互感器

互感器又稱儀表變壓器，是電流互感器和電壓互感器的統(tǒng)稱。能把高壓變成低壓、大電流變成小電流，用于測量或保護(hù)系統(tǒng)。它的主要作用是將高電壓或大電流按比例轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的低電壓（100V）或標(biāo)準(zhǔn)小電流（5A或1A，均指額定值）為了實(shí)現(xiàn)測量儀器、保護(hù)設(shè)備和自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。同時(shí)，變壓器還可以用來隔離高壓系統(tǒng)，確保人員和設(shè)備的安全。

不同種類的變壓器

供電和用電線路中，電流差從幾安培到幾萬安培不等，電壓差從幾伏到幾百萬伏不等。線路中的電流和電壓都比較高，直接測量非常危險(xiǎn)。為了便于將二次儀表測量轉(zhuǎn)換成相對均勻的電流和電壓，采用互感器進(jìn)行電流和電壓的變換和電氣隔離。顯示儀表多為指針式電流電壓表，所以電流互感器的二次電流多為安培級（如5等）隨著時(shí)代的發(fā)展，大部分電量測量都達(dá)到了數(shù)字級別，計(jì)算機(jī)采樣的信號一般都是毫安級別（5V、4-20mA等）微型電流互感器的二次電流為毫安級，主要充當(dāng)大型互感器與采樣之間的橋梁。微型電流互感器被稱為“儀用電流互感器”儀用電流互感器”還有一層意思，實(shí)驗(yàn)室用的多電流比精密電流互感器一般是用來擴(kuò)大儀器的測量范圍的。

電流互感器原理及電路圖微型電流互感器類似于變壓器，根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作變壓器轉(zhuǎn)換電壓，微電流變壓器轉(zhuǎn)換電流。繞組N1與被測電流相連，被測電流稱為初級繞組（或原邊繞組、初級繞組）繞組N2與測量儀器相連，稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）

電流互感器工作原理圖

微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組電流I2的電流比稱為實(shí)際電流比k。微型電流互感器在額定工作電流下工作時(shí)的電流比稱為電流互感器的額定電流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n

普通電流互感器的結(jié)構(gòu)原理：電流互感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，由相互絕緣的一次繞組組成、二次繞組、鐵心以及構(gòu)架、殼體、接線端子等組成。其工作原理與變壓器基本相同，初級繞組匝數(shù)（N1）小于直接串聯(lián)在電源線中的初級負(fù)載電流(I1)當(dāng)通過初級繞組時(shí)，產(chǎn)生的交變磁通量感應(yīng)出成比例減小的次級電流（I2）二次繞組的匝數(shù)（N2）較多，與儀表、繼電器、變送器恒流線圈的二次負(fù)載（Z）串聯(lián)連接形成一個(gè)閉合回路由于一次繞組和二次繞組的安匝數(shù)相等，I1N1=I2N2，電流互感器的額定電流小于實(shí)際運(yùn)行時(shí)電流互感器的負(fù)載阻抗，二次繞組接近短路狀態(tài)，相當(dāng)于一臺變壓器短路運(yùn)行。

常用電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

穿心式電流互感器沒有一次繞組，它輸送電流（負(fù)荷電流）從L1到L2，電線穿過由軋制硅鋼片制成的圓環(huán)（或其他形狀）鐵芯充當(dāng)初級繞組。二次繞組直接均勻纏繞在圓形鐵芯上，與儀器相連、繼電器、電流線圈的次級負(fù)載例如變送器串聯(lián)連接以形成閉環(huán)因?yàn)榇┬臼诫娏骰ジ衅鳑]有一次繞組，所以它的變比是根據(jù)一次繞組穿過變壓器鐵芯的匝數(shù)來確定的穿芯匝數(shù)越多，變壓比越??；相反，通過鐵芯的匝數(shù)越少，變壓比和額定電流比I1越大/n：I1——型額定電流一次通過鐵芯一圈；N——穿孔轉(zhuǎn)彎。

