互感器全面解析

互感器又称为仪用变压器，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或标准小电流，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。本期将对互感器的原理、特点和接线方式等进行全面解析。

互感器的工作原理
（1）普通电流互感器
电流互感器的结构较为简单，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。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流；二次绕组的匝数较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，电流互感器额定电流比电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。

（2）穿心式电流互感器
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L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形（或其他形状）铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大。
（3）多抽头电流互感器
这种型号的电流互感器，一次绕组不变，在绕制二次绕组时，增加几个抽头，以获得多个不同变比。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，这样就形成了多个变比，此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比，调换二次接线端子的接线来改变变比，而不需要更换电流互感器，给使用提供了方便。
（4）不同变比电流互感器
这种型号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，以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要，例如在同一负荷情况下，为了保证电能计量准确，要求变比较小一些（以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右），准确度等级高一些；而用电设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，则要求变比较大一些，准确度等级可以稍低一点。
（5）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，多安装于高压计量箱、柜，用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。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，形成绝缘、封闭的整体。一次侧与供电线路连接，二次侧与计量装置或继电保护装置连接。根据不同的需要，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。
互感器的主要作用
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。

互感器的分类及特点
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
互感器的接线形式
1.电流互感器的接线形式
（1）三相完全星形接线
三相完全星形接线可以准确反映三相中每一相的真是电流。该接线方式应用在大电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路和单相接地短路。
（2）两相不完全星形接线

两相两继电器不完全星形接线可以准确反映两相的真是电流。该接线方式应用在6—10kV中性点不接地的小电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路。
（3）两相差接线
该接线特点是U、W相电流互感器接成电流差式，通过继电器的电流是U、W相电流互感器二次侧电流差。该接线方式应用在6—10kV中性点不接地的小电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路、小容量电动机保护、小容量变压器保护。
（4）单相接线
单相接线在三相负荷平衡时，可以用单相电流反映三相电流值，主要用于测量电路。
（5）两相三完全星形接线
该接线方式应用在大电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路。
2.电压互感器的接线形式
（1）单相接线
该接法仅适用于测量相间电压。如果互感器一次绕组的一端接在线路上，另一端接地，互感器可测量某一相对地电压。
（2）V—V接线
由两个单相互感器接线成不完全星形（V—V形），用来测量各相间电压，但不能测量相对地电压，其广泛应用在20kV以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中。
（3）Y—Y接线
由三个单相互感器一次、二次侧均接成Y形，可供给要求线电压的仪表和继电器以及要求相电压的绝缘监视电压表。
（4）Y0/Y0/Δ接线
用三台单相三绕组电压互感器构成Y0/Y0/Δ接线，该接线方式其二次绕组用来测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形检测零序电压。用于3—220kV系统，供接入交流电网络缘监视仪表和继电器用。
使用互感器的注意事项
应用互感器时应注意以下几个方面：
1）电流互感器的额定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）电流互感器的额定一次电流也不能选得比线路的实际工作电流相差太大，这将影响电流互感器的计量 精度。
3）互感器是在额定的二次输出负载范围内才能保证互感器精度。因此包括二次线路负载以及计量装置的负载都为互感器实际工作的负载，当互感器二次实际输出负载大于互感器二次额定输出负载时，互感器精度将降低，严重过载时将烧毁互感器。
4）当互感器二次实际输出负载低于互感器额定二次输出负载时，互感器的精度将降低。
5）电流互感器的二次侧在使用时绝对不可开路。使用过程中拆卸仪表或继电器时，应事先将二次侧短路。安装时，接线可靠，不允许二次侧安装熔丝。
6）电流互感器二次侧必须有一端接地。防止一次、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。
7）电流互感器一次侧串接在线路中，二次侧的继电器或测量仪表串接。
8）电压互感器的二次侧在工作时不能短路。在正常工作时，其二次侧的电流很小，近于开路状态，当二次侧短路时，其电流很大，将烧毁设备。
9）电压互感器的二次侧必须有一端接地，防止一次、二次侧击穿时，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。
10）电压互感器的一次、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保护，同时一次侧应装设隔离开关作为安全检修用。
互感器烧坏原因如下：
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，由于激磁电流迅速增大，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故障相对地电压为正常电压值的根号3倍。电压互 感器的铁芯很快饱和，激磁电流急剧增强，使熔丝熔断。
3）由于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（相对于接地电流超标的系统而言），长时间运行时，该零序互感器产生的热效应将使电压互感器的绝缘损坏、炸裂。
5）系统中存在非线性的振荡（弧光接地过电压），大大加剧了系统中电压互感器的损坏进程。
6）电压互感器自身的散热条件较差。