互感器

互感器又称为仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于量测或保护系统。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），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。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。

中文名：互感器

别称：仪用变压器

解释：电流互感器和电压互感器的统称

1、工作原理

在供电用电的线路中，电流相差从几安到几万安，电压相差从几伏到几百万伏。线路中电流电压都比较高，如直接测量是非常危险的。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流电压，使用互感器起到变流变压和电气隔离的作用。显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5等）。随着时代发展，电量测量大多已经达到数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。）

不同种类的互感器

电流互感器原理线路图微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。绕组N1接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，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I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n

2、结构原理

普通电流互感器结构原理：电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、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，一次绕组的匝数（N1）较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流(I1)通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流（I2）；二次绕组的匝数（N2）较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷（Z）串联形成闭合回路，由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。

普通电流互感器结构原理图

穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组，载流（负荷电流）导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形（或其他形状）铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大，额定电流比I1/n：式中I1——穿心一匝时一次额定电流；n——穿心匝数。

穿心互感器原理图

多抽头电流互感器。这种型号的电流互感器，一次绕组不变，在绕制二次绕组时，增加几个抽头，以获得多个不同变比。它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组，其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上，将不同变比的二次绕组抽头引出，接在接线端子座上，每个抽头设置各自的接线端子，这样就形成了多个变比，此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比，调换二次接线端子的接线来改变变比，而不需要更换电流互感器，给使用提供了方便。

不同变比电流互感器。这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组，而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组，以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要，例如在同一负荷情况下，为了保证电能计量准确，要求变比较小一些（以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右），准确度等级高一些（如1K1.1K2为200/5.0.2级）；而用电设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，则要求变比较大一些，准确度等级可以稍低一点（如2K1.2K2为300/5.1级）。

一次绕组可调，二次多绕组电流互感器。这种电流互感器的特点是变比量程多，而且可以变更，多见于高压电流互感器。其一次绕组分为两段，分别穿过互感器的铁心，二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接，通过变更连接片的位置，使一次绕组形成串联或并联接线，从而改变一次绕组的匝数，以获得不同的变比。带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确度等级的绕组，随着一次绕组连接片位置的变更，一次绕组匝数相应改变，其变比也随之改变，这样就形成了多量程的变比。带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级，可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等，以满足各自不同的使用要求。

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合而成，多安装于高压计量箱、柜，用作计量电能或用作用电设备继电保护装置的电源。组合式电流电压互感器是将两台或三台电流互感器的一次、二次绕组及铁心和电压互感器的一、二次绕组及铁心，固定在钢体构架上，浸入装有变压器油的箱体内，其一、二次绕组出线均引出，接在箱体外的高、低压瓷瓶上，形成绝缘、封闭的整体。一次侧与供电线路连接，二次侧与计量装置或继电保护装置连接。根据不同的需要，组合式电流电压互感器分为V/V接线和Y/Y接线两种，以计量三相负荷平衡或不平衡时的电能。

3、主要作用

电力系统为了传输电能，往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户，无法用仪表进行直接测量。互感器的作用，就是将交流电压和大电流按比例降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装置提供电源。电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器，是一次系统和二次系统的联络元件，其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。互感器与测量仪表和计量装置配合，可以测量一次系统的电压、电流和电能；与继电保护和自动装置配合，可以构成对电网各种故障的电气保护和自动控制。互感器性能的好坏，直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。

4、基本特点

1、一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流．而与二次电流无关；

2、电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n

因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5（1或0.5）安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2式中N1.N2为一、二线圈的匝数。

5、主要分类

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类。电压互感器可在高压和朝高压的电力系统中用于电压和功率的测量等。电流互感器可用在交换电流的测量、交换电度的测量和电力拖动线路中的保护。

电压互感器

测量用电压互感器或电压互感器的测量绕组：在正常电压范围内，向测量、计量装置提供电网电压信息；

保护用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。

干式电压互感器：由普通绝缘材料浸渍绝缘漆作为绝缘，多用在及以下低电压等级；

浇注绝缘电压互感器：由环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型，多用在及以下电压等级；

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

气体绝缘电压互感器：由气体作主绝缘，多用在较高电压等级。

通常专供测量用的低电压互感器是干式，高压或超高压密封式气体绝缘(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以上的产品均为油浸式。

