什么是互感器?电流互感器与电压互感器的介绍

时间:2021-10-19 13:46:16 浏览:62

互感器又称为仪用变压器,是电流互感器和电压互感器的总称。能将高电压变成低电压、大电流变成小电流,用于量测或维护体系。其功能主要是将高电压或大电流按份额改换成规范低电压(100V)或规范小电流(5A或1A,均指额外值),以便完成丈量外表、维护设备及自动操控设备的规范化、小型化。一起互感器还可用来隔开高电压体系,以确保人身和设备的安全。


作业原理

不同品种的互感器

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,如直接丈量是非常风险的。为便于二次外表丈量需求转换为比较统一的电流电压,运用互感器起到变流变压和电气阻隔的效果。显示外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)。跟着年代开展,电量丈量大多现已到达数字化,而核算机的采样的信号一般为毫安级(0-5V4-20mA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效果。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运用的多电流比精细电流互感器,一般用于扩展外表量程。)

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依据电磁感应原理作业,变压器改换的是电压而微型电流互感器改换的是电流算了。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接丈量外表,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,叫实践电流比K。微型电流互感器在额外作业电流下作业时的电流比叫电流互感器额外电流比,用Kn表明。Kn=I1n/I2n


电流互感器作业原理图

 



结构原理

普通电流互感器结构原理:电流互感器的结构较为简略,由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。其作业原理与变压器根本相同,一次绕组的匝数(N1)较少,直接串联于电源线路中,一次负荷电流(I1)经过一次绕组时,发生的交变磁通感应发生按份额减小的二次电流(I2);二次绕组的匝数(N2)较多,与外表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联构成闭合回路,因为一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数,I1N1=I2N2,电流互感器实践运转中负荷阻抗很小,二次绕组接近于短路状态,相当于一个短路运转的变压器。


普通电流互感器结构原理图

 



穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组效果。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上,与外表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联构成闭合回路,因为穿心式电流互感器不设一次绕组,其变比依据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确认,穿心匝数越多,变比越小;反之,穿心匝数越少,变比越大,额外电流比I1/n:式中I1——穿心一匝时一次额外电流;n——穿心匝数。



穿心互感器原理图

 




多抽头电流互感器。这品种型的电流互感器,一次绕组不变,在绕制二次绕组时,添加几个抽头,以取得多个不同变比。它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组,其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上,将不同变比的二次绕组抽头引出,接在接线端子座上,每个抽头设置各自的接线端子,这样就构成了多个变比,此种电流互感器的优点是能够依据负荷电流变比,互换二次接线端子的接线来改动变比,而不需求更换电流互感器,给运用供给了便利。

不同变比电流互感器。这品种型的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组,而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组,以满意同一负荷电流状况下不同变比、不同精确度等级的需求,例如在同一负荷状况下,为了确保电能计量精确,要求变比较小一些(以满意负荷电流在一次额外值的2/3左右),精确度等级高一些(如1K1.1K2200/5.0.2级);而用电设备的继电维护,考虑到毛病电流的维护系数较大,则要求变比较大一些,精确度等级能够稍低一点(如2K1.2K2300/5.1级)。

一次绕组可调,二次多绕组电流互感器。这种电流互感器的特色是变比量程多,而且能够改动,多见于高压电流互感器。其一次绕组分为两段,别离穿过互感器的铁心,二次绕组分为两个带抽头的、不同精确度等级的独立绕组。一次绕组与设备在互感器外侧的衔接片衔接,经过改动衔接片的方位,使一次绕组构成串联或并联接线,然后改动一次绕组的匝数,以取得不同的变比。带抽头的二次绕组本身分为两个不同变比和不同精确度等级的绕组,跟着一次绕组衔接片方位的改动,一次绕组匝数相应改动,其变比也随之改动,这样就构成了多量程的变比。带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同精确度等级,能够别离应用于电能计量、指示外表、变送器、继电维护等,以满意各自不同的运用要求。