穿心變壓器示意圖

多抽頭電流互感器。這種類型的電流互感器具有相同的初級繞組當(dāng)纏繞次級繞組時(shí)，增加幾個(gè)抽頭以獲得多個(gè)不同的變壓比。它有一個(gè)鐵芯和固定匝數(shù)的一次繞組，它的二次繞組用絕緣銅線繞在套在鐵芯上的絕緣筒上，二次繞組不同變比的抽頭引出后接在端子座上，每個(gè)抽頭有自己的端子，這樣就形成了多個(gè)變比這種電流互感器的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)負(fù)載電流比，通過改變二次端子的接線來改變變比，不需要更換電流互感器，為使用提供了方便。

不同比率的電流互感器。這種類型的電流互感器具有相同的鐵芯和初級繞組，而次級繞組分為兩個(gè)不同的匝、獨(dú)立繞組，滿足相同負(fù)載電流下不同的變壓比、對于不同精度等級的需要，比如在相同的負(fù)載下，為了保證電能計(jì)量的精度，要求變比要小一些（以滿足初級額定負(fù)載電流為2/3左右），精度水平更高（如1K1.1K2為200/5.2級）對于電氣設(shè)備的繼電保護(hù)，考慮到故障電流的保護(hù)系數(shù)較大，需要進(jìn)行較大的改動(dòng)，準(zhǔn)確度等級可以略低（如2K1.2K2為300/5.1級）

可調(diào)一次繞組和二次繞組多繞組電流互感器。這種電流互感器的特點(diǎn)是可變比量程多，可以改變，在高壓電流互感器中比較常見。它的一次繞組分為兩段，分別穿過變壓器的鐵芯，二次繞組分為兩個(gè)抽頭、不同精度等級的獨(dú)立繞組。初級繞組與安裝在變壓器外部的連接件相連通過改變連接件的位置，使初級繞組串聯(lián)或并聯(lián)，從而改變初級繞組的匝數(shù)，獲得不同的變壓比。抽頭二次繞組本身分為兩個(gè)不同變比和不同精度等級的繞組隨著一次繞組連接片位置的變化，一次繞組的匝數(shù)也隨之變化，其變比也隨之變化，從而形成多量程變比。分接二次獨(dú)立繞組的不同變比和不同精度等級可分別應(yīng)用于電能計(jì)量、指示儀表、變送器、繼電保護(hù)等，滿足他們不同的使用需求。

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成，多安裝在高壓計(jì)量箱內(nèi)、機(jī)柜，用作電能計(jì)量或用電設(shè)備繼電保護(hù)裝置的電源。組合式電流電壓互感器是一次連接兩個(gè)或三個(gè)電流互感器、二次繞組鐵芯和電壓互感器、二次繞組和鐵芯固定在鋼架上，浸在裝有變壓器油的箱內(nèi)其中之一、二次繞組引出線全部引出，接至箱外高壓、低壓瓷瓶上形成絕緣、封閉的整體。一次側(cè)連接供電線路，二次側(cè)連接計(jì)量裝置或繼電保護(hù)裝置。根據(jù)不同的需要，組合式電流電壓互感器分為v型/V接線和Y/測量三相負(fù)載平衡和不平衡時(shí)的電能有兩種Y接線。

為了傳輸電能，電力系統(tǒng)通常使用交流電壓、大電流回路向用戶供電，因此它可以 不能用儀器直接測量。變壓器的作用是將交流電壓和大電流按比例降低到可以用儀表直接測量的數(shù)值，便于儀表直接測量，同時(shí)為繼電保護(hù)和自動(dòng)化裝置提供電源。電力系統(tǒng)中使用的變壓器是連接電網(wǎng)的高壓、大電流的信息轉(zhuǎn)移到低電壓、小電流二次側(cè)測量、測量儀器和繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置的專用變壓器是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的連接元件它的初級繞組連接到電網(wǎng)，次級繞組分別連接到測量儀器、保護(hù)裝置等是相互關(guān)聯(lián)的。變壓器可以在測量儀表和計(jì)量裝置的配合下測量一次系統(tǒng)的電壓、電流和電能；在繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的配合下，可以構(gòu)成電網(wǎng)中各種故障的電氣保護(hù)和自動(dòng)控制。變壓器的性能直接影響電力系統(tǒng)的計(jì)量、測量的準(zhǔn)確性和繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。