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

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，用在中性点接地系统里作电压测量、功率测量、继电防护及载波通讯用；

光电式电压互感器：通过光电变换原理以实现电压变换，还在研制中。

户内型电压互感器：安装在室内配电装置中，一般用在及以下电压等级；

户外型电压互感器：安装在户外配电装置中，多用在及以上电压等级。

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

一次绕组不接地的电压互感器：单相电压互感器一次绕组两端子对地都是绝缘的；三相电压互感器一次绕组的各部分，包括接线端子对地都是绝缘的，而且绝缘水平与额定绝缘水平一致。

单级式电压互感器：一次绕组和二次绕组（根据需要可设多个二次绕组同绕在一个铁芯上，铁芯为地电位。我国在及以下电压等级均用单级式；

串级式电压互感器：一次绕组分成几个匝数相同的单元串接在相与地之间，每一单元有各自独立的铁芯，具有多个铁芯，且铁芯带有高电压，二次绕组（根据需要可设多个二次绕组处在最末一个与地连接的单元。我国在电压等级常用此种结构型式；

组合式互感器：由电压互感器和电流互感器组合并形成一体的互感器称为组合式互感器，也有把与组合电器配套生产的互感器称为组合式互感器。

电流互感器

测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组。在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息；

保护用电流互感器（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。

干式电流互感器：由普通绝缘材料经浸漆处理作为绝缘；

浇注式电流互感器：用环氧树脂或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：由绝缘纸和绝缘油作为绝缘，一般为户外型。目前我国在各种电压等级均为常用；

气体绝缘电流互感器：主绝缘由气体构成。

电磁式电流互感器：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：通过光电变换原理以实现电流变换的电流互感器，还在研制中。

贯穿式电流互感器：用来穿过屏板或墙壁的电流互感器；

支柱式电流互感器：安装在平面或支柱上，兼做一次电路导体支柱用的电流互感器；

套管式电流互感器：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：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。

有源型电子式电流互感器特点是一次传感器为空心线圈，高压侧电子器件需要由电源供电方能工作。其原理如下图所示：

无源磁光玻璃型电子式电流互感器特点是一次传感器为磁光玻璃，无需电源供电。其原理如下图所示：

6、发展历程

互感器最早出现于19世纪末。随着电力工业的发展，互感器的电压等级和准确级别都有很大提高，还发展了很多特种互感器，如电压、电流复合式互感器、直流电流互感器，高准确度的电流比率器和电压比率器,大电流激光式电流互感器，电子线路补偿互感器，超高电压系统中的光电互感器，以及SF6全封闭组合电器(GIS)中的电压、电流互感器。在电力工业中，要发展什么电压等级和规模的电力系统，必须发展相应电压等级和准确度的互感器，以供电力系统测量、保护和控制的需要。

随着很多新材料的不断应用，互感器也出现了很多新的种类，电磁式互感器得到了比较充分的发展，其中铁心式电流互感器以干式、油浸式和气体绝缘式多种结构适应了电力建设的发展需求。然而随着电力传输容量的不断增长，电网电压等级的不断提高及保护要求的不断完善，一般的铁心式电流互感器结构已逐渐暴露出与之不相适应的弱点，其固有的体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小，使用频带窄等弱点，难以满难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网等的发展需要。

随着光电子技术的迅速发展，许多科技发达国家已把目光转向利用光学传感技术和电子学方法来发展新型的电子式电流互感器，简称光电电流互感器。国际电工协会已发布电子式电流互感器的标准。电子式互感器的含义，除了包括光电式的互感器，还包括其它各种利用电子测试原理的电压、电流传感器。

7、常见种类

电子式互感器

变频功率传感器是一种电子式互感器，变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有：将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备；将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压（标准值）、小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。

