互感器

互感器的作用

電力系統(tǒng)為了傳輸電能，往往采用交流電壓、大電流回路把電力送往用戶，無法用儀表進(jìn)行直接測量?；ジ衅鞯淖饔?，就是將交流電壓和大電流按比例降到可以用儀表直接測量的數(shù)值，便于儀表直接測量，同時為繼電保護(hù)和自動裝置提供電源。電力系統(tǒng)用互感器是將電網(wǎng)高電壓、大電流的信息傳遞到低電壓、小電流二次側(cè)的計量、測量儀表及繼電保護(hù)、自動裝置的一種特殊變壓器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)元件，其一次繞組接入電網(wǎng)，二次繞組分別與測量儀表、保護(hù)裝置等互相連接?；ジ衅髋c測量儀表和計量裝置配合，可以測量一次系統(tǒng)的電壓、電流和電能；與繼電保護(hù)和自動裝置配合，可以構(gòu)成對電網(wǎng)各種故障的電氣保護(hù)和自動控制?；ジ衅餍阅艿暮脡?，直接影響到電力系統(tǒng)測量、計量的準(zhǔn)確性和繼電器保護(hù)裝置動作的可靠性。

在供電用電的線路中，電流相差從幾安到幾萬安，電壓相差從幾伏到幾百萬伏。線路中電流電壓都比較高，如直接測量是非常危險的。為便于二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流電壓，使用互感器起到變流變壓和電氣隔離的作用。

顯示儀表大部分是指針式的電流電壓表，所以電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級的（如5等）。隨著時代發(fā)展，電量測量大多已經(jīng)達(dá)到數(shù)字化，而計算機(jī)的采樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。微型電流互感器稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴(kuò)大儀表量程。）

電流互感器原理線路圖微型電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了。繞組N1接被測電流，稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；繞組N2接測量儀表，稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。

微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。微型電流互感器在額定工作電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n

按用途分
測量用電壓互感器或電壓互感器的測量繞組：在正常電壓范圍內(nèi)，向測量、計量裝置提供電網(wǎng)電壓信息；

保護(hù)用電壓互感器或電壓互感器的保護(hù)繞組：在電網(wǎng)故障狀態(tài)下，向繼電保護(hù)等裝置提供電網(wǎng)故障電壓信息。

按絕緣介質(zhì)分
干式電壓互感器：由普通絕緣材料浸漬絕緣漆作為絕緣，多用在及以下低電壓等級；
澆注絕緣電壓互感器：由環(huán)氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注成型，多用在及以下電壓等級；
油浸式電壓互感器：由絕緣紙和絕緣油作為絕緣，是我國最常見的結(jié)構(gòu)型式，常用于及以下電壓等級；
氣體絕緣電壓互感器：由氣體作主絕緣，多用在較高電壓等級。

通常專供測量用的低電壓互感器是干式，高壓或超高壓密封式氣體絕緣(如六氟化硫)互感器也是干式。澆注式適用于35kV及以下的電壓互感器，35kV以上的產(chǎn)品均為油浸式。

按相數(shù)分

絕大多數(shù)產(chǎn)品是單相的，因為電壓互感器容量小，器身體積不大，三相高壓套管間的內(nèi)外絕緣要求難以滿足，所以只有3-15kV的產(chǎn)品有時采用三相結(jié)構(gòu)。

按電壓變換原理分
電磁式電壓互感器：根據(jù)電磁感應(yīng)原理變換電壓，原理與基本結(jié)構(gòu)和變壓器完全相似，我國多在及以下電壓等級采用；
電容式電壓互感器：由電容分壓器、補(bǔ)償電抗器、中間變壓器、阻尼器及載波裝置防護(hù)間隙等組成，用在中性點接地系統(tǒng)里作電壓測量、功率測量、繼電防護(hù)及載波通訊用；光電式電壓互感器：通過光電變換原理以實現(xiàn)電壓變換，還在研制中。

按使用條件分
戶內(nèi)型電壓互感器：安裝在室內(nèi)配電裝置中，一般用在及以下電壓等級；

戶外型電壓互感器：安裝在戶外配電裝置中，多用在及以上電壓等級。

按磁路結(jié)構(gòu)分
單級式電壓互感器：一次繞組和二次繞組（根據(jù)需要可設(shè)多個二次繞組同繞在一個鐵芯上，鐵芯為地電位。我國在及以下電壓等級均用單級式；

串級式電壓互感器：一次繞組分成幾個匝數(shù)相同的單元串接在相與地之間，每一單元有各自獨(dú)立的鐵芯，具有多個鐵芯，且鐵芯帶有高電壓，二次繞組（根據(jù)需要可設(shè)多個二次繞組處在最末一個與地連接的單元。我國在電壓等級常用此種結(jié)構(gòu)型式；

