬态过程的必要性
在瞬态过程中，由于电场和磁场的能量发生较大的变化，可能会使绕组中的电 压和电流超过额定值许多倍，即出现所谓过电压和过电流现象，虽然瞬态过程 持续的时间很短，但却可能使变压器遭到破坏，因此，对这些问题应进行分析 研究，找出它的变化规律，对变压器的设计、制造、保护和运行都是十分必要 的。
变压器的并联运行
§5-1 概述
电源
变压器的并联运行
A B
把变压器的原、副绕组相同标 C
高 压 母 线
号的出线端连在一起，直接或 者经过一段线路接到母线上，
K1
K2
ABC
ABC
这种运行方式就叫做变压器的
并联运行。 变压器并联运行的意义
I
II
由于现代的发电厂和变电所的
容量很大，一台变压器往往不
能担负起全部容量的升压或降
图5-3 变比和联结组相同时两台 变压器并联时的简化等效电路
§5-3变比相同而短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时的负载分配
1

I1*

S1*

Z
* k2
uk2
2
I
* 2
S2*
Zk*1
uk1
由此可知：负载系数和短路阻抗标幺值(或短路电压）成反比。
若为多台变压器并联，则
1
:
2
:
3
: