互感器

互感器又称仪表变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。能把高压变成低压、大电流变成小电流，用于测量或保护系统。它的主要作用是将高电压或大电流按比例转换成标准的低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值）为了实现测量仪器、保护设备和自动控制设备的标准化、小型化。同时，变压器还可以用来隔离高压系统，确保人员和设备的安全。

不同种类的变压器

供电和用电线路中，电流差从几安培到几万安培不等，电压差从几伏到几百万伏不等。线路中的电流和电压都比较高，直接测量非常危险。为了便于将二次仪表测量转换成相对均匀的电流和电压，采用互感器进行电流和电压的变换和电气隔离。显示仪表多为指针式电流电压表，所以电流互感器的二次电流多为安培级（如5等）随着时代的发展，大部分电量测量都达到了数字级别，计算机采样的信号一般都是毫安级别（5V、4-20mA等）微型电流互感器的二次电流为毫安级，主要充当大型互感器与采样之间的桥梁。微型电流互感器被称为“仪用电流互感器”仪用电流互感器”还有一层意思，实验室用的多电流比精密电流互感器一般是用来扩大仪器的测量范围的。

电流互感器原理及电路图微型电流互感器类似于变压器，根据电磁感应原理工作变压器转换电压，微电流变压器转换电流。绕组N1与被测电流相连，被测电流称为初级绕组（或原边绕组、初级绕组）绕组N2与测量仪器相连，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）

电流互感器工作原理图

微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组电流I2的电流比称为实际电流比k。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比称为电流互感器的额定电流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n

普通电流互感器的结构原理：电流互感器的结构比较简单，由相互绝缘的一次绕组组成、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，初级绕组匝数（N1）小于直接串联在电源线中的初级负载电流(I1)当通过初级绕组时，产生的交变磁通量感应出成比例减小的次级电流（I2）二次绕组的匝数（N2）较多，与仪表、继电器、变送器恒流线圈的二次负载（Z）串联连接形成一个闭合回路由于一次绕组和二次绕组的安匝数相等，I1N1=I2N2，电流互感器的额定电流小于实际运行时电流互感器的负载阻抗，二次绕组接近短路状态，相当于一台变压器短路运行。

常用电流互感器结构示意图

穿心式电流互感器没有一次绕组，它输送电流（负荷电流）从L1到L2，电线穿过由轧制硅钢片制成的圆环（或其他形状）铁芯充当初级绕组。二次绕组直接均匀缠绕在圆形铁芯上，与仪器相连、继电器、电流线圈的次级负载例如变送器串联连接以形成闭环因为穿芯式电流互感器没有一次绕组，所以它的变比是根据一次绕组穿过变压器铁芯的匝数来确定的穿芯匝数越多，变压比越小；相反，通过铁芯的匝数越少，变压比和额定电流比I1越大/n：I1——型额定电流一次通过铁芯一圈；N——穿孔转弯。

穿心变压器示意图

多抽头电流互感器。这种类型的电流互感器具有相同的初级绕组当缠绕次级绕组时，增加几个抽头以获得多个不同的变压比。它有一个铁芯和固定匝数的一次绕组，它的二次绕组用绝缘铜线绕在套在铁芯上的绝缘筒上，二次绕组不同变比的抽头引出后接在端子座上，每个抽头有自己的端子，这样就形成了多个变比这种电流互感器的优点是可以根据负载电流比，通过改变二次端子的接线来改变变比，不需要更换电流互感器，为使用提供了方便。

不同比率的电流互感器。这种类型的电流互感器具有相同的铁芯和初级绕组，而次级绕组分为两个不同的匝、独立绕组，满足相同负载电流下不同的变压比、对于不同精度等级的需要，比如在相同的负载下，为了保证电能计量的精度，要求变比要小一些（以满足初级额定负载电流为2/3左右），精度水平更高（如1K1.1K2为200/5.2级）对于电气设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，需要进行较大的改动，准确度等级可以略低（如2K1.2K2为300/5.1级）

