互感器-科普123

互感器

生物科学2023-02-03 00:51:33百科

互感器

[拼音]：huganqi

[外文]：instrument transformer

按比例变换电压或电流的设备。分为电压互感器和电流互感器两大类。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100/ 公式符号 V）或标准小电流(5A或1A，均指额定值)，以便实现测量仪表、保护设备和自动控制设备的标准化、小型化。此外，互感器还可用于隔离开高电压系统，以保证人身和设备的安全。根据电力系统的需要，互感器又分为独立式和设备套管上配套用两种。

电压互感器

按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于 220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统，330～765kV超高压电力系统应用较多。电压互感器按用途又分为测量用和保护用两类。对前者的主要技术要求是保证必要的准确度；对后者可能有某些特殊要求，如要求有第三个绕组，铁心中有零序磁通等。

电磁感应式电压互感器

其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形（图1），

开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10kV及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）。

电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。

电容分压式电压互感器

在电容分压器的基础上制成。其原理接线见图2。

电容C₁和C₂串联，U₁为原边电压，公式符号为C₂上的电压。空载时，电容C₂上的电压为

由于C₁和C₂均为常数，因此

公式符号正比于原边电压。但实际上，当负载并联于电容C₂两端时，将大大减小，以致误差增大而无法作电压互感器使用。为了克服这个缺点，在电容C₂两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器(图3)。

电抗可补偿电容器的内阻抗。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容C_k供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻R_d，用以防止谐振引起的过电压。

电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，降低造价。此时，它还需满足通信运行上的要求。

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和公式符号都很小，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（图4a、b、c）。

额定变比和误差

互感器的额定变比K_N指电压互感器的额定电压比和电流互感器的额定电流比。前者定义为原边绕组额定电压U_1N与副边绕组额定电压 U_2N之比；后者则为额定电流I_1N与I_2N之比。即

K_N＝U_1N/U_2N

（对电压互感器）

K_N＝I_1N/I_2N

（对电流互感器）

电压（或电流）互感器原边电压（或电流）在一定范围内变动时，一般规定为0.85～1.15U_1N（或10～120%I_1N），副边电压（或电流）应按比例变化，而且原、副边电压(或电流)应该同相位。但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差，分别称为比差和角差。

比差为经折算后的二次电压（或二次电流）与一次电压（或一次电流）量值大小之差对后者之比，即

f_U 为电压互感器的比差，f_I 为电流互感器的比差。当K_NU₂>U₁（或K_NI₂>I₁）时，比差为正，反之为负。

角差为二次电压(或二次电流)相量旋转180°后与一次电压(或一次电流)相量之间的夹角，以分为单位。并规定副边的-妧₂（或－夒₂）超前于妧₁（或夒₁）时，角差为正，反之为负。

对没有采取补偿措施的电压互感器，比差为负，角差一般为正值，比差的绝对值和角差均随电压的增大而减小；铁心饱和时，比差与角差均随电压的增大而增大。

对于没有采取补偿措施的电流互感器，比差为负值，角差为正值，比差的绝对值和角差均随电流增大而减小。

采用补偿的办法可以减小互感器的误差。一般通过在互感器上加绕附加绕组或增添附加铁心，以及接入相应的电阻、电感、电容元件来补偿。常用的补偿法有匝数补偿、分数匝补偿、小铁心补偿、并联电容补偿等。

进展

互感器最早出现于19世纪末。随着电力工业的发展，互感器的电压等级和准确级别都有很大提高，还发展了很多特种互感器，如电压、电流复合式互感器，直流电流互感器，高准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，超高电压系统中的光电互感器，以及SF₆全封闭组合电器(GIS)中的电压、电流互感器。在电力工业中，要发展什么电压等级和规模的电力系统，必须发展相应电压等级和准确度的互感器，以供电力系统测量、保护和控制的需要。