电压互感器

测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。测量用微型电流互感器主要要求：

1、绝缘可靠；

2、足够高的测量精度；

3、当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。

保护用电流互感器保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。

电流互感器

利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。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U1和都很小，励磁电流I0也很小。电流互感器运行时，副边不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，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。电流互感器的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相，三相星形和不完全星形。

组合互感器

组合互感器是将电压互感器、电流互感器组合到一起的互感器。组合互感器可将高电压变化为低电压，将大电流变化为低电流，从而起到对电能计量的目的。

钳形互感器

钳形电流互感器是一款精密电流互感器（直流传感器），是专门为电力现场测量计量使用特点设计的。该系列互感器选用高导磁材料制成，精度高。线性优。抗干扰能力强等。使用时可以直接夹住母线或母排上无须截线停电其使用十分方便。它可配合多种测量仪器，电能表现场校验仪、多功能电能表、示波器、数字万用表、双钳式接地电阻测试仪、双钳式相位伏安表等，　可在电力不断电状态下，对多种电参量进行测量和比对。

零序互感器

零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零，因此，零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出，执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，零序电流互感器的二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。作用：当电路中发生触电或漏电故障时，保护动作，切断电源。使用：可在三相线路上各装一个电流互感器，或让三相导线一起穿过一零序电流互感器，也可在中性线N上安装一个零序电流互感器，利用其来检测三相的电流矢量和。零序电流互感器采用ABS工程塑料外壳、全树脂浇注成密封，有效避免了互感器在长期使用过程中的锈蚀。绝缘性能好，外形美观。具有灵敏度高、线性度好运行可靠，安装方便等特点。其性能优于一般的零序电流互感器，使用范围广泛，不仅适用于电磁型继电保护，还能适用于电子和微机保护装置。

8、误差测量

直流法

用1.5～3V干电池将其正极接于互感器的一次线圈L1，L2接负极，互感器的二次侧K1接毫安表正极，负极接K2，接好线后，将K合上毫安表指针正偏，拉开后毫安表指针负偏，说明互感器接在电池正极上的端头与接在毫安表正端的端头为同极性。

1.K1为同极性即互感器为减极性。如指针摆动与上述相反为加极性。

交流法

补偿量如下：

Δf=Nx/（N2-Nx）×100%

匝数补偿

只对比差起到补偿作用，补偿量与二次负荷和电流大小无关。补偿匝数一般只有几匝，匝数补偿应计算电流低端二次阻抗最大时，和电流高端二次阻抗最小时误差。对于高精度的微型电流互感器匝数补偿那怕只补偿1匝，就会补偿过量。这时可以采用半匝或分数匝补偿。但是电流互感器的匝数是以通过铁芯窗口的封闭回路计算的，电流互感器的匝数是一匝一匝计算的，不存在半匝的情况。采用半匝或分数匝补偿必须采用辅助手段如：双绕组、双铁芯等。辅助铁芯补偿对比差、

角差都起到补偿作用，但辅助铁芯补偿的方法制作工艺比较复杂。电容补偿，直接在二次绕组两端并联电容就可以。其对比差起正补偿作用，补偿大小与二次负荷Z=RiX中X分量成正比，与补偿电容大小成正比；对角差都起到负补偿，补偿大小与二次负荷Z=RiX中R分量成正比，与补偿电容大小成正比。电容补偿是一种比较理想的补偿方法。在微型精密电流互感器中，一般二次绕组直接接运放的电流/电压变换，其二次阻抗基本为0，此时电容补偿的作用就比较小。一般可以在电流/电压变换阶段增加移相电路可以解决角差问题。用户可以根据电流互感器出厂时所带的该互感器的检验报告中检验误差数据进行调整计算移相电路。

9、种类对比

电压互感器（PT）和电流互感器（CT）是电力系统重要的电气设备，它承担着高、低压系统之间的隔离及高压量向低压量转换的职能。其接线的正确与否，对系统的保护、测量、监察等设备的正常工作有极其重要的意义。在新安装PT、CT投运或更换PT、CT二次电缆时，利用极性试验法检验PT、CT接线的正确性，已经是继电保护工作人员必不可少的工作程序。

