互感器全面解析

互感器又稱為儀用變壓器，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或標準小電流，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。本期將對互感器的原理、特點和接線方式等進行全面解析。

互感器的工作原理
（1）普通電流互感器
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；二次繞組的匝數較多，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，由于一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數，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。

（2）穿心式電流互感器
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，變比越小；反之，穿心匝數越少，變比越大。
（3）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。
（4）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；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。
（5）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。
互感器的主要作用
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。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?；ジ衅餍阅艿暮脡?，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。

互感器的分類及特點
（1）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。
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。
（2）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。
（3）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。抗干擾能力強等。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。
（4）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。
互感器的接線形式
1.電流互感器的接線形式
（1）三相完全星形接線
三相完全星形接線可以準確反映三相中每一相的真是電流。該接線方式應用在大電流接地系統中，保護線路的三相短路、兩相短路和單相接地短路。
（2）兩相不完全星形接線

兩相兩繼電器不完全星形接線可以準確反映兩相的真是電流。該接線方式應用在6—10kV中性點不接地的小電流接地系統中，保護線路的三相短路、兩相短路。
（3）兩相差接線
該接線特點是U、W相電流互感器接成電流差式，通過繼電器的電流是U、W相電流互感器二次側電流差。該接線方式應用在6—10kV中性點不接地的小電流接地系統中，保護線路的三相短路、兩相短路、小容量電動機保護、小容量變壓器保護。
（4）單相接線
單相接線在三相負荷平衡時，可以用單相電流反映三相電流值，主要用于測量電路。
（5）兩相三完全星形接線
該接線方式應用在大電流接地系統中，保護線路的三相短路、兩相短路。
2.電壓互感器的接線形式
（1）單相接線
該接法僅適用于測量相間電壓。如果互感器一次繞組的一端接在線路上，另一端接地，互感器可測量某一相對地電壓。
（2）V—V接線
由兩個單相互感器接線成不完全星形（V—V形），用來測量各相間電壓，但不能測量相對地電壓，其廣泛應用在20kV以下中性點不接地或經消弧線圈接地的電網中。
（3）Y—Y接線
由三個單相互感器一次、二次側均接成Y形，可供給要求線電壓的儀表和繼電器以及要求相電壓的絕緣監視電壓表。
（4）Y0/Y0/Δ接線
用三臺單相三繞組電壓互感器構成Y0/Y0/Δ接線，該接線方式其二次繞組用來測量相間電壓和相對地電壓，輔助二次繞組接成開口三角形檢測零序電壓。用于3—220kV系統，供接入交流電網絡緣監視儀表和繼電器用。
使用互感器的注意事項
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）電流互感器的二次側在使用時絕對不可開路。使用過程中拆卸儀表或繼電器時，應事先將二次側短路。安裝時，接線可靠，不允許二次側安裝熔絲。
6）電流互感器二次側必須有一端接地。防止一次、二次側絕緣損壞，高壓竄入二次側，危及人身和設備安全。
7）電流互感器一次側串接在線路中，二次側的繼電器或測量儀表串接。
8）電壓互感器的二次側在工作時不能短路。在正常工作時，其二次側的電流很小，近于開路狀態，當二次側短路時，其電流很大，將燒毀設備。
9）電壓互感器的二次側必須有一端接地，防止一次、二次側擊穿時，高壓竄入二次側，危及人身和設備安全。
10）電壓互感器的一次、二次側通常都應裝設熔絲作為短路保護，同時一次側應裝設隔離開關作為安全檢修用。
互感器燒壞原因如下：
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。
5）系統中存在非線性的振蕩（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。