互感器

不同種類的互感器(9張)

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。為便於二次儀表測量需要轉換為比較統一的電流電壓，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是安培級的（如5等）。隨着時代發展，電量測量大多已經達到數字化，而計算機的採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，主要起到互感器與採樣之間的橋樑作用。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，一般用於擴大儀表量程。）

電子式互感器的出現,被譽為本世紀初高壓電器製造業的一場革命。其數字化輸出、網絡化接線使得電網更安全、更環保、更利於一次設備乃至整個輸配電系統的智能化。互感器分為電壓互感器和電流互感器兩大類。 ^[3] 

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

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，直接串聯於電源線路中，一次負荷電流(I1)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（I2）；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）串聯形成閉合迴路，由於一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數，I1N1=I2N2，電流互感器實際運行中負荷阻抗很小，二次繞組接近於短路狀態，相當於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穿過由硅鋼片擀卷製成的圓形（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迴路，由於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，變比越小；反之，穿心匝數越少，變比越大，額定電流比I1/n：式中I1——穿心一匝時一次額定電流；n——穿心匝數。 ^[1] 

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於鐵心上的絕緣筒上，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係數較大，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，多見於高壓電流互感器。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並聯接線，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，隨着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，可以分別應用於電能計量、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，多安裝於高壓計量箱、櫃，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台或三台電流互感器的一次、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。

電力系統為了傳輸電能，往往採用交流電壓、大電流回路把電力送往用户，無法用儀表進行直接測量。互感器的作用，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，便於儀表直接測量，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。互感器與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。

1、一次線圈串聯在電路中，並且匝數很少，因此，一次線圈中的電流完全取決於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，電流互感器在近於短路狀態下運行。

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。

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超高壓的電力系統中用於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。

測量用電壓互感器或電壓互感器的測量繞組：在正常電壓範圍內，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

乾式電壓互感器：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，常用於及以下電壓等級；

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乾式，高壓或超高壓密封式氣體絕緣(如六氟化硫)互感器也是乾式。澆注式適用於35kV及以下的電壓互感器，35kV以上的產品均為油浸式。

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的產品有時採用三相結構。

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採用；

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裏作電壓測量、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，還在研製中。

户內型電壓互感器：安裝在室內配電裝置中，一般用在及以下電壓等級；

户外型電壓互感器：安裝在户外配電裝置中，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並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。

測量用電流互感器或電流互感器的測量繞組。在正常工作電流範圍內，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。

乾式電流互感器：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，一般為户外型。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。

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，還在研製中。

貫穿式電流互感器：用來穿過屏板或牆壁的電流互感器；

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。 ^[2] 

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。其原理如圖1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。其原理如圖2所示：

國內在電子式電流互感器的研究方面，尤其是在高電壓等級電力系統中的應用還面臨一些問題，如温度和應力產生的雙折射現象，長期運行時的精度和穩定性還需進一步試驗和現場考驗，另外由於電子式互感器的採集器採樣頻率有限，造成採用電子式互感器的智能化變電站存在行波測距技術無法應用的問題。 ^[4] 

互感器最早出現於19世紀末。隨着電力工業的發展，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、電流複合式互感器、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，要發展什麼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。

隨着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乾式、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。然而隨着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、動態範圍小，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。

隨着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。國際電工協會已發佈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。

用1.5～3V乾電池將其正極接於互感器的一次線圈L1，L2接負極，互感器的二次側K1接毫安表正極，負極接K2，接好線後，將K合上毫安表指針正偏，拉開後毫安表指針負偏，説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。

補償量如下：

Δf=Nx/（N2-Nx）×100%

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。對於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。這時可以採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迴路計算的，電流互感器的匝數是一匝一匝計算的，不存在半匝的情況。採用半匝或分數匝補償必須採用輔助手段如：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複雜。電容補償，直接在二次繞組兩端並聯電容就可以。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。用户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。

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，它承擔着高、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”。這裏以電流互感器為例説明如何點極性。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；然後將一節乾電池的負極固定在電流互感器的一次輸出導線上；再用乾電池的正極去“點”電流互感器的一次輸入導線，這樣在互感器一次迴路就會產生一個+（正）脈衝電流；同時觀察指針萬用表的錶針向哪個方向“偏移”，若萬用表的錶針從0由左向右偏移，j即錶針“正啓”，説明接入的“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”；若萬用表的錶針從0由右向左偏移，即錶針“反啓”，説明接入的“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於燒燬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範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於互感器二次額定輸出負載時，互感器精度將降低，嚴重過載時將燒燬互感器。

4、當互感器二次實際輸出負載低於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、户外用互感器和户內用互感器莫混用。

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，由於激磁電流迅速增大，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、由於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（相對於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；

5、系統中存在非線性的振盪（弧光接地過電壓），大大加劇了系統中電壓互感器的損壞進程；

6、電壓互感器自身的散熱條件較差。

最重要區別是在正常運行時其工作狀態的不同，主要表現以下幾個方面：

1、電壓互感器正常工作時的磁通密度接近飽和值，故障時候磁通密度下降；電流互感器正常工作時磁通密度很低，而短路時由於一次側短路電流變得很大，使磁通密度大大增加，有時甚至遠遠超過飽和值。

2、電壓互感器是用來測量電網高電壓的特殊變壓器，它能將高電壓按規定比例轉換為較低的電壓後，再連接到儀表上去測量。電壓互感器，原邊電壓無論是多少伏，而副邊電壓一般均規定為100伏，以供給電壓表、功率表及千瓦小時表和繼電器的電壓線圈所需要的電壓。

3、電流互感器二次可以短路，但是不得開路；電壓互感器二次可以開路，但是不得短路．把大電流按規定比例轉換為小電流的電氣設備，稱為電流互感器。電流互感器副邊的電流一般規定為5安或1安，以供給電流表、功率表、千瓦小時表和繼電器的電流線圈電流。

4、對於二次側的負荷來説，電壓互感器的一次內阻抗較小甚至可以忽略不計，大可以認為電壓互感器是一個電壓源；而電流互感器的一次卻內阻很大,以至可以認為是一個內阻無窮大的電流源。