互感器的工作原理及其選配原則

容文斌

（廣東電網(wǎng)公司江門臺山供電局,廣東　臺山　529200）

互感器的工作原理及其選配原則

容文斌

（廣東電網(wǎng)公司江門臺山供電局,廣東臺山529200）

摘要：在電力系統(tǒng)中為了傳輸電能，一定要采用交流電壓、大電流回路把電力送往用戶，無法用儀表進(jìn)行直接測量?；ジ衅鞯淖饔?，就是將交流電壓和大電流按比例降到可以用儀表直接測量的數(shù)值，便于儀表直接測量，同時(shí)為繼電保護(hù)和自動裝置提供電源。在電力系統(tǒng)中互感器扮演著重要的角色。本文將對互感器的工作原理及其選配原則進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：互感器；工作原理；選配原則

1　互感器的種類與結(jié)構(gòu)

1.1互感器的種類

互感器是電力系統(tǒng)中較為重要的組成部分，互感器進(jìn)行電力系統(tǒng)后在很大的程度上降低了電量的損耗，增大了電力傳輸?shù)陌踩?。互感器通過對線圈扎數(shù)的控制來進(jìn)行電流或者是電壓的調(diào)控，在進(jìn)行電力傳輸時(shí)，可以對電壓進(jìn)行調(diào)整以減小電力傳輸中的損耗，同時(shí)在送點(diǎn)入戶時(shí)利用互感器進(jìn)行工作來減低電壓。保證用電的安全性。常見的互感器有電流互感器和電壓互感器，在使用中二者的主要功能都是對輸送電壓、電流進(jìn)行調(diào)整。除了電壓互感器和電流互感器之外，還有二者結(jié)合的組合互感器、鉗形互感器、零序互感器等，互感器的主要作用體現(xiàn)在以下各個(gè)方面：一是通過調(diào)控保證人身的安全以及減小損耗，二是互感器在測量儀器上的運(yùn)用使得測量結(jié)果更加的準(zhǔn)確，也使得測量的過程演化得更加的簡單、安全。

1.2互感器的結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)今電力系統(tǒng)中所使用的電流互感器中多為電磁式，從這種互感器的結(jié)構(gòu)來說，與變壓器的結(jié)構(gòu)基本是相同的，只是二者在使用上有所區(qū)別。組成互感器的組成部分主要有鐵芯、以及閉合的纏繞在鐵芯上且絕緣的繞組。通常繞組被分為一次繞組（N1）和二次繞組（N2），兩繞組之間的線圈比例便決定了電流、電壓的比值。一次繞組通常是與被測電路連接，而二組繞組通常是與測量儀器相連。在電力系統(tǒng)中為了便于測量，保證測量的安全性都會將電流、電壓降低，在此時(shí)則要求二次繞組的線圈數(shù)大于或者小于一次繞組的線圈數(shù)?；ジ衅鞯慕Y(jié)構(gòu)較為簡單，但是簡單的結(jié)構(gòu)后面隱藏著重要的工作原理。

2　互感器的工作原理

2.1電流互感器的工作原理

電流互感器（見圖1）的重要作用就是對電流進(jìn)行調(diào)整。按照電流互感器的用途來分，通常電流互感器可以分為兩類：一類是測量電流、功率等信息的測量用電流互感器；另一類是繼電保護(hù)和自動控制用的保護(hù)用電流互感器。按照電流互感器的繞組線圈匝數(shù)來分，電流互感器可分為單匝式和多匝式。電流互感器按照不同的方式進(jìn)行劃分則會出現(xiàn)不同的命名，但是不管命名的方式是怎樣的，電流互感器的工作原理均是相同的。

圖6　重新緊固螺栓1

（7）由于開關(guān)分閘時(shí)間合格，此次并不需對分閘彈簧進(jìn)行調(diào)整。

（8）恢復(fù)開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱后柜門并投上開關(guān)儲能電機(jī)電源，對合閘彈簧進(jìn)行儲能。

