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互感器

人氣：1870次發表時間：2013-07-26

互感器（instrument transformer）又稱為儀用變壓器，是電流互感器和電壓互感器的統稱。能將高電壓變成低電壓、大電流變成小電流，用于量測或保護系統。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓（100V）或標準小電流（5A或1A，均指額定值），以便實現測量儀表、保護設備及自動控制設備的標準化、小型化。同時互感器還可用來隔開高電壓系統，以保證人身和設備的安全。

工作原理

在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都有。為便于二次儀表測量需要轉換為比較統一的電流，另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離的作用。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是安培級的（如5等）。隨著時代發展，電量測量大多已經達到數字化，而計算機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電磁感應原理工作，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

結構原理：

普通電流互感器結構原理：電流互感器的結構較為簡單，由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構架、殼體、接線端子等組成。其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的匝數（N1）較少，直接串聯于電源線路中，一次負荷電流()通過一次繞組時，產生的交變磁通感應產生按比例減小的二次電流（）；二次繞組的匝數（N2）較多，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷（Z）串聯形成閉合回路，由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數，I1N1=I2N2，電流互感器額定電流比電流互感器實際運行中負荷阻抗很小，二次繞組接近于短路狀態，相當于一個短路運行的變壓器。

穿心式電流互感器其本身結構不設一次繞組，載流（負荷電流）導線由 L1至L2穿過由硅鋼片搟卷制成的圓形（或其他形狀）鐵心起一次繞組作用。二次繞組直接均勻地纏繞在圓形鐵心上，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷串聯形成閉合回路，由于穿心式電流互感器不設一次繞組，其變比根據一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數確定，穿心匝數越多，變比越?。环粗?，穿心匝數越少，變比越大，額定電流比：式中I1——穿心一匝時一次額定電流；n——穿心匝數。

多抽頭電流互感器。這種型號的電流互感器，一次繞組不變，在繞制二次繞組時，增加幾個抽頭，以獲得多個不同變比。它具有一個鐵心和一個匝數固定的一次繞組，其二次繞組用絕緣銅線繞在套裝于鐵心上的絕緣筒上，將不同變比的二次繞組抽頭引出，接在接線端子座上，每個抽頭設置各自的接線端子，這樣就形成了多個變比，此種電流互感器的優點是可以根據負荷電流變比，調換二次接線端子的接線來改變變比，而不需要更換電流互感器，給使用提供了方便。

不同變比電流互感器。這種型號的電流互感器具有同一個鐵心和一次繞組，而二次繞組則分為兩個匝數不同、各自獨立的繞組，以滿足同一負荷電流情況下不同變比、不同準確度等級的需要，例如在同一負荷情況下，為了保證電能計量準確，要求變比較小一些（以滿足負荷電流在一次額定值的2/3左右），準確度等級高一些（如1K1.1K2為200/5.0.2級）；而用電設備的繼電保護，考慮到故障電流的保護系數較大，則要求變比較大一些，準確度等級可以稍低一點（如2K1.2K2為300/5.1級）。

一次繞組可調，二次多繞組電流互感器。這種電流互感器的特點是變比量程多，而且可以變更，多見于高壓電流互感器。其一次繞組分為兩段，分別穿過互感器的鐵心，二次繞組分為兩個帶抽頭的、不同準確度等級的獨立繞組。一次繞組與裝置在互感器外側的連接片連接，通過變更連接片的位置，使一次繞組形成串聯或并聯接線，從而改變一次繞組的匝數，以獲得不同的變比。帶抽頭的二次繞組自身分為兩個不同變比和不同準確度等級的繞組，隨著一次繞組連接片位置的變更，一次繞組匝數相應改變，其變比也隨之改變，這樣就形成了多量程的變比。帶抽頭的二次獨立繞組的不同變比和不同準確度等級，可以分別應用于電能計量、指示儀表、變送器、繼電保護等，以滿足各自不同的使用要求。