可调一次绕组和二次绕组多绕组电流互感器。这种电流互感器的特点是可变比量程多，可以改变，在高压电流互感器中比较常见。它的一次绕组分为两段，分别穿过变压器的铁芯，二次绕组分为两个抽头、不同精度等级的独立绕组。初级绕组与安装在变压器外部的连接件相连通过改变连接件的位置，使初级绕组串联或并联，从而改变初级绕组的匝数，获得不同的变压比。抽头二次绕组本身分为两个不同变比和不同精度等级的绕组随着一次绕组连接片位置的变化，一次绕组的匝数也随之变化，其变比也随之变化，从而形成多量程变比。分接二次独立绕组的不同变比和不同精度等级可分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等，满足他们不同的使用需求。

组合式电流电压互感器。组合式互感器由电流互感器和电压互感器组成，多安装在高压计量箱内、机柜，用作电能计量或用电设备继电保护装置的电源。组合式电流电压互感器是一次连接两个或三个电流互感器、二次绕组铁芯和电压互感器、二次绕组和铁芯固定在钢架上，浸在装有变压器油的箱内其中之一、二次绕组引出线全部引出，接至箱外高压、低压瓷瓶上形成绝缘、封闭的整体。一次侧连接供电线路，二次侧连接计量装置或继电保护装置。根据不同的需要，组合式电流电压互感器分为v型/V接线和Y/测量三相负载平衡和不平衡时的电能有两种Y接线。

为了传输电能，电力系统通常使用交流电压、大电流回路向用户供电，因此它可以 不能用仪器直接测量。变压器的作用是将交流电压和大电流按比例降低到可以用仪表直接测量的数值，便于仪表直接测量，同时为继电保护和自动化装置提供电源。电力系统中使用的变压器是连接电网的高压、大电流的信息转移到低电压、小电流二次侧测量、测量仪器和继电保护、自动化装置的专用变压器是一次系统和二次系统的连接元件它的初级绕组连接到电网，次级绕组分别连接到测量仪器、保护装置等是相互关联的。变压器可以在测量仪表和计量装置的配合下测量一次系统的电压、电流和电能；在继电保护和自动装置的配合下，可以构成电网中各种故障的电气保护和自动控制。变压器的性能直接影响电力系统的计量、测量的准确性和继电保护装置动作的可靠性。

1、初级线圈串联在匝数很少的电路中，所以初级线圈中的电流完全取决于被测电路的负载电流．而不考虑次级电流；

2、连接在电流互感器二次线圈上的仪表和继电器的电流线圈的阻抗很小，所以一般情况下，电流互感器是在接近短路的状态下运行的。

电流互感器一、二次额定电流的比值称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n

因为初级线圈的额定电流I1n已经标准化，所以次级线圈的额定电流I2n统一为5（1或0.5）安，所以电流互感器的额定互感比也被标准化了。Kn也可以近似表示为变压器I、次级线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2为一、二线圈的匝数。

变压器分为电压互感器和电流互感器。电压互感器可用于高压和超高压电力系统的电压和功率测量。电流互感器可以用来测量交换电流、电气传动线路交换度的测量与保护。

电压互感器

按用途分

用于测量或测量电压互感器绕组的电压互感器：在正常电压范围内，测量、计量设备提供电网电压信息；

保护电压互感器或电压互感器的保护绕组：在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电压信息。

按绝缘介质分

干式电压互感器：普通绝缘材料浸渍绝缘漆作为绝缘，常用于低压及低压以下；

铸造隔离电压互感器：由环氧树脂或其他树脂混合材料浇注而成，通常在电压等级或以下使用；

油浸式电压互感器：绝缘纸和绝缘油作为绝缘是我国最常见的结构型式，常用于电压等级达及以下；

气体隔离电压互感器：气体是主要的绝缘材料，常用于较高的电压等级。

通常，专门用于测量的低压变压器是干式高压或超高压密封气体绝缘的(如六氟化硫)互感器也是干式。浇注式适用于35kV及以下的电压互感器，35kV以上产品均为油浸式。

按相数分

绝大多数产品都是单相的，因为电压互感器容量小，本体体积不大，三相高压套管之间的内外绝缘要求难以满足，所以只有3-15kV产品有时采用三相结构。

根据电压转换的原理

电磁式电压互感器：根据电磁感应原理，电压转换原理与基本结构和变压器完全相似，国内多用于电压等级及以下；

电容式电压互感器：由电容分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器和载体装置保护间隙等，用于中性点接地系统中的电压测量、功率测量、继电保护和载波通信；