（9）對5041開關(guān)分合閘時(shí)間進(jìn)行重新測量，測量合格。

2　處理結(jié)果

對5041開關(guān)B相的合閘彈簧進(jìn)行了行程調(diào)整后，北京ABB再次對5041開關(guān)B相的合分時(shí)間進(jìn)行了測量，測試數(shù)據(jù)如下：

5041開關(guān)斷口　B1　B2合閘時(shí)間（ms）　60.2　60.3分閘時(shí)間（ms）　21.3　20.0合分時(shí)間（ms）　43.3　41.8預(yù)投時(shí)間（ms）　10.4　11.4線圈1

線圈2　5041開關(guān)斷口　B1　B2合閘時(shí)間（ms）　60.2　60.4分閘時(shí)間（ms）　21.4　20.2合分時(shí)間（ms）　43.4　42.0預(yù)投時(shí)間（ms）　10.8　11.3

根據(jù)復(fù)測的結(jié)果，5041開關(guān)B相的合分時(shí)間已滿足瑞典ABB的標(biāo)準(zhǔn)（不大于47mS）。

參考文獻(xiàn)：

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圖1　電流互感器工作原理圖

電流互感器與電壓互感器的組成構(gòu)建都是相同的，即鐵芯加上兩個(gè)繞組，二者的區(qū)別在于連接的方式，電壓互感器與元電路的連接方式的串聯(lián)，但是電流互感器中一次繞組合二次繞組的諒解方式均為并聯(lián)。在這種連接方式下意味著電流互感器處的電壓與被測電路以及測量儀器的電壓均是相同的。在電力系統(tǒng)中，通常是將較大的電流（I1）轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的電流（I2），因此要求一次繞組（N1）線圈的匝數(shù)小于二次繞組（N2）的匝數(shù)。電流互感器的工作原理與一般變壓器的原理相同，通過電流在互感器中形成的磁感勢和電感勢達(dá)到減小電流的目的。

令一次繞組中通入的電流為I1，則二次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流則為I2，此時(shí)則有

I1*N1+I2*N2=I10*N1

其中I10為勵磁磁動勢。

在整個(gè)過程中，存在一定的損耗，但是當(dāng)忽略損耗時(shí)，可以將I1O看作是約等于零的值。在此時(shí)，則有

I1*N1+I2*N2=0

經(jīng)過轉(zhuǎn)化變形可得I1/I2=N2/N1

2.2電壓互感器的工作原理

按照不同方式進(jìn)行分類，電壓互感器可以分為很多的種類。按照相數(shù)進(jìn)行電壓互感器分類時(shí)，通?？梢苑譃槿?，三相三芯，三相五芯三類。然而不同相型的電壓互感器又可以分為很多不同的型號。

就電壓互感器原理接線圖（見圖2）來看，與變壓器的工作原理基本是相似的，只是在較小的方面存在一定的差別。電壓變壓器也是由一次繞組和二次繞組共同纏繞在同一閉合的鐵芯上構(gòu)成的。

圖2　電壓互感器原理接線圖

電壓互感器是一種將高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷旱膬x器，供電給儀表以便于測量。因此N1的數(shù)量與N2的數(shù)量相比較多，這能夠?qū)崿F(xiàn)電壓互感器轉(zhuǎn)變電壓的目的。在進(jìn)行電壓的降低時(shí)，按照電壓降低的倍數(shù)，例如使轉(zhuǎn)變電壓與原電壓的比值為1：3，則N1：N2的比值應(yīng)為1：3，也就是繞組的線圈匝數(shù)與電壓的比值成正比。繞組一在與被測電路并聯(lián)，繞組二與各種儀器的連接方式也是并聯(lián)，也就是說電壓互感器處的電壓與被測電路的電壓時(shí)相同的。為了保護(hù)互感器的安全，通常在連接時(shí)會在二次互感器處安裝熔斷器，以保證互感器以及整個(gè)電路系統(tǒng)的安全，一般在條件允許的情況下，人們也會給一次互感處安裝上熔斷器，保障高壓下一次系統(tǒng)的安全。