组合式电流电压互感器。组合式互感器由电流互感器和电压互感器组合而成,多设备于高压计量箱、柜,用作计量电能或用效果电设备继电维护设备的电源。组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心,固定在钢体构架上,浸入装有变压器油的箱体内,其一、二次绕组出线均引出,接在箱体外的高、低压瓷瓶上,构成绝缘、关闭的整体。一次侧与供电线路衔接,二次侧与计量设备或继电维护设备衔接。依据不同的需求,组合式电流电压互感器分为V/V接线和Y/Y接线两种,以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能。


主要效果

电力体系为了传输电能,往往选用沟通电压、大电流回路把电力送往用户,无法用外表进行直接丈量。互感器的效果,便是将沟通电压和大电流按份额降到能够用外表直接丈量的数值,便于外表直接丈量,一起为继电维护和自动设备供给电源。电力体系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、丈量外表及继电维护、自动设备的一种特殊变压器,是一次体系和二次体系的联络元件,其一次绕组接入电网,二次绕组别离与丈量外表、维护设备等互相衔接。互感器与丈量外表和计量设备合作,能够丈量一次体系的电压、电流和电能;与继电维护和自动设备合作,能够构成对电网各种毛病的电气维护和自动操控。互感器功能的好坏,直接影响到电力体系丈量、计量的精确性和继电器维护设备动作的牢靠性。


根本特色

1、一次线圈串联在电路中,并且匝数很少,因此,一次线圈中的电流彻底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外表和继电器的电流线圈阻抗都很小,所以正常状况下,电流互感器在近于短路状态下运转。

电流互感器一、二次额外电流之比,称为电流互感器的额外互感比:kn=I1n/I2n

因为一次线圈额外电流I1n己规范化,二次线圈额外电流I2n统一为510.5)安,所以电流互感器额外互感比亦已规范化。kn还能够近似地表明为互感器一、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。


主要分类

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类。电压互感器可在高压和超高压的电力体系中用于电压和功率的丈量等。电流互感器可用在交换电流的丈量、交换电度的丈量和电力拖动线路中的维护。

电压互感器

按用途分

丈量用电压互感器或电压互感器的丈量绕组:在正常电压范围内,向丈量、计量设备供给电网电压信息;维护用电压互感器或电压互感器的维护绕组:在电网毛病状态下,向继电维护等设备供给电网毛病电压信息。

按绝缘介质分

干式电压互感器:由普通绝缘资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资料浇注成型,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。

通常专供丈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,三相高压套管间的表里绝缘要求难以满意,所以只要3-15kV的产品有时选用三相结构。

按电压改换原理分

电磁式电压互感器:依据电磁感应原理改换电压,原理与根本结构和变压器彻底类似,我国多在及以下电压等级选用;

电容式电压互感器:由电容分压器、补偿电抗器、中心变压器、阻尼器及载波设备防护间隙等组成,用在中性点接地体系里作电压丈量、功率丈量、继电防护及载波通讯用;

光电式电压互感器:经过光电改换原理以完成电压改换,还在研发中。

按运用条件分

户内型电压互感器:设备在室内配电设备中,一般用在及以下电压等级;

户外型电压互感器:设备在户外配电设备中,多用在及以上电压等级。

按一次绕组对地运转状态分

一次绕组接地的电压互感器:单相电压互感器一次绕组的末端或三相电压互感器一次绕组的中性点直接接地;

一次绕组不接地的电压互感器:单相电压互感器一次绕组两端子对地都是绝缘的;三相电压互感器一次绕组的各部分,包含接线端子对地都是绝缘的,而且绝缘水平与额外绝缘水平一致。

按磁路结构分

单级式电压互感器:一次绕组和二次绕组依据需求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,二次绕组依据需求可设多个二次绕组处在最末一个与地衔接的单元。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构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。

电流互感器

按用途分

丈量用电流互感器或电流互感器的丈量绕组。在正常作业电流范围内,向丈量、计量等设备供给电网的电流信息;

