互感器：工作原理与分类详解

互感器按照其用途可分为电压互感器和电流互感器两大类。

1.电压互感器

电压互感器的工作原理和变压器的工作原理类似,都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能,因此容量很大,一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位;而电压互感器变换电压的目的主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电,用来测量线路的电压、功率和电能,或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器,因此电压互感器的容量很小,一般都只有几伏安、几十伏安,最大也不超过1kVA。

电压互感器的基本结构和变压器很相似,它也有两个绕组,一个称为一次绕组,一个称为二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁芯上。两个绕组之间以及绕组与铁芯之间都有绝缘,使两个绕组之间以及绕组与铁芯之间都有电的隔离。电压互感器在运行时,一次绕组N 1并联接在线路上,二次绕组N 2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时,尽管一次电压很高,但二次电压却很低,可以确保操作人员和仪表的安全。

电压互感器二次侧不允许出现短路,因为如果电压互感器的二次侧在运行中短路,二次绕组的阻抗会大大减小,会出现很大的短路电流,使二次绕组因严重发热而烧毁,因此在运行中电压互感器不允许短路。一般电压互感器二次侧要用熔断器,只有35kV及以下的互感器中才在高压侧装设熔断器,其目的是当互感器发生短路时把它从高压电路中切断。

电压互感器按电压变换原理分可分为电磁式电压互感器、电容式电压互感器和光电式电压互感器。电磁式电压互感器根据电磁感应原理变换电压,原理与基本结构和变压器完全相似,我国多在220kV及以下电压等级采用。电容式电压互感器由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器及载波装置防护间隙等组成,目前我国110～500kV电压等级均有应用,超高压变电站广泛应用的电容式电压互感器详见本节“三、超高压电站互感器”。光电式电压互感器通过光电变换原理以实现电压变换,近年来才开始使用。

2.电流互感器

电流互感器是利用变压器原、副边电流成比例的特点制成的。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U 1和U 2都很小,励磁电流I 0也很小。(www.xing528.com)

电流互感器运行时,副边不允许开路。因为一旦开路,原边电流就成为励磁电流,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。

电流互感器按电流变换原理可分为电磁式电流互感器和光电式电流互感器。电磁式电流互感器是根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器;光电式电流互感器是通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器。

按照安装方式分,电流互感器可分为贯穿式电流互感器、支柱式电流互感器、套管式电流互感器和母线式电流互感器。其中,贯穿式电流互感器是用来穿过屏板或墙壁的电流互感器;支柱式电流互感器是安装在平面或支柱上,兼作一次电路导体支柱用的电流互感器;套管式电流互感器是没有一次导体和一次绝缘,直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器;母线式电流互感器是没有一次导体,但有一次绝缘,直接套装在母线上使用的一种电流互感器。

按照绝缘介质分,电流互感器可分为干式电流互感器、浇注式电流互感器、油浸式电流互感器和气体绝缘电流互感器。其中,干式电流互感器是由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘的电流互感器;浇注式电流互感器是用环氧树脂或是其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器;油浸式电流互感器是用绝缘纸和绝缘油作为绝缘的电流互感器;气体绝缘电流互感器是主绝缘由气体构成的电流互感器。

随着电力传输容量的不断增长和电网电压的提高,传统的电磁式结构的互感器已暴露出许多缺点,其主要包括以下几方面:

(1)电压等级越高,其制造工艺越复杂,可靠性越差,造价越高。

(2)带导磁体的铁芯易产生磁饱和和铁磁谐振,且有动态范围小,使用频带窄等缺陷。上述问题难以满足目前电力系统对设备小型化和在线监测、高精度故障诊断、数字传输等发展的需要。