繞組線圈匝數(shù)的計(jì)算公式為

U1/U2=N1/N2

3　互感器的選配原則

互感器對于電流電壓的測量以及電力系統(tǒng)的保護(hù)具有重要的作用，但是互感器在電力系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)并不是隨意的使用，而是要經(jīng)過一定的選配程序才能選擇出合適的互感器的?；ジ衅鬟x配的失誤往往會導(dǎo)致測量結(jié)果的不準(zhǔn)確、儀器的破壞、甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，因此做好互感器的選配工作變得越發(fā)的重要，在進(jìn)行互感器的選配時(shí)，作為選配人員需要遵守一定的選配原則，這些原則是選配的基礎(chǔ)，也是選擇出合適互感器的保障。

3.1額定一次電壓和電流

在進(jìn)行互感器的選配時(shí)一定要注意，所選擇的互感器的額定一次電壓一定要大于、等于回路的一次電壓，而其一次電流則根據(jù)所屬設(shè)備的作答電流做選擇，也就是互感器的額定一次電壓和電流均要大于外電壓和電流?？傊淮坞娏?、電壓的的選擇應(yīng)該要保證二次電流、電壓的正常，能夠滿足回路保護(hù)裝置的整定值的選擇性和準(zhǔn)確性要求。

3.2額定二次電流及負(fù)荷

常見的電流互感器的額定二次電流有兩種分別為：1安和5安，通常為了減少二次互感器的負(fù)荷，減少損耗和投資，大多數(shù)的變電所會選擇1安的二次電流。但是對于面臨擴(kuò)建的變電所往往會選擇5安的二次電壓。至于額定電流的選擇，在同一個(gè)變電站內(nèi)可以同時(shí)選擇兩種二次電流，但是同一電級往往不會選擇不同的額定二次電流，

所謂的二次負(fù)荷其實(shí)就是指容量與阻抗的比值，但是在進(jìn)行互感器的選配時(shí)一定要注意二次負(fù)荷的計(jì)算以及選擇工作，在進(jìn)行二次負(fù)荷的計(jì)算時(shí)，對于計(jì)算所涉及到的量的測量一定要保證其準(zhǔn)確性，不能出現(xiàn)誤差，不然會導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算過程的錯(cuò)誤，最后出現(xiàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確性，而二次負(fù)荷的不準(zhǔn)確往往會帶來造價(jià)過高和互感器結(jié)構(gòu)性能收到破壞等結(jié)果。互感器的二次負(fù)荷額定值通常有2.5、5、7.5、10、15、20、30、40等，當(dāng)然當(dāng)實(shí)際需求的二次負(fù)荷值較大時(shí)，也可以進(jìn)行較大二次負(fù)荷的選擇。

3.3保護(hù)用電流互感器

保護(hù)用電流互感器主要有PR和PX兩類，在進(jìn)行互感器的選配時(shí)同時(shí)也要注意，保護(hù)用電流互感器的選配。在進(jìn)行選擇時(shí)要考慮到對于電壓的要求，因?yàn)殡妷旱牟煌瑢苯佑绊懙奖Ｗo(hù)用電流互感器的選擇。此外還要充分的考慮多方面的問題，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境和要求，選擇出合適的保護(hù)用電流互感器。

4　結(jié)語

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性將會是電力發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也是推動社會進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要動力，因此做好電力系統(tǒng)的相關(guān)工作變得極其重要，互感器是電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心部件，理解互感器的工作原理，了解互感器的選配原則對于加強(qiáng)互感器的良好應(yīng)用，推動電力系統(tǒng)的改造，電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

[1] 滕宇.電流互感器的工作原理及二次回路的檢驗(yàn)[J].硅谷，2012（04）.

[2] 董義華.基于電子式互感器的智能行波測距系統(tǒng)[J].山東大學(xué)，2013（05）.

作者簡介：陳濤（1978-）男, 工程師。