互感器

互感器又稱儀表變壓器，是電流互感器和電壓互感器的統稱。能把高壓變成低壓、大電流變成小電流，用于測量或保護系統。它的主要作用是將高電壓或大電流按比例轉換成標準的低電壓（100V）或標準小電流（5A或1A，均指額定值）為了實現測量儀器、保護設備和自動控制設備的標準化、小型化。同時，變壓器還可以用來隔離高壓系統，確保人員和設備的安全。

不同種類的變壓器

供電和用電線路中，電流差從幾安培到幾萬安培不等，電壓差從幾伏到幾百萬伏不等。線路中的電流和電壓都比較高，直接測量非常危險。為了便于將二次儀表測量轉換成相對均勻的電流和電壓，采用互感器進行電流和電壓的變換和電氣隔離。顯示儀表多為指針式電流電壓表，所以電流互感器的二次電流多為安培級（如5等）隨著時代的發展，大部分電量測量都達到了數字級別，計算機采樣的信號一般都是毫安級別（5V、4-20mA等）微型電流互感器的二次電流為毫安級，主要充當大型互感器與采樣之間的橋梁。微型電流互感器被稱為“儀用電流互感器”儀用電流互感器”還有一層意思，實驗室用的多電流比精密電流互感器一般是用來擴大儀器的測量范圍的。

電流互感器原理及電路圖微型電流互感器類似于變壓器，根據電磁感應原理工作變壓器轉換電壓，微電流變壓器轉換電流。繞組N1與被測電流相連，被測電流稱為初級繞組（或原邊繞組、初級繞組）繞組N2與測量儀器相連，稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）

電流互感器工作原理圖

微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組電流I2的電流比稱為實際電流比k。微型電流互感器在額定工作電流下工作時的電流比稱為電流互感器的額定電流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n

普通電流互感器的結構原理：電流互感器的結構比較簡單，由相互絕緣的一次繞組組成、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，初級繞組匝數（N1）小于直接串聯在電源線中的初級負載電流(I1)當通過初級繞組時，產生的交變磁通量感應出成比例減小的次級電流（I2）二次繞組的匝數（N2）較多，與儀表、繼電器、變送器恒流線圈的二次負載（Z）串聯連接形成一個閉合回路由于一次繞組和二次繞組的安匝數相等，I1N1=I2N2，電流互感器的額定電流小于實際運行時電流互感器的負載阻抗，二次繞組接近短路狀態，相當于一臺變壓器短路運行。

常用電流互感器結構示意圖

穿心式電流互感器沒有一次繞組，它輸送電流（負荷電流）從L1到L2，電線穿過由軋制硅鋼片制成的圓環（或其他形狀）鐵芯充當初級繞組。二次繞組直接均勻纏繞在圓形鐵芯上，與儀器相連、繼電器、電流線圈的次級負載例如變送器串聯連接以形成閉環因為穿芯式電流互感器沒有一次繞組，所以它的變比是根據一次繞組穿過變壓器鐵芯的匝數來確定的穿芯匝數越多，變壓比越小；相反，通過鐵芯的匝數越少，變壓比和額定電流比I1越大/n：I1——型額定電流一次通過鐵芯一圈；N——穿孔轉彎。

穿心變壓器示意圖

多抽頭電流互感器。這種類型的電流互感器具有相同的初級繞組當纏繞次級繞組時，增加幾個抽頭以獲得多個不同的變壓比。它有一個鐵芯和固定匝數的一次繞組，它的二次繞組用絕緣銅線繞在套在鐵芯上的絕緣筒上，二次繞組不同變比的抽頭引出后接在端子座上，每個抽頭有自己的端子，這樣就形成了多個變比這種電流互感器的優點是可以根據負載電流比，通過改變二次端子的接線來改變變比，不需要更換電流互感器，為使用提供了方便。

不同比率的電流互感器。這種類型的電流互感器具有相同的鐵芯和初級繞組，而次級繞組分為兩個不同的匝、獨立繞組，滿足相同負載電流下不同的變壓比、對于不同精度等級的需要，比如在相同的負載下，為了保證電能計量的精度，要求變比要小一些（以滿足初級額定負載電流為2/3左右），精度水平更高（如1K1.1K2為200/5.2級）對于電氣設備的繼電保護，考慮到故障電流的保護系數較大，需要進行較大的改動，準確度等級可以略低（如2K1.2K2為300/5.1級）