维护用电流互感器或电流互感器的维护绕组。在电网毛病状态下,向继电维护等设备供给电网毛病电流信息。

按绝缘介质分

干式电流互感器:由普通绝缘资料经浸漆处理作为绝缘;

浇注式电流互感器:用环氧树脂或其他树脂混合资料浇注成型的电流互感器;

油浸式电流互感器:由绝缘纸和绝缘油作为绝缘,一般为户外型。我国在各种电压等级均为常用;

气体绝缘电流互感器:主绝缘由气体构成。

按电流改换原理分

电磁式电流互感器:依据电磁感应原理完成电流改换的电流互感器;

光电式电流互感器:经过光电改换原理以完成电流改换的电流互感器,还在研发中。

按设备办法分

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:设备在平面或支柱上,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,直接套装在母线上运用的一种电流互感器。


有源型电子式电流互感器特色是一次传感器为空心线圈,高压侧电子器件需求由电源供电方能作业。其原理如下图所示:

 

无源磁光玻璃型电子式电流互感器特色是一次传感器为磁光玻璃,无需电源供电。其原理如下图所示:

 


开展历程

互感器最早呈现于19世纪末。跟着电力工业的开展,互感器的电压等级和精确级别都有很大进步,还开展了许多特种互感器,如电压、电流复合式互感器、直流电流互感器,高精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,超高电压体系中的光电互感器,以及SF6全关闭组合电器(GIS)中的电压、电流互感器。在电力工业中,要开展什么电压等级和规划的电力体系,有必要开展相应电压等级和精确度的互感器,以供电力体系丈量、维护和操控的需求。

跟着许多新资料的不断应用,互感器也呈现了许多新的品种,电磁式互感器得到了比较充分的开展,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习惯了电力建造的开展需求。可是跟着电力传输容量的不断增加,电网电压等级的不断进步及维护要求的不断完善,一般的铁 心式电流互感器结构已逐渐暴露出与之不相习惯的缺点,其固有的体积大、磁饱满、铁磁谐振、动态范围小,运用频带窄等缺点,难以满难以满意新一代电力体系自动化、电力数字网等的开展需求。

跟着光电子技术的敏捷开展,许多科技发达国家已把目光转向运用光学传感技术和电子学办法来开展新型的电子式电流互感器,简称光电电流互感器。世界电工协会已发布电子式电流互感器的规范。电子式互感器的含义,除了包含光电式的互感器,还包含其它各种运用电子测试原理的电压、电流传感器。


常见品种

电子式互感器

变频功率传感器是一种电子式互感器,变频功率传感器经过对输入的电压、电流信号进行沟通采样,再将采样值经过电缆、光纤等传输体系与数字量输入二次外表相连,数字量输入二次外表对电压、电流的采样值进行运算,能够获取电压有效值、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,其主要效果有:将一次体系的电压、电流信息精确地传递到二次侧相关设备;将一次体系的高电压、大电流改换为二次侧的低电压(规范值)、小电流(规范值),使丈量、计量外表和继电器等设备规范化、小型化,并下降了对二次设备的绝缘要求;将二次侧设备以及二次体系与一次体系高压设备在电气方面很好地阻隔,然后确保了二次设备和人身的安全。


电压互感器

丈量用电流互感器主要与丈量外表合作,在线路正常作业状态下,用来丈量电流、电压、功率等。丈量用微型电流互感器主要要求:

1、绝缘牢靠;

2、足够高的丈量精度;

3、当被测线路发生毛病呈现的大电流时互感器应在适当的量程内饱满(如500%的额外电流)以维护丈量外表。

维护用电流互感器维护用电流互感器主要与继电设备合作,在线路发生短路过载等毛病时,向继电设备供给信号堵截毛病电路,以维护供电体系的安全。维护用微型电流互感器的作业条件与丈量用互感器彻底不同,维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作业。