光电电压互感器：通过光电转换原理实现电压转换还在发展中。

按使用条件分

室内电压互感器：安装在室内的配电设备，一般用在及以下电压等级；

户外电压互感器：安装在室外配电设备中，常用于100及以上电压等级。

根据初级绕组对地的运行状态

一次绕组接地的电压互感器：单相电压互感器一次绕组的端部或三相电压互感器一次绕组的中性点直接接地；

初级绕组不接地的电压互感器：单相电压互感器一次绕组的两端均对地绝缘；三相电压互感器一次绕组的所有部分，包括端子，均与地绝缘，绝缘等级与额定绝缘等级一致。

按磁路结构分

单级电压互感器：初级绕组和次级绕组（根据需要，多个次级绕组可以缠绕在同一个铁芯上，铁芯处于地电位。在中国，单级电压用于电压等级及以下；

级联电压互感器：初级绕组分成若干个匝数相同的单元，串联在相和地之间，每个单元有自己独立的铁芯，铁芯上有多个高压铁芯，次级绕组（根据需要，可以在接地的最后一个单元设置多个次级绕组。这种结构在中国的电压等级中普遍使用；

组合式互感器：由电压互感器和电流互感器组成的互感器称为组合互感器，有些用组合电器生产的互感器也称为组合互感器。

测量电流互感器（或者电流互感器的测量绕组。在正常工作电流范围内，进行测量、计量和其他设备提供电网的当前信息；

电流互感器（或电流互感器的保护绕组。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。

按绝缘介质分

干式电流互感器：普通绝缘材料浸漆绝缘；

铸造电流互感器：用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注的电流互感器；

油浸式电流互感器：用绝缘纸和绝缘油做绝缘，一般是室外。目前国内普遍采用各种电压等级；

气体绝缘电流互感器：主绝缘由气体组成。

根据电流变换的原理

电磁电流互感器：根据电磁感应原理实现电流转换的电流互感器；

光电电流互感器：通过光电转换原理实现电流转换的电流互感器还在研发中。

按安装方式分

穿透电流互感器：用于穿过面板或墙壁的电流互感器；

柱式电流互感器：安装在平面或柱子上的电流互感器，用作一次回路的导体柱；

套管式电流互感器：无一次导体和一次绝缘的电流互感器，直接套在绝缘套管上；

母线电流互感器：无一次导体但有一次绝缘并直接套在母线上的电流互感器。

其特征在于初级传感器为空心线圈，高压侧电子设备需要电源才能工作。

无源磁光玻璃电子式电流互感器的特点是主传感器是磁光玻璃，不需要电源。

变形金刚最早出现在19世纪末。随着电力工业的发展，变压器的电压等级和精度水平都有了很大的提高，开发了很多专用变压器，如电压、电流复合变压器、DC电流互感器高精度电流比率计和电压比率计大电流激光电流互感器电子线路补偿互感器超高压系统中的光电互感器SF6全封闭组合电器(GIS)中的电压、电流互感器。在电力工业中，为了发展任何电压等级和规模的电力系统，需要发展相应电压等级和准确度的变压器用于电力系统测量、保护和控制的需要。

随着许多新材料的不断应用，出现了许多新型变压器，电磁式变压器得到了充分发展，其中铁心电流互感器为干式、油浸式和气体绝缘结构满足了电力建设的发展需要。但随着输电容量的不断增长电网电压水平的不断提高和保护要求的不断提高，通用铁 铁心电流互感器结构逐渐暴露出不适应的弱点，其固有体积较大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小频带窄等弱点，难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网络的发展需要等。

随着光电技术的迅速发展，许多发达国家已经将注意力转向利用光学传感技术和电子学方法研制新型电子式电流互感器。国际电工协会发布了电子式电流互感器的标准。电子式互感器的含义不仅包括光电互感器，还包括其他各种利用电子测试原理的电压、电流传感器。