互感器知識(shí)詳解

1、互感器知識(shí)詳解互感器主要用途是將一次主回路和二次控制及測(cè)量設(shè)備隔離開來。這一隔離是通過電磁感應(yīng)將兩個(gè)回路予以耦合而實(shí)現(xiàn)的。 除隔離外，被測(cè)量的量值也被降低到安全水平。互感器分為兩類：電壓互感器（ PT）和電流互感器（ CT）。電壓互感器的一次繞組和被測(cè)回路并聯(lián)， 而電流互感器的一次繞組需要串聯(lián)在被測(cè)回路中。 二次繞組將以此側(cè)的量值成比例地降低到像 120V和 5A 這樣的典型水平。監(jiān)測(cè)設(shè)備如功率表、功率因素表、電壓表、電流表和繼電器等通常連接在二次回路中。典型單相接線圖電壓互感器電壓互感器和變壓器很像，都是用來變換線路上的電壓，主要區(qū)別就在于容量、尺寸、工作磁密和補(bǔ)償。變壓器變換電壓的目的是為

2、了輸送電能，因此容量很大，而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來給測(cè)量儀表和繼電保護(hù)裝置供電，用來測(cè)量線路的電壓、 功率和電能，或者用來在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、 電機(jī)和變壓器，因此電壓互感器的容量很小。電壓互感器一般不用于提供電源，但是，它們的確限定了可以接入的額定功率。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)沒有 120V 電源時(shí)，電壓互感器經(jīng)常被用來為輕型的維持設(shè)備提供120V 的臨時(shí)電源。在開關(guān)室，電壓互感器的二次側(cè)可以用來驅(qū)動(dòng)斷路器的電機(jī)。在調(diào)壓器室， 它們可以用來區(qū)分驅(qū)動(dòng)分接開關(guān)的電機(jī)。 電壓互感器功率范圍是： 對(duì)于低壓電壓互感器為500VA及以下，中壓互感器為13kVA，高壓電壓互感器為35kA。由

3、于電壓互感器的額定功率是如此之小，所以，它們的物理尺寸也就很小。電壓互感器的工作磁密遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于變壓器的磁密。這樣有助于將損耗降到最低，并避免互感器由于持續(xù)過電壓而可能引起的過熱。如果沒有明確指出，電壓互感器通常設(shè)計(jì)為能在110% 額定電壓下連續(xù)運(yùn)行。IEEE 電壓互感器分組在電壓互感器中，一般通過高壓繞組補(bǔ)償?shù)姆绞皆诒ＷC準(zhǔn)確度的前提下得到更高額測(cè)量范圍。由于補(bǔ)償?shù)拇嬖冢?繞組的實(shí)際匝數(shù)比將和額定比值有所不同。在個(gè)別異常情況下，電壓互感器的二次側(cè)可能被短路，所以電壓互感器需要有足夠的穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，應(yīng)該能在二次側(cè)短路， 一次側(cè)承受全部電壓的情況下堅(jiān)持1s 而不受到損壞。多數(shù)情況下，這種故障將使保

4、護(hù)設(shè)備動(dòng)作而切除一次側(cè)的電壓，希望響應(yīng)時(shí)間短于1s 。如果響應(yīng)時(shí)間延長， 互感器的溫升將超過其絕緣的限值，繞組所受到的軸向和輻向上的電磁力將對(duì)互感器造成嚴(yán)重的損壞。電壓互感器有兩種接線方式：雙套管和單套管式。雙套管式設(shè)計(jì)為線間連接，但是，在很多情況下，雙套管式也可以用于相對(duì)地連接，此時(shí)輸出電壓要降低。 單套管式嚴(yán)格用于相對(duì)地連接。 在非接地系統(tǒng)中，將電壓互感器接到相與地之間，不能把它們看作是接地變壓器，其二次繞組也不能接到變壓器的閉合三角形繞組上。 電壓互感器所接入系統(tǒng)電壓不能高于其額定電壓。 在接于相間時(shí)，必須按照極性去接。中低壓電壓互感器可以接成角聯(lián)結(jié)或者星聯(lián)結(jié)。 系統(tǒng)電壓超過 69kV

5、時(shí)，只有單套管互感器可選。在非接地系統(tǒng)中，一次繞組為星形接線的互感器需要有一定的預(yù)防措施（鐵磁諧振）。一次繞組需要有熔斷器。戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備使用的互感器通常在器身上有熔斷器底座。常用接線方式圖解a) 單項(xiàng)式接線，可以用于測(cè)量 35kV 及以下中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的線電壓或 110kV 以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的相對(duì)地電壓。b)V/V 接線是將兩臺(tái)全絕緣單相電壓互感器的高低壓繞組分別接于相與相之間構(gòu)成不完全三角形。 這種方法常用語中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的 35kV 及以下的高壓三相系統(tǒng)中， 特別是 10kV 的三相系統(tǒng)中。c) 用三臺(tái)單相三繞組電壓互感器構(gòu)成 YN，yn ，d0 或 YN， y

6、，d 0 的接線形式，廣泛應(yīng)用于 3220KV 系統(tǒng)中，其二次繞組用于測(cè)量相間電壓和相對(duì)地電壓， 輔助二次繞組接成開口三角形， 供接入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視儀表和繼電器用。 用一臺(tái)三相五柱式電壓互感器代替上述三個(gè)單相三繞組電壓互感器構(gòu)成的接線，除鐵芯外，其形式與圖 3 基本相同，一般只用于 315KV 系統(tǒng)。d) 三相三繞組五柱式電壓互感器，其一次繞組和主二次繞組接成星形，并且中性點(diǎn)接地，輔助二次繞組接成開口三角形。故此種電壓互感器可以測(cè)量線電壓和相對(duì)地電壓， 輔助二次繞組可以介入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視用的繼電器和信號(hào)指示器。電流互感器電流互感器通常被當(dāng)做一個(gè) “黑匣子 ”，它屬于變壓器，符合電磁感應(yīng)定律