1、初級線圈串聯(lián)在匝數(shù)很少的電路中，所以初級線圈中的電流完全取決于被測電路的負(fù)載電流．而不考慮次級電流；

2、連接在電流互感器二次線圈上的儀表和繼電器的電流線圈的阻抗很小，所以一般情況下，電流互感器是在接近短路的狀態(tài)下運(yùn)行的。

電流互感器一、二次額定電流的比值稱為電流互感器的額定互感比：kn=I1n/I2n

因?yàn)槌跫壘€圈的額定電流I1n已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以次級線圈的額定電流I2n統(tǒng)一為5（1或0.5）安，所以電流互感器的額定互感比也被標(biāo)準(zhǔn)化了。Kn也可以近似表示為變壓器I、次級線圈的匝數(shù)比，即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2為一、二線圈的匝數(shù)。

變壓器分為電壓互感器和電流互感器。電壓互感器可用于高壓和超高壓電力系統(tǒng)的電壓和功率測量。電流互感器可以用來測量交換電流、電氣傳動(dòng)線路交換度的測量與保護(hù)。

電壓互感器

按用途分

用于測量或測量電壓互感器繞組的電壓互感器：在正常電壓范圍內(nèi)，測量、計(jì)量設(shè)備提供電網(wǎng)電壓信息；

保護(hù)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：普通絕緣材料浸漬絕緣漆作為絕緣，常用于低壓及低壓以下；

鑄造隔離電壓互感器：由環(huán)氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注而成，通常在電壓等級或以下使用；

油浸式電壓互感器：絕緣紙和絕緣油作為絕緣是我國最常見的結(jié)構(gòu)型式，常用于電壓等級達(dá)及以下；

氣體隔離電壓互感器：氣體是主要的絕緣材料，常用于較高的電壓等級。

通常，專門用于測量的低壓變壓器是干式高壓或超高壓密封氣體絕緣的(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以上產(chǎn)品均為油浸式。

按相數(shù)分

絕大多數(shù)產(chǎn)品都是單相的，因?yàn)殡妷夯ジ衅魅萘啃?，本體體積不大，三相高壓套管之間的內(nèi)外絕緣要求難以滿足，所以只有3-15kV產(chǎn)品有時(shí)采用三相結(jié)構(gòu)。

根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換的原理

電磁式電壓互感器：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電壓轉(zhuǎn)換原理與基本結(jié)構(gòu)和變壓器完全相似，國內(nèi)多用于電壓等級及以下；

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、阻尼器和載體裝置保護(hù)間隙等，用于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的電壓測量、功率測量、繼電保護(hù)和載波通信；

光電電壓互感器：通過光電轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換還在發(fā)展中。

按使用條件分

室內(nèi)電壓互感器：安裝在室內(nèi)的配電設(shè)備，一般用在及以下電壓等級；

戶外電壓互感器：安裝在室外配電設(shè)備中，常用于100及以上電壓等級。

根據(jù)初級繞組對地的運(yùn)行狀態(tài)

一次繞組接地的電壓互感器：單相電壓互感器一次繞組的端部或三相電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)直接接地；

