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互感器(instrument transformer)又称为仪用变压器,是电流互感器和电压互感器的统称。能将高电压变成低电压、大电流变成小电流,用于量测或保护系统。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或1A,均指额定值),以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压系统,以保证人身和设备的安全。

概述

互感器的作用

电力系统为了传输电能,往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户,无法用仪表进行直接测量。互感器的作用,就是将交流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值,便于仪表直接测量,同时为继电保护和自动装置提供电源。电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器,是一次系统和二次系统的联络元件,其一次绕组接入电网,二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。互感器与测量仪表和计量装置配合,可以测量一次系统的电压、电流和电能;与继电保护和自动装置配合,可以构成对电网各种故障的电气保护和自动控制。互感器性能的好坏,直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。

工作原理

在供电用电的线路中,电流相差从几安到几万安,电压相差从几伏到几百万伏。线路中电流电压都比较高,如直接测量是非常危险的。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流电压,使用互感器起到变流变压和电气隔离的作用。


显示仪表大部分是指针式的电流电压表,所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的(如5等)。随着时代发展,电量测量大多已经达到数字化,而计算机的采样的信号一般为毫安级(0-5V、4-20mA等)。微型电流互感器二次电流为毫安级,主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器称之为“仪用电流互感器”。(“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器,一般用于扩大仪表量程。)


电流互感器原理线路图微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。绕组N1接被测电流,称为一次绕组(或原边绕组、初级绕组);绕组N2接测量仪表,称为二次绕组(或副边绕组、次级绕组)。

微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比,叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比,用Kn表示。Kn=I1n/I2n

分类

按用途分
测量用电压互感器或电压互感器的测量绕组:在正常电压范围内,向测量、计量装置提供电网电压信息;

保护用电压互感器或电压互感器的保护绕组:在电网故障状态下,向继电保护等装置提供电网故障电压信息。


按绝缘介质分
干式电压互感器:由普通绝缘材料浸渍绝缘漆作为绝缘,多用在及以下低电压等级;
浇注绝缘电压互感器:由环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型,多用在及以下电压等级;
油浸式电压互感器:由绝缘纸和绝缘油作为绝缘,是我国最常见的结构型式,常用于及以下电压等级;
气体绝缘电压互感器:由气体作主绝缘,多用在较高电压等级。

通常专供测量用的低电压互感器是干式,高压或超高压密封式气体绝缘(如六氟化硫)互感器也是干式。浇注式适用于35kV及以下的电压互感器,35kV以上的产品均为油浸式。


按相数分

绝大多数产品是单相的,因为电压互感器容量小,器身体积不大,三相高压套管间的内外绝缘要求难以满足,所以只有3-15kV的产品有时采用三相结构。


按电压变换原理分
电磁式电压互感器:根据电磁感应原理变换电压,原理与基本结构和变压器完全相似,我国多在及以下电压等级采用;
电容式电压互感器:由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及载波装置防护间隙等组成,用在中性点接地系统里作电压测量、功率测量、继电防护及载波通讯用;光电式电压互感器:通过光电变换原理以实现电压变换,还在研制中。


按使用条件分
户内型电压互感器:安装在室内配电装置中,一般用在及以下电压等级;

户外型电压互感器:安装在户外配电装置中,多用在及以上电压等级。


按磁路结构分
单级式电压互感器:一次绕组和二次绕组(根据需要可设多个二次绕组同绕在一个铁芯上,铁芯为地电位。我国在及以下电压等级均用单级式;


串级式电压互感器:一次绕组分成几个匝数相同的单元串接在相与地之间,每一单元有各自独立的铁芯,具有多个铁芯,且铁芯带有高电压,二次绕组(根据需要可设多个二次绕组处在最末一个与地连接的单元。我国在电压等级常用此种结构型式;


组合式互感器:由电压互感器和电流互感器组合并形成一体的互感器称为组合式互感器,也有把与组合电器配套生产的互感器称为组合式互感器。


按安装方式分

贯穿式电流互感器:用来穿过屏板或墙壁的电流互感器;
支柱式电流互感器:安装在平面或支柱上,兼做一次电路导体支柱用的电流互感器;
套管式电流互感器:没有一次导体和一次绝缘,直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器;
母线式电流互感器:没有一次导体但有一次绝缘,直接套装在母线上使用的一种电流互感器。
有源型电子式电流互感器特点是一次传感器为空心线圈,高压侧电子器件需要由电源供电方能工作。其原理如下图所示:


互感器的常见种类


电子式互感器

变频功率传感器是一种电子式互感器,变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样,再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连,数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算,可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。


互感器分为电压互感器和电流互感器两大类,其主要作用有:将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备;将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压(标准值)、小电流(标准值),使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化,并降低了对二次设备的绝缘要求;将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离,从而保证了二次设备和人身的安全。