組合式電流電壓互感器。組合式互感器由電流互感器和電壓互感器組合而成，多安裝于高壓計量箱、柜，用作計量電能或用作用電設備繼電保護裝置的電源。組合式電流電壓互感器是將兩臺或三臺電流互感器的一次、二次繞組及鐵心和電壓互感器的一、二次繞組及鐵心，固定在鋼體構架上，浸入裝有變壓器油的箱體內，其一、二次繞組出線均引出，接在箱體外的高、低壓瓷瓶上，形成絕緣、封閉的整體。一次側與供電線路連接，二次側與計量裝置或繼電保護裝置連接。根據不同的需要，組合式電流電壓互感器分為V/V接線和Y/Y接線兩種，以計量三相負荷平衡或不平衡時的電能。

主要作用

電力系統為了傳輸電能，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值，便于儀表直接測量，同時為繼電保護和自動裝置提供電源。電力系統用互感器是將電網高電壓、大電流的信息傳遞到低電壓、小電流二次側的計量、測量儀表及繼電保護、自動裝置的一種特殊變壓器，是一次系統和二次系統的聯絡元件，其一次繞組接入電網，二次繞組分別與測量儀表、保護裝置等互相連接?；ジ衅髋c測量儀表和計量裝置配合，可以測量一次系統的電壓、電流和電能；與繼電保護和自動裝置配合，可以構成對電網各種故障的電氣保護和自動控制。互感器性能的好壞，直接影響到電力系統測量、計量的準確性和繼電器保護裝置動作的可靠性。

基本特點

1、一次線圈串聯在電路中，并且匝數很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流．而與二次電流無關；

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下運行。

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己標準化，二次線圈額定電流I2n統一為5（1或0.5）安，所以電流互感器額定互感比亦已標準化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數比，即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2為一、二線圈的匝數。

主要分類

互感器分為電壓互感器和電流互感器兩大類。電壓互感器可在高壓和朝高壓的電力系統中用于電壓和功率的測量等。電流互感器可用在交換電流的測量、交換電度的測量和電力拖動線路中的保護。

電壓互感器

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，向測量、計量裝置提供電網電壓信息；

保護用電壓互感器或電壓互感器的保護繞組：在電網故障狀態下，向繼電保護等裝置提供電網故障電壓信息。

按絕緣介質分

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，是我國最常見的結構型式，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以上的產品均為油浸式。

按相數分

絕大多數產品是單相的，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外絕緣要求難以滿足，所以只有3-15kV的產品有時采用三相結構。

按電壓變換原理分

電磁式電壓互感器：根據電磁感應原理變換電壓，原理與基本結構和變壓器完全相似，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、補償電抗器、中間變壓器、阻尼器及載波裝置防護間隙等組成，用在中性點接地系統里作電壓測量、功率測量、繼電防護及載波通訊用；

光電式電壓互感器：通過光電變換原理以實現電壓變換，還在研制中。

按使用條件分

戶內型電壓互感器：安裝在室內配電裝置中，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。

按一次繞組對地運行狀態分

一次繞組接地的電壓互感器：單相電壓互感器一次繞組的末端或三相電壓互感器一次繞組的中性點直接接地；

一次繞組不接地的電壓互感器：單相電壓互感器一次繞組兩端子對地都是絕緣的；三相電壓互感器一次繞組的各部分，包括接線端子對地都是絕緣的，而且絕緣水平與額定絕緣水平一致。

按磁路結構分

單級式電壓互感器：一次繞組和二次繞組（根據需要可設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相同的單元串接在相與地之間，每一單元有各自獨立的鐵芯，具有多個鐵芯，且鐵芯帶有高電壓，二次繞組（根據需要可設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構型式；

