仪器用变压器：优化与改进

【学习任务】（1）正确说出电流互感器的特点及应用。

（2）正确说出电压互感器的特点及应用。

（3）能正确使用钳形电流表。

微课1.4：仪用变压器

仪用变压器又称互感器，是一种测量用的设备，其主要功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，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。互感器分电流互感器和电压互感器两种，它们的原理与变压器相同。

仪用互感器有两个作用：一是为了工作人员的安全，使测量回路和高压电网隔离；二是将大电流变为小电流、高电压降为低电压。一般而言电流互感器副边额定电流为5 A或1 A，电压互感器副边额定电压为100 V。

互感器除了用于测量电流和电压外，还用于继电保护和同期回路等。

1.电流互感器

图1－21所示为电流互感器的接线图，它的原绕组匝数为N1，匝数少，只有1匝或几匝，导线粗，串联于待测电流的线路中；副绕组匝数为N2，匝数较多，导线细，与阻抗很小的仪表（如电流表，功率表的电流线圈等）接成回路，因此，它实际上相当于一台副边处于短路状态的变压器。

图1－21　电流互感器接线原理图

如果忽略激磁电流，由变压器的磁动势平衡方程可得

这样利用原、副绕组不同的匝数关系，可将线路上的大电流变为小电流来测量，换句话说，知道了电流表的读数I2，乘以ki就是被测电流I1了，或者将电流表读数按ki放大，即可直接读出I1。

按照变比误差的大小，电流互感器分成0.2、0.5、1.0、3.0、10.0等五个等级，如0.5级准确度表示在额定电流时，原、副边电流变比误差不超过±0.5%。为了减少误差，主要应减少激磁电流，为此设计时应选择高导磁率的硅钢片，铁芯磁通密度应较低，一般为（0.08～0.1）T。此外，副边所接仪表总阻抗不得大于规定值。

电流互感器在使用时，为了安全，副边必须可靠接地，以防止绝缘损坏后原边高电压传到副边，发生触电事故。另外，运行时副边绝对不允许开路，否则互感器成为空载运行，这时原边被测线路电流全部成了激磁电流，使铁芯中的磁通密度明显增大，这一方面使铁耗增大、铁芯过热甚至烧坏绕组；另一方面将使副边感应出很高的电压，不但使绝缘击穿，而且危及工作人员和其他设备的安全。因此，在原边电路工作时如需检修和拆换电流表，必须先将互感器副边短路。

2.钳形电流表

为了能在现场不切断电路的情况下测量电流和便于携带使用，常把电流表和电流互感器合起来制造成钳形电流表。互感器的铁芯做成钳形，可以开合，铁芯上只绕有连接电流表的副绕组，被测电流导线可钳入铁芯窗口内成为原绕组，匝数N1＝1。钳形电流表一般可分为磁电式和电磁式两类。其中测量工频交流电的是磁电式，而电磁式为交、直流两用式。下面主要介绍磁电式钳形电流表的测量原理和使用方法。

1）磁电式钳形电流表的结构

磁电式钳形电流表主要由一个特殊电流互感器、一个整流磁电系电流表及内部线路等组成。一般常见的型号为T301型和T302型，T301型钳形电流表只能测量交流电流，而T302型既可测量交流电流，也可测量交流电压。此外还有交、直流两用袖珍钳形电流表，如MG20、MG26、MG36等型号。

T301型钳形表外形如图1－22所示，它的准确度为2.5级，电流量程为10 A、50 A、250 A、1 000 A。

图1－22　钳形电流表结构与原理图

（a）钳形电流表结构；（b）钳形电流表原理
1—手柄；2—可开合钳口；3—被测载流导体；4—铁芯；5—表盘；6—量程转换开关

2）钳形电流表的工作原理

钳形电流表的工作原理与电流互感器相似。值得注意的是铁芯是否闭合紧密、是否有大量剩磁，对测量结果影响很大，当测量较小电流时，会使测量误差增大，此时可将被测导线在铁芯上多绕几圈来改变互感器的电流比，以增大电流量程。

3）钳形电流表的使用步骤

（1）根据被测电流的种类、电压等级正确选择钳形电流表。一般交流电压在500 V以下的线路，选用T301型。当测量高压线路的电流时，应选用与其电压等级相符的高压钳形电流表。