电流互感器

运用变压器原、副边电流成份额的特色制成。其作业原理、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。因为副边接近于短路,所以原、副边电压U1和都很小,励磁电流I0也很小。 电流互感器运转时,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越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,也不允许在运转时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。 电流互感器的接线办法按其所接负载的运转要求确认。最常用的接线办法为单相,三相星形和不彻底星形。


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,然后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细电流互感器(直流传感器),是专门为电力现场丈量计量运用特色设计的。该系列互感器选用高导磁资料制成,精度高。线性优。抗干扰能力强等。运用时能够直接夹住母线或母排上无须截线停电其运用非常便利。它可合作多种丈量仪器,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,对多种电参量进行丈量和比对。


零序互感器

零序电流维护的根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状况下,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。当发生接地毛病时的各相电流的矢量和不为零,毛病电流使零序电流互感器的环形铁芯中发生磁通,零序电流互感器的二次侧感应电压使执行元件动作,带动脱扣设备,切换供电网络,到达接地毛病维护的目的。 效果:当电路中发生触电或漏电毛病时,维护动作,堵截电源。 运用: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上设备一个零序电流互感器,运用其来检测三相的电流矢量和。零序电流互感器选用ABS工程塑料外壳、全树脂浇注成密封,有效防止了互感器在长期运用过程中的锈蚀。绝缘功能好,外形漂亮。具有灵敏度高、线性度好运转牢靠,设备便利等特色。其功能优于一般的零序电流互感器,运用范围广泛,不只适用于电磁型继电维护,还能适用于电子和微机维护设备。


差错丈量

直流法

1.53V干电池将其正极接于互感器的一次线圈L1L2接负极,互感器的二次侧K1接毫安表正极,负极接K2,接好线后,将K合上毫安表指针正偏,摆开后毫安表指针负偏,阐明互感器接在电池正极上的端头与接在毫安表正端的端头为同极性。

1.K1为同极性即互感器为减极性。如指针摆动与上述相反为加极性。

沟通法

补偿量如下:

Δf=Nx/N2-Nx×100%

匝数补偿

只比照差起到补偿效果,补偿量与二次负荷和电流巨细无关。补偿匝数一般只要几匝,匝数补偿应核算电流低端二次阻抗最大时,和电流高端二次阻抗最小时差错。对于高精度的微型电流互感器匝数补偿那怕只补偿1匝,就会补偿过量。这时能够选用半匝或分数匝补偿。可是电流互感器的匝数是以经过铁芯窗口的关闭回路核算的,电流互感器的匝数是一匝一匝核算的,不存在半匝的状况。选用半匝或分数匝补偿有必要选用辅佐手段如:双绕组、双铁芯等。辅佐铁芯补偿比照差、

角差都起到补偿效果,但辅佐铁芯补偿的办法制造工艺比较复杂。电容补偿,直接在二次绕组两端并联电容就能够。其比照差起正补偿效果,补偿巨细与二次负荷Z=RiXX重量成正比,与补偿电容巨细成正比;对角差都起到负补偿,补偿巨细与二次负荷Z=RiXR重量成正比,与补偿电容巨细成正比。电容补偿是一种比较理想的补偿办法。在微型精细电流互感器中,一般二次绕组直接接运放的电流/电压改换,其二次阻抗根本为0,此刻电容补偿的效果就比较小。一般能够在电流/电压改换阶段添加移相电路能够处理角差问题。用户能够依据电流互感器出厂时所带的该互感器的查验陈述中查验差错数据进行调整核算移相电路。


品种比照

电压互感器(PT)和电流互感器(CT)是电力体系重要的电气设备,它承担着高、低压体系之间的阻隔及高压量向低压量转换的功能。其接线的正确与否,对体系的维护、丈量、监察等设备的正常作业有极其重要的含义。在新设备PTCT投运或更换PTCT二次电缆时,运用极性实验法查验PTCT接线的正确性,现已是继电维护作业人员必不可少的作业程序。