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的互感器稱為組合式互感器。

電流互感器

按用途分

測量用電流互感器（或電流互感器的測量繞組。在正常工作電流范圍內，向測量、計量等裝置提供電網的電流信息；

保護用電流互感器（或電流互感器的保護繞組。在電網故障狀態下，向繼電保護等裝置提供電網故障電流信息。

按絕緣介質分

干式電流互感器：由普通絕緣材料經浸漆處理作為絕緣；

澆注式電流互感器：用環氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注成型的電流互感器；

油浸式電流互感器：由絕緣紙和絕緣油作為絕緣，一般為戶外型。目前我國在各種電壓等級均為常用；

氣體絕緣電流互感器：主絕緣由氣體構成。

按電流變換原理分

電磁式電流互感器：根據電磁感應原理實現電流變換的電流互感器；

光電式電流互感器：通過光電變換原理以實現電流變換的電流互感器，還在研制中。

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，兼做一次電路導體支柱用的電流互感器；

套管式電流互感器：沒有一次導體和一次絕緣，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。[1]

有源型電子式電流互感器特點是一次傳感器為空心線圈，高壓側電子器件需要由電源供電方能工作。其原理如下圖所示：

無源磁光玻璃型電子式電流互感器特點是一次傳感器為磁光玻璃，無需電源供電。其原理如下圖所示：

發展歷程

互感器最早出現于19世紀末。隨著電力工業的發展，互感器的電壓等級和準確級別都有很大提高，還發展了很多特種互感器，如電壓、電流復合式互感器、直流電流互感器，高準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，電子線路補償互感器，超高電壓系統中的光電互感器，以及SF6全封閉組合電器(GIS)中的電壓、電流互感器。在電力工業中，要發展什么電壓等級和規模的電力系統，必須發展相應電壓等級和準確度的互感器，以供電力系統測量、保護和控制的需要。

隨著很多新材料的不斷應用，互感器也出現了很多新的種類，電磁式互感器得到了比較充分的發展，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構適應了電力建設的發展需求。然而隨著電力傳輸容量的不斷增長，電網電壓等級的不斷提高及保護要求的不斷完善，一般的鐵心式電流互感器結構已逐漸暴露出與之不相適應的弱點，其固有的體積大、磁飽和、鐵磁諧振、動態范圍小，使用頻帶窄等弱點，難以滿難以滿足新一代電力系統自動化、電力數字網等的發展需要。

隨著光電子技術的迅速發展，許多科技發達國家已把目光轉向利用光學傳感技術和電子學方法來發展新型的電子式電流互感器，簡稱光電電流互感器。國際電工協會已發布電子式電流互感器的標準。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。

常見種類

電子式互感器

變頻功率傳感器是一種電子式互感器，變頻功率傳感器通過對輸入的電壓、電流信號進行交流采樣，再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統與數字量輸入二次儀表相連，數字量輸入二次儀表對電壓、電流的采樣值進行運算，可以獲取電壓有效值、電流有效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數。[3]

互感器分為電壓互感器和電流互感器兩大類，其主要作用有：將一次系統的電壓、電流信息準確地傳遞到二次側相關設備；將一次系統的高電壓、大電流變換為二次側的低電壓（標準值）、小電流（標準值），使測量、計量儀表和繼電器等裝置標準化、小型化，并降低了對二次設備的絕緣要求；將二次側設備以及二次系統與一次系統高壓設備在電氣方面很好地隔離，從而保證了二次設備和人身的安全。

電壓互感器

測量用電流互感器主要與測量儀表配合，在線路正常工作狀態下，用來測量電流、電壓、功率等。測量用微型電流互感器主要要求：

1、絕緣可靠；

2、足夠高的測量精度；

3、當被測線路發生故障出現的大電流時互感器應在適當的量程內飽和（如500%的額定電流）以保護測量儀表。

保護用電流互感器保護用電流互感器主要與繼電裝置配合，在線路發生短路過載等故障時，向繼電裝置提供信號切斷故障電路，以保護供電系統的安全。保護用微型電流互感器的工作條件與測量用互感器完全不同，保護用互感器只是在比正常電流大幾倍幾十倍的電流時才開始有效的工作。