可調一次繞組和二次繞組多繞組電流互感器。這種電流互感器的特點是可變比量程多，可以改變，在高壓電流互感器中比較常見。它的一次繞組分為兩段，分別穿過變壓器的鐵芯，二次繞組分為兩個抽頭、不同精度等級的獨立繞組。初級繞組與安裝在變壓器外部的連接件相連通過改變連接件的位置，使初級繞組串聯或并聯，從而改變初級繞組的匝數，獲得不同的變壓比。抽頭二次繞組本身分為兩個不同變比和不同精度等級的繞組隨著一次繞組連接片位置的變化，一次繞組的匝數也隨之變化，其變比也隨之變化，從而形成多量程變比。分接二次獨立繞組的不同變比和不同精度等級可分別應用于電能計量、指示儀表、變送器、繼電保護等，滿足他們不同的使用需求。

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成，多安裝在高壓計量箱內、機柜，用作電能計量或用電設備繼電保護裝置的電源。組合式電流電壓互感器是一次連接兩個或三個電流互感器、二次繞組鐵芯和電壓互感器、二次繞組和鐵芯固定在鋼架上，浸在裝有變壓器油的箱內其中之一、二次繞組引出線全部引出，接至箱外高壓、低壓瓷瓶上形成絕緣、封閉的整體。一次側連接供電線路，二次側連接計量裝置或繼電保護裝置。根據不同的需要，組合式電流電壓互感器分為v型/V接線和Y/測量三相負載平衡和不平衡時的電能有兩種Y接線。

為了傳輸電能，電力系統通常使用交流電壓、大電流回路向用戶供電，因此它可以 不能用儀器直接測量。變壓器的作用是將交流電壓和大電流按比例降低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化裝置提供電源。電力系統中使用的變壓器是連接電網的高壓、大電流的信息轉移到低電壓、小電流二次側測量、測量儀器和繼電保護、自動化裝置的專用變壓器是一次系統和二次系統的連接元件它的初級繞組連接到電網，次級繞組分別連接到測量儀器、保護裝置等是相互關聯的。變壓器可以在測量儀表和計量裝置的配合下測量一次系統的電壓、電流和電能；在繼電保護和自動裝置的配合下，可以構成電網中各種故障的電氣保護和自動控制。變壓器的性能直接影響電力系統的計量、測量的準確性和繼電保護裝置動作的可靠性。

1、初級線圈串聯在匝數很少的電路中，所以初級線圈中的電流完全取決于被測電路的負載電流．而不考慮次級電流；

2、連接在電流互感器二次線圈上的儀表和繼電器的電流線圈的阻抗很小，所以一般情況下，電流互感器是在接近短路的狀態下運行的。

電流互感器一、二次額定電流的比值稱為電流互感器的額定互感比：kn=I1n/I2n

因為初級線圈的額定電流I1n已經標準化，所以次級線圈的額定電流I2n統一為5（1或0.5）安，所以電流互感器的額定互感比也被標準化了。Kn也可以近似表示為變壓器I、次級線圈的匝數比，即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2為一、二線圈的匝數。

變壓器分為電壓互感器和電流互感器。電壓互感器可用于高壓和超高壓電力系統的電壓和功率測量。電流互感器可以用來測量交換電流、電氣傳動線路交換度的測量與保護。

電壓互感器

按用途分

用于測量或測量電壓互感器繞組的電壓互感器：在正常電壓范圍內，測量、計量設備提供電網電壓信息；

保護電壓互感器或電壓互感器的保護繞組：在電網故障狀態下，向繼電保護等裝置提供電網故障電壓信息。

按絕緣介質分

干式電壓互感器：普通絕緣材料浸漬絕緣漆作為絕緣，常用于低壓及低壓以下；

鑄造隔離電壓互感器：由環氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注而成，通常在電壓等級或以下使用；