初級繞組不接地的電壓互感器：單相電壓互感器一次繞組的兩端均對地絕緣；三相電壓互感器一次繞組的所有部分，包括端子，均與地絕緣，絕緣等級與額定絕緣等級一致。

按磁路結(jié)構(gòu)分

單級電壓互感器：初級繞組和次級繞組（根據(jù)需要，多個(gè)次級繞組可以纏繞在同一個(gè)鐵芯上，鐵芯處于地電位。在中國，單級電壓用于電壓等級及以下；

級聯(lián)電壓互感器：初級繞組分成若干個(gè)匝數(shù)相同的單元，串聯(lián)在相和地之間，每個(gè)單元有自己獨(dú)立的鐵芯，鐵芯上有多個(gè)高壓鐵芯，次級繞組（根據(jù)需要，可以在接地的最后一個(gè)單元設(shè)置多個(gè)次級繞組。這種結(jié)構(gòu)在中國的電壓等級中普遍使用；

組合式互感器：由電壓互感器和電流互感器組成的互感器稱為組合互感器，有些用組合電器生產(chǎn)的互感器也稱為組合互感器。

測量電流互感器（或者電流互感器的測量繞組。在正常工作電流范圍內(nèi)，進(jìn)行測量、計(jì)量和其他設(shè)備提供電網(wǎng)的當(dāng)前信息；

電流互感器（或電流互感器的保護(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)故障電流信息。

按絕緣介質(zhì)分

干式電流互感器：普通絕緣材料浸漆絕緣；

鑄造電流互感器：用環(huán)氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注的電流互感器；

油浸式電流互感器：用絕緣紙和絕緣油做絕緣，一般是室外。目前國內(nèi)普遍采用各種電壓等級；

氣體絕緣電流互感器：主絕緣由氣體組成。

根據(jù)電流變換的原理

電磁電流互感器：根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換的電流互感器；

光電電流互感器：通過光電轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換的電流互感器還在研發(fā)中。

按安裝方式分

穿透電流互感器：用于穿過面板或墻壁的電流互感器；

柱式電流互感器：安裝在平面或柱子上的電流互感器，用作一次回路的導(dǎo)體柱；

套管式電流互感器：無一次導(dǎo)體和一次絕緣的電流互感器，直接套在絕緣套管上；

母線電流互感器：無一次導(dǎo)體但有一次絕緣并直接套在母線上的電流互感器。

其特征在于初級傳感器為空心線圈，高壓側(cè)電子設(shè)備需要電源才能工作。

無源磁光玻璃電子式電流互感器的特點(diǎn)是主傳感器是磁光玻璃，不需要電源。

變形金剛最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，變壓器的電壓等級和精度水平都有了很大的提高，開發(fā)了很多專用變壓器，如電壓、電流復(fù)合變壓器、DC電流互感器高精度電流比率計(jì)和電壓比率計(jì)大電流激光電流互感器電子線路補(bǔ)償互感器超高壓系統(tǒng)中的光電互感器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，為了發(fā)展任何電壓等級和規(guī)模的電力系統(tǒng)，需要發(fā)展相應(yīng)電壓等級和準(zhǔn)確度的變壓器用于電力系統(tǒng)測量、保護(hù)和控制的需要。

隨著許多新材料的不斷應(yīng)用，出現(xiàn)了許多新型變壓器，電磁式變壓器得到了充分發(fā)展，其中鐵心電流互感器為干式、油浸式和氣體絕緣結(jié)構(gòu)滿足了電力建設(shè)的發(fā)展需要。但隨著輸電容量的不斷增長電網(wǎng)電壓水平的不斷提高和保護(hù)要求的不斷提高，通用鐵 鐵心電流互感器結(jié)構(gòu)逐漸暴露出不適應(yīng)的弱點(diǎn)，其固有體積較大、磁飽和、鐵磁諧振、動(dòng)態(tài)范圍小頻帶窄等弱點(diǎn)，難以滿足新一代電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電力數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要等。

隨著光電技術(shù)的迅速發(fā)展，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將注意力轉(zhuǎn)向利用光學(xué)傳感技術(shù)和電子學(xué)方法研制新型電子式電流互感器。國際電工協(xié)會(huì)發(fā)布了電子式電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。電子式互感器的含義不僅包括光電互感器，還包括其他各種利用電子測試原理的電壓、電流傳感器。