電流互感器

利用變壓器原、副邊電流成比例的特點制成。其工作原理、等值電路也與一般變壓器相同，只是其原邊繞組串聯在被測電路中，且匝數很少；副邊繞組接電流表、繼電器電流線圈等低阻抗負載，近似短路。原邊電流（即被測電流）和副邊電流取決于被測線路的負載，而與電流互感器的副邊負載無關。由于副邊接近于短路，所以原、副邊電壓U1和都很小，勵磁電流I0也很小。電流互感器運行時，副邊不允許開路。因為一旦開路，原邊電流均成為勵磁電流，使磁通和副邊電壓大大超過正常值而危及人身和設備安全。因此，電流互感器副邊回路中不許接熔斷器，也不允許在運行時未經旁路就拆下電流表、繼電器等設備。電流互感器的接線方式按其所接負載的運行要求確定。最常用的接線方式為單相，三相星形和不完全星形。

組合互感器

組合互感器是將電壓互感器、電流互感器組合到一起的互感器。組合互感器可將高電壓變化為低電壓，將大電流變化為低電流，從而起到對電能計量的目的。

鉗形互感器

鉗形電流互感器是一款精密電流互感器（直流傳感器），是專門為電力現場測量計量使用特點設計的。該系列互感器選用高導磁材料制成，精度高。線性優?？垢蓴_能力強等。使用時可以直接夾住母線或母排上無須截線停電其使用十分方便。它可配合多種測量儀器，電能表現場校驗儀、多功能電能表、示波器、數字萬用表、雙鉗式接地電阻測試儀、雙鉗式相位伏安表等，　可在電力不斷電狀態下，對多種電參量進行測量和比對。

零序互感器

零序電流保護的基本原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節點的復電流的代數和等于零。在線路與電氣設備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零，因此，零序電流互感器的二次側繞組無信號輸出，執行元件不動作。當發生接地故障時的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環形鐵芯中產生磁通，零序電流互感器的二次側感應電壓使執行元件動作，帶動脫扣裝置，切換供電網絡，達到接地故障保護的目的。作用：當電路中發生觸電或漏電故障時，保護動作，切斷電源。使用：可在三相線路上各裝一個電流互感器，或讓三相導線一起穿過一零序電流互感器，也可在中性線N上安裝一個零序電流互感器，利用其來檢測三相的電流矢量和。零序電流互感器采用ABS工程塑料外殼、全樹脂澆注成密封，有效避免了互感器在長期使用過程中的銹蝕。絕緣性能好，外形美觀。具有靈敏度高、線性度好運行可靠，安裝方便等特點。其性能優于一般的零序電流互感器，使用范圍廣泛，不僅適用于電磁型繼電保護，還能適用于電子和微機保護裝置。

誤差測量

直流法

用1.5～3V干電池將其正極接于互感器的一次線圈L1，L2接負極，互感器的二次側K1接毫安表正極，負極接K2，接好線后，將K合上毫安表指針正偏，拉開后毫安表指針負偏，說明互感器接在電池正極上的端頭與接在毫安表正端的端頭為同極性。

1.K1為同極性即互感器為減極性。如指針擺動與上述相反為加極性。

交流法

補償量如下：

Δf=Nx/（N2-Nx）×100%

匝數補償

只對比差起到補償作用，補償量與二次負荷和電流大小無關。補償匝數一般只有幾匝，匝數補償應計算電流低端二次阻抗最大時，和電流高端二次阻抗最小時誤差。對于高精度的微型電流互感器匝數補償那怕只補償1匝，就會補償過量。這時可以采用半匝或分數匝補償。但是電流互感器的匝數是以通過鐵芯窗口的封閉回路計算的，電流互感器的匝數是一匝一匝計算的，不存在半匝的情況。采用半匝或分數匝補償必須采用輔助手段如：雙繞組、雙鐵芯等。輔助鐵芯補償對比差、