防止其极性接反便是要找到互感器输入和输出的同名端,具体的办法便是点极性。这里以电流互感器为例阐明如何点极性。具体办法是将指针式万用表接在互感器二次输出绕组上,万用表打在直流电压档;然后将一节干电池的负极固定在电流互感器的一次输出导线上;再用干电池的正极去电流互感器的一次输入导线,这样在互感器一次回路就会发生一个+(正)脉冲电流;一起调查指针万用表的表针向哪个方向偏移,若万用表的表针从0由左向右偏移,j即表针正启,阐明接入的电流互感器一次输入端指针式万用表正接线柱衔接的电流互感器二次某输出端是同名端,而这种接线就称为正极性减极性;若万用表的表针从0由右向左偏移,即表针反启,阐明接入的电流互感器一次输入端指针式万用表正接线柱衔接的电流互感器二次某输出端不是同名端,而这种接线就称为反极性加极性


每个产品都有自己的注意事项,应用互感器时应注意以下几个方面:

1、电流互感器的额外一次电流一般按线路的1.2~1.4倍电流选用电流互感器,这主要是考虑线路过载时不至于烧毁电流互感器和电流表或电能表等用电设备。

2、电流互感器的额外一次电流也不能选得比线路的实践作业电流相差太大,这将影响电流互感器的计量 精度。

3、互感器是在额外的二次输出负载范围内才能确保互感器精度。因此包含二次线路负载以及计量设备的负载都为互感器实践作业的负载,当互感器二次实践输出负载大于互感器二次额外输出负载时,互感器精度将下降,严峻过载时将烧毁互感器。

4、当互感器二次实践输出负载低于互感器额外二次输出负载时,互感器的精度将下降。

5、根椐不同的运用场合选用适宜的互感器产品。

6、户外用互感器和户内用互感器莫混用。


烧坏原因:

1、电压互感器低压侧匝间和相间短路时,低压保险尚未熔断,因为激磁电流敏捷增大,使高压熔管熔丝 熔断或烧坏互感器。

2、当10kV出线发生单相接地时,电压互感器一次侧非毛病相对地电压为正常电压值的根号3倍。电压互 感器的铁芯很快饱满,激磁电流急剧增强,使熔丝熔断。

3、因为电力网络中含有电容性和电感性参数的元件,特别是带有铁芯的铁磁电感元件,在参数组合不利 时引起铁磁谐振。

4、流过电压互感器一次绕组的零序电流增大(相对于接地电流超支的体系而言),长时间运转时,该零序互感器发生的热效应将使电压互感器的绝缘损坏、炸裂;

5、体系中存在非线性的振荡(弧光接地过电压),大大加重了体系中电压互感器的损坏进程;

6、电压互感器本身的散热条件较差。


类型区别

最重要区别是在正常运转时其作业状态的不同,主要表现以下几个方面:

1、电压互感器正常作业时的磁通密度接近饱满值,毛病时候磁通密度下降;电流互感器正常作业时磁通密度很低,而短路时因为一次侧短路电流变得很大,使磁通密度大大添加,有时乃至远远超越饱满值。

2、电压互感器是用来丈量电网高电压的特殊变压器,它能将高电压按规则份额转换为较低的电压后,再衔接到外表上去丈量。电压互感器,原边电压不管是多少伏,而副边电压一般均规则为100伏,以供给电压表、功率表及千瓦小时表和继电器的电压线圈所需求的电压。

3、电流互感器二次能够短路,可是不得开路;电压互感器二次能够开路,可是不得短路.把大电流按规则份额转换为小电流的电气设备,称为电流互感器。电流互感器副边的电流一般规则为5安或1安,以供给电流表、功率表、千瓦小时表和继电器的电流线圈电流。

4、对于二次侧的负荷来说,电压互感器的一次内阻抗较小乃至能够忽略不计,大能够以为电压互感器是一个电压源;而电流互感器的一次却内阻很大,以致能够以为是一个内阻无穷大的电流源。