避免其极性接反就是要找到互感器输入和输出的“同名端”，具体的方法就是“点极性”。这里以电流互感器为例说明如何点极性。具体方法是将指针式万用表接在互感器二次输出绕组上，万用表打在直流电压档；然后将一节干电池的负极固定在电流互感器的一次输出导线上；再用干电池的正极去“点”电流互感器的一次输入导线，这样在互感器一次回路就会产生一个+（正）脉冲电流；同时观察指针万用表的表针向哪个方向“偏移”，若万用表的表针从0由左向右偏移，j即表针“正启”，说明接入的“电流互感器一次输入端”与“指针式万用表正接线柱连接的电流互感器二次某输出端”是同名端，而这种接线就称为“正极性”或“减极性”；若万用表的表针从0由右向左偏移，即表针“反启”，说明接入的“电流互感器一次输入端”与“指针式万用表正接线柱连接的电流互感器二次某输出端”不是同名端，而这种接线就称为“反极性”或“加极性”。

每个产品都有自己的注意事项，应用互感器时应注意以下几个方面：

1、电流互感器的额定一次电流一般按线路的1.2~1.4倍电流选用电流互感器,这主要是考虑线路过载时不至于烧毁电流互感器和电流表或电能表等用电设备。

2、电流互感器的额定一次电流也不能选得比线路的实际工作电流相差太大，这将影响电流互感器的计量精度。

3、互感器是在额定的二次输出负载范围内才能保证互感器精度。因此包括二次线路负载以及计量装置的负载都为互感器实际工作的负载，当互感器二次实际输出负载大于互感器二次额定输出负载时，互感器精度将降低，严重过载时将烧毁互感器。

4、当互感器二次实际输出负载低于互感器额定二次输出负载时，互感器的精度将降低。

5、根椐不同的使用场合选用适宜的互感器产品。

6、户外用互感器和户内用互感器莫混用。

1、电压互感器低压侧匝间和相间短路时，低压保险尚未熔断，由于激磁电流迅速增大，使高压熔管熔丝熔断或烧坏互感器。

2、当10kV出线发生单相接地时，电压互感器一次侧非故障相对地电压为正常电压值的根号3倍。电压互感器的铁芯很快饱和，激磁电流急剧增强，使熔丝熔断。

3、由于电力网络中含有电容性和电感性参数的元件，特别是带有铁芯的铁磁电感元件，在参数组合不利时引起铁磁谐振。

4、流过电压互感器一次绕组的零序电流增大（相对于接地电流超标的系统而言），长时间运行时，该零序互感器产生的热效应将使电压互感器的绝缘损坏、炸裂；

5、系统中存在非线性的振荡（弧光接地过电压），大大加剧了系统中电压互感器的损坏进程；

6、电压互感器自身的散热条件较差。

最重要区别是在正常运行时其工作状态的不同，主要表现在以下几个方面：

1、电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值，故障时候磁通密度下降；电流互感器正常工作时磁通密度很低，而短路时由于一次侧短路电流变得很大，使磁通密度大大增加，有时甚至远远超过饱和值。

2、电压互感器是用来测量电网高电压的特殊变压器，它能将高电压按规定比例转换为较低的电压后，再连接到仪表上去测量。电压互感器，原边电压无论是多少伏，而副边电压一般均规定为100伏，以供给电压表、功率表及千瓦小时表和继电器的电压线圈所需要的电压。

3、电流互感器二次可以短路，但是不得开路；电压互感器二次可以开路，但是不得短路．把大电流按规定比例转换为小电流的电气设备，称为电流互感器。电流互感器副边的电流一般规定为5安或1安，以供给电流表、功率表、千瓦小时表和继电器的电流线圈电流。

4、对于二次侧的负荷来说，电压互感器的一次内阻抗较小甚至可以忽略不计，大可以认为电压互感器是一个电压源；而电流互感器的一次却内阻很大,以至可以认为是一个内阻无穷大的电流源。