角差都起到補償作用，但輔助鐵芯補償的方法制作工藝比較復雜。電容補償，直接在二次繞組兩端并聯電容就可以。其對比差起正補償作用，補償大小與二次負荷Z=RiX中X分量成正比，與補償電容大小成正比；對角差都起到負補償，補償大小與二次負荷Z=RiX中 R分量成正比，與補償電容大小成正比。電容補償是一種比較理想的補償方法。在微型精密電流互感器中，一般二次繞組直接接運放的電流/電壓變換，其二次阻抗基本為0，此時電容補償的作用就比較小。一般可以在電流/電壓變換階段增加移相電路可以解決角差問題。用戶可以根據電流互感器出廠時所帶的該互感器的檢驗報告中檢驗誤差數據進行調整計算移相電路。

種類對比

電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）是電力系統重要的電氣設備，它承擔著高、低壓系統之間的隔離及高壓量向低壓量轉換的職能。其接線的正確與否，對系統的保護、測量、監察等設備的正常工作有極其重要的意義。在新安裝PT、CT投運或更換PT、CT二次電纜時，利用極性試驗法檢驗PT、CT接線的正確性，已經是繼電保護工作人員必不可少的工作程序。

避免其極性接反就是要找到互感器輸入和輸出的“同名端”，具體的方法就是“點極性”。這里以電流互感器為例說明如何點極性。具體方法是將指針式萬用表接在互感器二次輸出繞組上，萬用表打在直流電壓檔；然后將一節干電池的負極固定在電流互感器的一次輸出導線上；再用干電池的正極去“點”電流互感器的一次輸入導線，這樣在互感器一次回路就會產生一個+（正）脈沖電流；同時觀察指針萬用表的表針向哪個方向“偏移”，若萬用表的表針從0由左向右偏移，j即表針“正啟”，說明接入的“電流互感器一次輸入端”與“指針式萬用表正接線柱連接的電流互感器二次某輸出端”是同名端，而這種接線就稱為“正極性”或“減極性”；若萬用表的表針從0由右向左偏移，即表針“反啟”，說明接入的“電流互感器一次輸入端”與“指針式萬用表正接線柱連接的電流互感器二次某輸出端”不是同名端，而這種接線就稱為“反極性”或“加極性”。

每個產品都有自己的注意事項，應用互感器時應注意以下幾個方面：

1、電流互感器的額定一次電流一般按線路的1.2~1.4倍電流選用電流互感器,這主要是考慮線路過載時不至于燒毀電流互感器和電流表或電能表等用電設備。

2、電流互感器的額定一次電流也不能選得比線路的實際工作電流相差太大，這將影響電流互感器的計量精度。

3、互感器是在額定的二次輸出負載范圍內才能保證互感器精度。因此包括二次線路負載以及計量裝置的負載都為互感器實際工作的負載，當互感器二次實際輸出負載大于互感器二次額定輸出負載時，互感器精度將降低，嚴重過載時將燒毀互感器。

4、當互感器二次實際輸出負載低于互感器額定二次輸出負載時，互感器的精度將降低。

5、根椐不同的使用場合選用適宜的互感器產品。

6、戶外用互感器和戶內用互感器莫混用。

燒壞原因：

1、電壓互感器低壓側匝間和相間短路時，低壓保險尚未熔斷，由于激磁電流迅速增大，使高壓熔管熔絲熔斷或燒壞互感器。

2、當10kV出線發生單相接地時，電壓互感器一次側非故障相對地電壓為正常電壓值的根號3倍。電壓互感器的鐵芯很快飽和，激磁電流急劇增強，使熔絲熔斷。

3、由于電力網絡中含有電容性和電感性參數的元件，特別是帶有鐵芯的鐵磁電感元件，在參數組合不利時引起鐵磁諧振。

4、流過電壓互感器一次繞組的零序電流增大（相對于接地電流超標的系統而言），長時間運行時，該零序互感器產生的熱效應將使電壓互感器的絕緣損壞、炸裂；