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互感器
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互感器
 
互感器是一种特殊的变压器,它被广泛应用于供电系统中向测量仪表和继电器的电压线圈或电流线圈供电。它是电力系统供电气测量和电气保护用的重要设备,互感器分电压互感器和电流互感器两大类。电压互感器是一种专门用作传递、变换电压信息的特种变压器,将系统的高电压变成标准值的低电压,一般是100V(或100/3V,100/ V);电流互感器是一种传递、变换电流信息的特种变压器,将高电压系统中的电流或低电压系统的大电流变成低电压、标准值的小电流,一般是5A或1A,用以给测量仪器、仪表及继电器供电。
 
中文名 外文名 别称 解释
互感器 Mutual inductor 仪用变压器 电流互感器和电压互感器的统称
 
 
目录
1、互感器的简介
2、互感器的工作原理
3、互感器的分类
4、互感器的特点
5、互感器的作用
6、电流互感器和电压互感器的比较
7、互感器的用途
8、互感器的常见种类
9、互感器的类型区别
10、互感器技术参数
11、互感器使用注意事项
12、互感器的发展历程
 
 
 
 
互感器的简介
互感器是按比例变换电压或电流的设备。互感器的功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压(100V)或标准小电流(5A或10A,均指额定值),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。互感器还可用来隔开高电压系统,以保证人身和设备的安全。
 
互感器的工作原理
在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流,另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。
较早前,显示仪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5A等)。现在的电量测量大多数字化,而计算机的采样的信号一般为毫安级(0-5V、4-20mA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作用。
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使用的多电流比精密电流互感器,一般用于扩大仪表量程。)
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根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1接被测电流,称为一次绕组(或原边绕组、初级绕组);绕组N2接测量仪表,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,叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比,用Kn表示。
Kn=I1n/I2n
微型电流互感器大致可分为两类,测量用电流互感器和保护用电流互感器。
测量用电流互感器
测量用电流互感器主要与测量仪表配合,在线路正常工作状态下,用来测量电流、电压、功率等。
 
互感器的分类
3.1.电流互感器的分类
3.1.1按安装地点可分为户内式和户外式。20kV以下制成户内式;35kV及以上多制成户外式。
3.1.2按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中,可节约穿墙套管;支持式则安装在平面或支柱上;装入式是套在35kV及以上变压器或多油断路器油箱内的套管上,故也称为套管式。
3.1.3按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等。干式用绝缘胶浸渍,适用于低压户内的电流互感器;浇注式利用环氧树脂作绝缘,多用于35kV及以下的电流互感器;油浸式多为户外型。
3.1.4按一次绕组匝数可分为单匝和多匝式。
3.2.电压互感器的分类
3.2.1按安装地点分户内和户外;
3.2.2按相数分单相和三相式,只有20kV以下才有三相式;
3.2.3按绕组数分双绕组和三绕组;
3.2.4按绝缘分浇注式、油浸式,浇注式用于3~35kV,油浸式主要用于110kV及以上的电压互感器。
 
互感器的特点
4.1.电流互感器的特点:
4.1.1一次绕组串联在电路中,并且匝数很少;故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流,而与二次电流大小无关;
4.1.2电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小,所以正常情况下,电流互感器在近于短路的状态下运行。
4.2.电压互感器的特点
4.2.1容量很小,类似一台小容量变压器,但结构上要求有较高的安全系数;
4.2.2电压互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很大,正常情况下,电压互感器在近于空载的状态下运行。
 
电流互感器和电压互感器的比较
最重要区别是在正常运行时其工作状态的不同,主要表现在以下几方面:
5.1.电压互感器是用来测量电网高电压的特殊变压器,它能将高电压按规定比例转换为较低的电压后,再连接到仪表上去测量。电压互感器,原边电压无论是多少伏,而副边电压一般均规定为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要的电压。
5.2.电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值,故障时候磁通密度下降;电流互感器正常工作时磁通密度很低,而短路时由于一次侧短路电流变得很大,使磁通密度大大增加,有时甚至远远超过饱和值。
5.3.电流互感器二次可以短路,但是不得开路;电压互感器二次可以开路,但是不得短路.把大电流按规定比例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定为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。
5.4.对于二次侧的负荷来说,电压互感器的一次内阻抗较小甚至可以忽略不计,大可以认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,以至可以认为是一个内阻无穷大的电流源。
 
互感器的作用
6.1. 将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值。
6.2. 使低电压的二次系统与高电压的一次系统实施电气隔离,且互感器二次侧接地,保证了人身和设备的安全。
6.3. 取得零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装置使用。
 
互感器的用途:
7.1.电压互感器是一种电压变换装置,有电压变换和隔离两重作用,它将高压回路或低压回路的高电压转变为低电压(一般为100V),供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。
7.2.电流互感器是一种电流变换装置,有电流变换和隔离两重作用,它将高压回路或低压回路的大电流转变为低压小电流(一般为5a),供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。
 