（2）正确检查钳形电流表的外观情况、钳口闭合情况及表头情况等是否正常，若指针没在零位，则应进行机械调零。

（3）根据被测电流大小来选择合适的钳形电流表的量程，选择的量程应稍大于被测电流数值。若不知道被测电流的大小，则应先选用最大量程估测。

（4）正确测量。测量时，应按紧扳手，使钳口张开，将被测导线放入钳口中央，松开扳手并使钳口闭合紧密。

（5）读数后，将钳口张开，使被测导线退出，并将挡位置于电流最高挡或“OFF”挡。

4）使用钳形电流表时应注意的问题

（1）由于钳形电流表要接触被测线路，所以测量前一定要检查表的绝缘性能是否良好，即外壳无破损、手柄清洁干燥。

（2）测量时，应戴绝缘手套或干净的线手套。

（3）测量时，应注意身体各部分与带电体保持安全距离（低压系统安全距离为0.1～0.3 m）。

（4）钳形电流表不能测量裸导体的电流。

（5）严禁在测量进行过程中切换钳形电流表的挡位；若需要换挡时，应先将被测导线从钳口退出再更换挡位。

（6）严格按电压等级选用钳形电流表，低电压等级的钳形电流表只能测低压系统中的电流，不能测量高压系统中的电流。

3.电压互感器

电压互感器的接线原理图如图1－23所示。一次侧直接并联在被测的高压电路上，二次侧接电压表或功率表的电压线圈；一次侧匝数（N1）多，二次侧匝数（N2）少。由于电压表或功率表的电压线圈内阻抗很大，因此电压互感器实际上相当于一台副边处于空载状态的变压器。

图1－23　电压互感器接线原理图(www.xing528.com)

如果忽略漏阻抗压降，则有

这样利用原、副边不同的匝数比可将线路上的高电压变为低电压来测量。换句话说，知道了电压表的读数U2，乘上k就是被测电压U1，或者电压表刻度按k放大，即可直接读出U1。

由变压器的相量图可知，电压互感器也有变比和相位两种误差。按照变比误差的大小，电压互感器分为0.2、0.5、1.0、3.0四种等级。为了提高测量精确度，应减小原、副边的漏阻抗和激磁电流，为此在设计时，应尽量减少绕组的漏磁通，尤其是原、副边绕组的电阻。一般选用性能较好的硅钢片，铁芯中的磁密为0.6～0.8T，使之处于不饱和状态，以减小激磁电流。此外副边不能多接仪表，以免电流过大引起较大的漏抗压降而降低互感器的准确度。

电压互感器在使用时，为安全起见，副绕组连同铁芯一起必须可靠接地，另外，副边不允许短路，否则会产生很大的短路电流使绕组过热而烧坏。

自测题

一、填空题

1.仪用变压器又称互感器，分为________和________两种。

2.电压互感器的正常运行状态相当于变压器的________状态。

3.电流互感器的正常运行状态相当于变压器的________状态。

4.一般而言电压互感器副边额定电压为______，电流互感器副边额定电流为________或________。

5.钳形电流表是由________和________合起来制造而成的。

二、选择题

1.在仪表使用的电流互感器中，为了确保安全，一般要注意电流互感器（　　）。

A.可以开路

B.不可短路

C.不可以开路

D.可短路，类似相同类型相同的电压互感器

2.在仪表使用的单相电压互感器中，为了确保安全，一般要注意电压互感器（　　）。

A.可以开路　B.不可以开路

C.可开路类似类型相同的电流互感器　D.不可以短路

3.电流互感器的一次侧（　　）于待测电路中。

A.串联　B.并联

C.串并联都可以　D.串并联都不可以

4.电压互感器的一次侧（　　）于待测电路中。

A.串联　B.并联　C.串并联都可以　D.串并联都不可以

三、判断题

1.电压互感器正常运行时二次侧相当于短路。（　　）

2.使用电压互感器时其二次侧不允许短路。（　　）

3.钳形电流表利用的是电压互感器的工作原理。（　　）

4.互感器除了用于测量电流和电压外，还用于继电保护和同期回路等。（　　）

5.电流互感器正常运行时二次侧相当于开路。（　　）

6.使用电流互感器时二次侧不允许开路。（　　）

四、分析计算题

1.用变压比为10 000/100 V的电压互感器、变流比为100/5 A的电流互感器扩大量程，其电流表读数为3.5 A，电压表读数为96 V，求被测电路的电流、电压。

2.电压互感器的作用是什么？二次侧为什么不许短路？

3.为什么电压互感器和电流互感器的二次侧必须接地？

答案1.6