电压互感器

测量用电流互感器主要与测量仪表配合,在线路正常工作状态下,用来测量电流、电压、功率等。测量用微型电流互感器主要要求:
1、绝缘可靠;
2、足够高的测量精度;

3、当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和(如500%的额定电流)以保护测量仪表。


保护用电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合,在线路发生短路过载等故障时,向继电装置提供信号切断故障电路,以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同,保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。

电流互感器

利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同,只是其原边绕组串联在被测电路中,且匝数很少;副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载,近似短路。原边电流(即被测电流)和副边电流取决于被测线路的负载,而与电流互感器的副边负载无关。由于副边接近于短路,所以原、副边电压U1和都很小,励磁电流I0也很小。


电流互感器运行时,副边不允许开路。因为一旦开路,原边电流均成为励磁电流,使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。因此,电流互感器副边回路中不许接熔断器,也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。 电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相,三相星形和不完全星形。

组合互感器

组合互感器是将电压互感器、电流互感器组合到一起的互感器。组合互感器可将高电压变化为低电压,将大电流变化为低电流,从而起到对电能计量的目的。

钳形互感器

钳形电流互感器是一款精密电流互感器(直流传感器),是专门为电力现场测量计量使用特点设计的。该系列互感器选用高导磁材料制成,精度高。线性优。抗干扰能力强等。使用时可以直接夹住母线或母排上无须截线停电其使用十分方便。它可配合多种测量仪器,电能表现场校验仪、多功能电能表、示波器、数字万用表、双钳式接地电阻测试仪、双钳式相位伏安表等, 可在电力不断电状态下,对多种电参量进行测量和比对。

零序互感器

零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律:流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。在线路与电气设备正常的情况下,各相电流的矢量和等于零,因此,零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出,执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零,故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通,零序电流互感器的二次侧感应电压使执行元件动作,带动脱扣装置,切换供电网络,达到接地故障保护的目的。


作用:当电路中发生触电或漏电故障时,保护动作,切断电源。 使用:可在三相线路上各装一个电流互感器,或让三相导线一起穿过一零序电流互感器,也可在中性线N上安装一个零序电流互感器,利用其来检测三相的电流矢量和。零序电流互感器采用ABS工程塑料外壳、全树脂浇注成密封,有效避免了互感器在长期使用过程中的锈蚀。绝缘性能好,外形美观。具有灵敏度高、线性度好运行可靠,安装方便等特点。其性能优于一般的零序电流互感器,使用范围广泛,不仅适用于电磁型继电保护,还能适用于电子和微机保护装置。


功能应用

电力系统为了传输电能,往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户,无法用仪表进行直接测量。互感器的作用,就是将交流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值,便于仪表直接测量,同时为继电保护和自动装置提供电源。电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器,是一次系统和二次系统的联络元件,其一次绕组接入电网,二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。互感器与测量仪表和计量装置配合,可以测量一次系统的电压、电流和电能;与继电保护和自动装置配合,可以构成对电网各种故障的电气保护和自动控制。互感器性能的好坏,直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。



主要品牌

常见问题

互感器的特点

1、一次线圈串联在电路中,并且匝数很少,因此,一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流.而与二次电流无关;
2、电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小,所以正常情况下,电流互感器在近于短路状态下运行。
电流互感器一、二次额定电流之比,称为电流互感器的额定互感比:kn=I1n/I2n
因为一次线圈额定电流I1n己标准化,二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安,所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比,即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2为一、二线圈的匝数。


互感器的发展历程

互感器最早出现于19世纪末。随着电力工业的发展,互感器的电压等级和准确级别都有很大提高,还发展了很多特种互感器,如电压、电流复合式互感器、直流电流互感器,高准确度的电流比率器和电压比率器,大电流激光式电流互感器,电子线路补偿互感器,超高电压系统中的光电互感器,以及SF6全封闭组合电器(GIS)中的电压、电流互感器。在电力工业中,要发展什么电压等级和规模的电力系统,必须发展相应电压等级和准确度的互感器,以供电力系统测量、保护和控制的需要。


随着很多新材料的不断应用,互感器也出现了很多新的种类,电磁式互感器得到了比较充分的发展,其中铁心式电流互感器以干式、油浸式和气体绝缘式多种结构适应了电力建设的发展需求。然而随着电力传输容量的不断增长,电网电压等级的不断提高及保护要求的不断完善,一般的铁 心式电流互感器结构已逐渐暴露出与之不相适应的弱点,其固有的体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小,使用频带窄等弱点,难以满难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网等的发展需要。


随着光电子技术的迅速发展,许多科技发达国家已把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器,简称光电电流互感器。国际电工协会已发布电子式电流互感器的标准。电子式互感器的含义,除了包括光电式的互感器,还包括其它各种利用电子测试原理的电压、电流传感器。

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