7、。只不過，變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。前面提到過，電流互感器串聯(lián)在被測(cè)回路，它的一次繞組匝數(shù)很少，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測(cè)量儀表和保護(hù)回路中。電流互感器在工作時(shí)， 它的二次回路始終是閉合的， 因此測(cè)量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。電流互感器并不依賴電壓，但是它卻會(huì)受電壓限制。當(dāng)電流流過一個(gè)阻抗時(shí)，一個(gè)壓降就會(huì)形成（歐姆定律，V=IZ ）。隨著壓降的形成，一次側(cè)電源能量被消耗，所以說，電流互感器的這一動(dòng)作就好像一個(gè)分流器一樣。 這部分能量消耗會(huì)引起互感器的誤差。當(dāng)二次側(cè)電流和（或者）阻抗增加時(shí)，壓降也會(huì)相應(yīng)成比例增加。因此，對(duì)電流互感器的

8、限制也就是磁飽和問題。在磁飽和狀態(tài)下， 鐵心磁通不再支持壓降增加的需求。在該點(diǎn)，所有的能量都消耗在了鐵心上，能夠拿出支持二次回路的能量為零。連續(xù)電流的額定值系數(shù)是在特定參考溫度下給定的，通常為30 。習(xí)慣規(guī)定正常使用下平均溫度不超過 55 。額定值系數(shù)可以保證電流互感器溫度不超過其絕緣耐熱等級(jí)。該式遵守 IEEE57.13 的負(fù)載曲線。這里面有個(gè)前提， 那就是繞組平均溫升值和電流的平放成反比，并且還假定在連續(xù)運(yùn)行條件下，鐵心的損耗可以忽略不計(jì)。相反，該式在環(huán)境溫度低于 30 下也是適用的。不過，這種情況下，額定值系數(shù)將會(huì)更高。 問題不在于超過絕緣的耐熱等級(jí)，而在于這樣可能會(huì)增大電流互感器準(zhǔn)確度

9、限制的誤差。電流互感器降負(fù)荷曲線圖另一個(gè)需要考慮的問題是給定額定值系數(shù)和實(shí)際溫升的關(guān)系。在某些情況下，溫度等級(jí)根據(jù)環(huán)境溫度選取而不是根據(jù)互感器的實(shí)際溫升選取。開路狀態(tài)電流互感器的二次側(cè)嚴(yán)禁開路，必須始終連接負(fù)載。如果互感器安裝到了一次側(cè)但沒有使用， 應(yīng)將二次側(cè)端子短接直到使用時(shí)才能打開。很多廠家在互感器出廠時(shí)用短路銅帶或銅線把二次端子短接。電流互感器二次側(cè)開路的情況下必須能夠承受3500V 的峰值電壓 1min 。如果在正常工作電流下電壓會(huì)超過該值，建議配備過電壓保護(hù)裝置。過電壓保護(hù)在負(fù)載狀況下，互感器的電壓是有限的，其大小取決于繞組的匝數(shù)和鐵心的橫截面積。使用者必須估算負(fù)載的上限來確保設(shè)備的

10、安全。有時(shí)，互感器的二次側(cè)連接有保護(hù)裝置來保證電壓再安全范圍內(nèi)。這類設(shè)備通常也用來防止互感器開路狀態(tài)下的過電壓。 在高電壓設(shè)備中，為了保護(hù)一次繞組免受操作過電壓和雷電過電壓擊中， 可以采用避雷器。電流互感器的接線有些設(shè)備對(duì)電流的方向很敏感。在三相接地保護(hù)線路中，在各相平衡狀態(tài)下，剩余電流互感器中電流相量和為零。 極性相反的互感器會(huì)使接地保護(hù)繼電器在正常平衡情況下發(fā)生誤動(dòng)作。三相接地保護(hù)線路a) 過電流和接地故障保護(hù)線路 b) 差動(dòng)保護(hù)線路 c) 零序保護(hù)線路二次側(cè)星聯(lián)結(jié)回路最為常用。電流互感器可以傳遞一次側(cè)的正序、負(fù)序和零序分量。 在二次側(cè)角聯(lián)結(jié)的情況下， 零序分量被過濾并留在角聯(lián)結(jié)繞組中循環(huán)流動(dòng)。 這是 Dy 接線變壓器差動(dòng)保護(hù)常用的接線方式。要注意，在零序保護(hù)線路中，三相線同時(shí)穿過互感器的窗口，該方式和剩余電流保護(hù)一樣， 會(huì)濾除正序和負(fù)序分量， 只剩零序分量進(jìn)入設(shè)備 50G 。重要的是，一個(gè)接地點(diǎn)需要穿過互感器的窗口返回，避免通過接地路徑行程電氣短路匝的可能性。最常用接線方式圖解a) 單臺(tái)電流互感器只能反映單相電流的情況。b) 三相完全星形接線方式能夠及時(shí)準(zhǔn)確了解三相負(fù)荷的變化情況。c) 兩相不完全星形接線方式在實(shí)際工作中用得最多，但僅限于三相三線制系統(tǒng)。 它