組合式互感器：由電壓互感器和電流互感器組合并形成一體的互感器稱為組合式互感器，也有把與組合電器配套生產(chǎn)的互感器稱為組合式互感器。

按安裝方式分

貫穿式電流互感器：用來穿過屏板或墻壁的電流互感器；
支柱式電流互感器：安裝在平面或支柱上，兼做一次電路導(dǎo)體支柱用的電流互感器；
套管式電流互感器：沒有一次導(dǎo)體和一次絕緣，直接套裝在絕緣的套管上的一種電流互感器；
母線式電流互感器：沒有一次導(dǎo)體但有一次絕緣，直接套裝在母線上使用的一種電流互感器。
有源型電子式電流互感器特點是一次傳感器為空心線圈，高壓側(cè)電子器件需要由電源供電方能工作。其原理如下圖所示：

互感器的常見種類

電子式互感器

電力系統(tǒng)為了傳輸電能，往往采用交流電壓、大電流回路把電力送往用戶，無法用儀表進(jìn)行直接測量?；ジ衅鞯淖饔茫褪菍⒔涣麟妷汉痛箅娏靼幢壤档娇梢杂脙x表直接測量的數(shù)值，便于儀表直接測量，同時為繼電保護(hù)和自動裝置提供電源。電力系統(tǒng)用互感器是將電網(wǎng)高電壓、大電流的信息傳遞到低電壓、小電流二次側(cè)的計量、測量儀表及繼電保護(hù)、自動裝置的一種特殊變壓器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)元件，其一次繞組接入電網(wǎng)，二次繞組分別與測量儀表、保護(hù)裝置等互相連接?；ジ衅髋c測量儀表和計量裝置配合，可以測量一次系統(tǒng)的電壓、電流和電能；與繼電保護(hù)和自動裝置配合，可以構(gòu)成對電網(wǎng)各種故障的電氣保護(hù)和自動控制?；ジ衅餍阅艿暮脡?，直接影響到電力系統(tǒng)測量、計量的準(zhǔn)確性和繼電器保護(hù)裝置動作的可靠性。

互感器的特點

1、一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負(fù)荷電流．而與二次電流無關(guān)；
2、電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。
電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：kn=I1n/I2n
因為一次線圈額定電流I1n己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線圈額定電流I2n統(tǒng)一為5（1或0.5）安，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2為一、二線圈的匝數(shù)。

互感器的發(fā)展歷程

互感器最早出現(xiàn)于19世紀(jì)末。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，互感器的電壓等級和準(zhǔn)確級別都有很大提高，還發(fā)展了很多特種互感器，如電壓、電流復(fù)合式互感器、直流電流互感器，高準(zhǔn)確度的電流比率器和電壓比率器,大電流激光式電流互感器，電子線路補(bǔ)償互感器，超高電壓系統(tǒng)中的光電互感器，以及SF6全封閉組合電器(GIS)中的電壓、電流互感器。在電力工業(yè)中，要發(fā)展什么電壓等級和規(guī)模的電力系統(tǒng)，必須發(fā)展相應(yīng)電壓等級和準(zhǔn)確度的互感器，以供電力系統(tǒng)測量、保護(hù)和控制的需要。

隨著很多新材料的不斷應(yīng)用，互感器也出現(xiàn)了很多新的種類，電磁式互感器得到了比較充分的發(fā)展，其中鐵心式電流互感器以干式、油浸式和氣體絕緣式多種結(jié)構(gòu)適應(yīng)了電力建設(shè)的發(fā)展需求。然而隨著電力傳輸容量的不斷增長，電網(wǎng)電壓等級的不斷提高及保護(hù)要求的不斷完善，一般的鐵 心式電流互感器結(jié)構(gòu)已逐漸暴露出與之不相適應(yīng)的弱點，其固有的體積大、磁飽和、鐵磁諧振、動態(tài)范圍小，使用頻帶窄等弱點，難以滿難以滿足新一代電力系統(tǒng)自動化、電力數(shù)字網(wǎng)等的發(fā)展需要。

隨著光電子技術(shù)的迅速發(fā)展，許多科技發(fā)達(dá)國家已把目光轉(zhuǎn)向利用光學(xué)傳感技術(shù)和電子學(xué)方法來發(fā)展新型的電子式電流互感器，簡稱光電電流互感器。國際電工協(xié)會已發(fā)布電子式電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。電子式互感器的含義，除了包括光電式的互感器，還包括其它各種利用電子測試原理的電壓、電流傳感器。