 
互感器的常见种类
 
电子式互感器
电子式互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。
电压互感器
测量用电流互感器主要与测量仪表配合,在线路正常工作状态下,用来测量电流、电压、功率等。测量用微型电流互感器主要要求:绝缘可靠;足够高的测量精度;当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和以保护测量仪表。
电流互感器
利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。其工作原理、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。由于副边接近于短路,所以原、副边电压U1和都很小,励磁电流I0也很小。电流互感器运行时,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过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,也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。 电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相,三相星形和不完全星形。
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,从而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密电流互感器,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。
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。
 
互感器的类型区别:
9.1.电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值,故障时候磁通密度下降;电流互感器正常工作时磁通密度很低,而短路时由于一次侧短路电流变得很大,使磁通密度大大增加,有时甚至远远超过饱和值。
9.2.电压互感器是用来测量电网高电压的特殊变压器,它能将高电压按规定比例转换为较低的电压后,再连接到仪表上去测量。电压互感器,原边电压无论是多少伏,而副边电压一般均规定为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要的电压。
9.3.电流互感器二次可以短路,但是不得开路;电压互感器二次可以开路,但是不得短路.把大电流按规定比例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定为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。
9.4.对于二次侧的负荷来说,电压互感器的一次内阻抗较小甚至可以忽略不计,大可以认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,以至可以认为是一个内阻无穷大的电流源。
 
互感器技术参数
10.1. 额定容量:额定二次电流通过二次额定负荷时所消耗的视在功率。额定容量可以用视在功率V.A表示,也可以用二次额定负荷阻抗Ω表示。它们之间的换算公式为:
式中ZN——额定负荷阻抗,Ω;
SN——视在功率,V.A;
IN——二次额定电流,A
例如,一台二次额定电流为5A的电流互感器,铭牌标注额定阻抗0.4Ω,如果用视在功率表示,其额定容量为多少?
将上式代入数据得,0.4,
SN=0.4×52=10V.A
10.2. 一次额定电流:允许通过电流互感器一次绕组的用电负荷电流。用于电力系统的电流互感器一次额定电流为5~25000A,用于试验设备的精密电流互感器为0.1~50000A。电流互感器可在一次额定电流下长期运行,负荷电流超过额定电流值时叫做过负荷,电流互感器长期过负荷运行,会烧坏绕组或减少使用寿命。
10.3. 二次额定电流:允许通过电流互感器二次绕组的一次感应电流。
10.4. 额定电流比(变比):一次额定电流与二次额定电流之比。
10.5. 额定电压:一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效值以kV为单位),应不低于所接线路的额定相电压。电流互感器的额定电压分为0.5,3,6,10,35,110,220,330,500kV等几种电压等级。
10.6.10%倍数:在指定的二次负荷和任意功率因数下,电流互感器的电流误差为-10%时,一次电流对其额定值的倍数。10%倍数是与继电保护有关的技术指标。
10.7. 准确度等级:表示互感器本身误差(比差和角差)的等级。目前电流互感器的准确度等级分为0.001~1多种级别,与原来相比准确度提高很大。用于发电厂、变电站、用电单位配电控制盘上的电气仪表一般采用0.5级或0.2级;用于设备、线路的继电保护一般不低于1级;用于电能计量时,视被测负荷容量或用电量多少依据规程要求来选择(见第一讲)。
10.8.比差:互感器的误差包括比差和角差两部分。比值误差简称比差,一般用符号f表示,它等于实际的二次电流与折算到二次侧的一次电流的差值,与折算到二次侧的一次电流的比值,以百分数表示。
10.9. 角差:相角误差简称角差,一般用符号δ表示,它是旋转180°后的二次电流向量与一次电流向量之间的相位差。规定二次电流向量超前于一次电流向量δ为正值,反之为负值,用分(’)为计算单位。
10.10. 热稳定及动稳定倍数:电力系统故障时,电流互感器受到由于短路电流引起的巨大电流的热效应和电动力作用,电流互感器应该有能够承受而不致受到破坏的能力,这种承受的能力用热稳定和动稳定倍数表示。热稳定倍数是指热稳定电流1s内不致使电流互感器的发热超过允许限度的电流与电流互感器的额定电流之比。动稳定倍数是电流互感器所能承受的最大电流瞬时值与其额定电流之比。
 
互感器使用注意事项:
11.1.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。
11.2.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。
11.3.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。
11.4.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。
11.5.根椐不同的使用场合选用适宜的互感器产品。
11.6.户外用互感器和户内用互感器莫混用。
 
 
 
互感器的发展历程:
我国从50年代初期开始根据从国外得到的样机及资料进行互感器仿制,沈阳变压器厂在1953年翻译了苏联图纸,建立起仿苏的产品系列。1958年后开始在仿制产品的基础上自行设计。沈阳变压器厂、华通开关厂试制成功l0kV环氧树脂浇注电流互感器,取代了仿苏产品。1970年后,我国互感器的整体技术水平有了更大的提高,互感器制造厂不断对产品进行改进和完善,品种日益增加。我国已具有当时国际上互感器行业最高电压等级的产品制造能力。至此,我国已制造了0.5kV-500kV电压等级的各种规格电流、电压互感器,最大电流达25000A,并形成了比较完整的系列。