油浸式電壓互感器：絕緣紙和絕緣油作為絕緣是我國最常見的結構型式，常用于電壓等級達及以下；

氣體隔離電壓互感器：氣體是主要的絕緣材料，常用于較高的電壓等級。

通常，專門用于測量的低壓變壓器是干式高壓或超高壓密封氣體絕緣的(如六氟化硫)互感器也是干式。澆注式適用于35kV及以下的電壓互感器，35kV以上產品均為油浸式。

按相數分

絕大多數產品都是單相的，因為電壓互感器容量小，本體體積不大，三相高壓套管之間的內外絕緣要求難以滿足，所以只有3-15kV產品有時采用三相結構。

根據電壓轉換的原理

電磁式電壓互感器：根據電磁感應原理，電壓轉換原理與基本結構和變壓器完全相似，國內多用于電壓等級及以下；

電容式電壓互感器：由電容分壓器、補償電抗器、中間變壓器、阻尼器和載體裝置保護間隙等，用于中性點接地系統中的電壓測量、功率測量、繼電保護和載波通信；

光電電壓互感器：通過光電轉換原理實現電壓轉換還在發展中。

按使用條件分

室內電壓互感器：安裝在室內的配電設備，一般用在及以下電壓等級；

戶外電壓互感器：安裝在室外配電設備中，常用于100及以上電壓等級。

根據初級繞組對地的運行狀態

一次繞組接地的電壓互感器：單相電壓互感器一次繞組的端部或三相電壓互感器一次繞組的中性點直接接地；

初級繞組不接地的電壓互感器：單相電壓互感器一次繞組的兩端均對地絕緣；三相電壓互感器一次繞組的所有部分，包括端子，均與地絕緣，絕緣等級與額定絕緣等級一致。

按磁路結構分

單級電壓互感器：初級繞組和次級繞組（根據需要，多個次級繞組可以纏繞在同一個鐵芯上，鐵芯處于地電位。在中國，單級電壓用于電壓等級及以下；

級聯電壓互感器：初級繞組分成若干個匝數相同的單元，串聯在相和地之間，每個單元有自己獨立的鐵芯，鐵芯上有多個高壓鐵芯，次級繞組（根據需要，可以在接地的最后一個單元設置多個次級繞組。這種結構在中國的電壓等級中普遍使用；

組合式互感器：由電壓互感器和電流互感器組成的互感器稱為組合互感器，有些用組合電器生產的互感器也稱為組合互感器。

測量電流互感器（或者電流互感器的測量繞組。在正常工作電流范圍內，進行測量、計量和其他設備提供電網的當前信息；

電流互感器（或電流互感器的保護繞組。在電網故障狀態下，向繼電保護等裝置提供電網故障電流信息。

按絕緣介質分

干式電流互感器：普通絕緣材料浸漆絕緣；

鑄造電流互感器：用環氧樹脂或其他樹脂混合材料澆注的電流互感器；

油浸式電流互感器：用絕緣紙和絕緣油做絕緣，一般是室外。目前國內普遍采用各種電壓等級；

氣體絕緣電流互感器：主絕緣由氣體組成。

根據電流變換的原理

電磁電流互感器：根據電磁感應原理實現電流轉換的電流互感器；

光電電流互感器：通過光電轉換原理實現電流轉換的電流互感器還在研發中。

按安裝方式分

穿透電流互感器：用于穿過面板或墻壁的電流互感器；

柱式電流互感器：安裝在平面或柱子上的電流互感器，用作一次回路的導體柱；

套管式電流互感器：無一次導體和一次絕緣的電流互感器，直接套在絕緣套管上；

母線電流互感器：無一次導體但有一次絕緣并直接套在母線上的電流互感器。

其特征在于初級傳感器為空心線圈，高壓側電子設備需要電源才能工作。其原理如下圖所示：

互感器

無源磁光玻璃電子式電流互感器的特點是主傳感器是磁光玻璃，不需要電源。其原理如下圖所示：

互感器

變形金剛最早出現在19世紀末。隨著電力工業的發展，變壓器的電壓等級和精度水平都有了很大的提高，開發了很多專用變壓器，如電壓、電流復合變壓器、DC電流互感器高精度電流比率計和電壓比率計大電流激光電流互感器電子線路補償互感器超高壓系統中的光電互感器SF6全封閉組合電器(GIS)中的電壓、電流互感器。在電力工業中，為了發展任何電壓等級和規模的電力系統，需要發展相應電壓等級和準確度的變壓器用于電力系統測量、保護和控制的需要。

隨著許多新材料的不斷應用，出現了許多新型變壓器，電磁式變壓器得到了充分發展，其中鐵心電流互感器為干式、油浸式和氣體絕緣結構滿足了電力建設的發展需要。但隨著輸電容量的不斷增長電網電壓水平的不斷提高和保護要求的不斷提高，通用鐵 鐵心電流互感器結構逐漸暴露出不適應的弱點，其固有體積較大、磁飽和、鐵磁諧振、動態范圍小頻帶窄等弱點，難以滿足新一代電力系統自動化、電力數字網絡的發展需要等。

隨著光電技術的迅速發展，許多發達國家已經將注意力轉向利用光學傳感技術和電子學方法研制新型電子式電流互感器。國際電工協會發布了電子式電流互感器的標準。電子式互感器的含義不僅包括光電互感器，還包括其他各種利用電子測試原理的電壓、電流傳感器。