互感器的作用与运用解析
发布时间:
2022-07-28
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1互感器的作用
互感器，这个统称涵盖了电流互感器和电压互感器，它们在电气系统中扮演着至关重要的角色。其核心功能在于将高电压转换为低电压，同时将大电流转变为小电流，从而简化电气系统的测量任务。此外，互感器还能有效地隔离开高电压系统，为保障人身和设备安全提供坚实屏障。
在复杂的供电线路中，电流和电压的范围可能极为广泛。为了确保测量的安全与便捷，我们需要将这些高电压和大电流转换为更统一的电流或电压标准。这正是互感器大展身手的地方，它通过变流变压和电气隔离，为仪表测量提供了必要支持。实际上，我们日常生活中所接触的低压设备，通常所使用的互感器就是电流互感器。
2电流互感器的特点
电流互感器，通常简称为CT，其工作原理与变压器有着异曲同工之妙。然而，它与众不同的是，其二次侧串接的负载主要是仪表和继电器的电流线圈，这些线圈的阻抗相对较小。正因如此，电流互感器在运行时，实际上处于一种短路的状态，这时铁芯中的磁通量会变得相当小。
当线路中的电流过大时，直接进行测量既不便也不安全，且常规仪表的量程往往无法满足需求。而电流互感器则能有效地将大电流按照一定比例缩小，从而为各种测量仪表和继电保护装置提供所需的电流。利用电流互感器，我们可以轻松地扩大仪表的量程，实现对低压大电流线路的电流、功率及电能的精确测量。此外，它还能有效地隔离高压电路，确保人身安全。
绕组N1负责接收被测线路的电流，被称为一次侧绕组或原边绕组。同时，绕组N2与测量仪表相连，被称为二次侧绕组或副边绕组。一次线圈绕组被串联在电路中，且匝数设计得相对较少，这样，一次线圈中的电流就完全取决于被测电路的负荷电流，与二次电流无关。电流互感器中，一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，被称为实际电流比K。而电流互感器的额定互感比kn，则定义为一次和二次绕组额定电流之比，即kn=I1n/I2n。
在正常工作状态下，由于电流互感器二次线圈所接的仪表和继电器的电流线圈阻抗都非常小，这使得电流互感器的工作状态接近于短路。但需注意，电流互感器的二次侧（即负载侧）绝对不能开路。一旦二次侧开路，其负载阻抗将变为无穷大，导致一次侧电流产生的磁势全部作用于激磁，使铁芯进入高度饱和状态。这种磁饱和不仅会增大铁损，还会导致互感器发热，甚至可能烧毁线圈的绝缘。更严重的是，由于磁饱和的作用，正弦波形的交变磁通会转变为梯形波。在开关闭合的瞬间，电流的突变将引起磁通的迅速变化。根据楞次定律，这将在二次线圈上感应出极高的电压，峰值有时可达几千伏。这样的高电压不仅对人和设备构成严重威胁，还可能导致测量误差和设备损坏。
3. 电流互感器的应用
在具体应用中，我们需要将被测导线直接穿过电流互感器，并确保电流互感器的二次侧S1、S2接线端与电流表相连。此外，为了确保安全并避免因电流互感器二次侧开路而产生的高压，必须将S1或S2中的任一端接地。
（1）在低压配电系统中，电流互感器扮演着至关重要的角色。它被广泛应用于监测线路中的电流大小，从而帮助判断三相是否保持平衡以及线路是否承受过载。
（2）在低压配电系统中，当电能表的最大规格仅能达到30（100）A时，任何超过100A的电流都有可能导致电表烧毁。为了能够有效测量更大的电流，我们可以借助电流互感器来扩展电表的量程，使其能够应对更高的电流需求。
（3）在诸如大容量电机控制电路的应用场合中，若缺乏适当的热继电器保护，我们可以巧妙地运用电流互感器来降低电流至可测范围，随后将热继电器接入互感器的二次回路，从而实现过载保护的功能。
在需要大容量电机控制电路的应用场景中，若热继电器保护措施不足，我们可以通过巧妙地利用电流互感器来降低电流至可测量的范围。一旦电流降至适当水平，我们便可将热继电器接入互感器的二次回路，从而实现对电路的过载保护。
4. 电压互感器
电压互感器，简称PT，其基本构造与变压器类似，包含两个绕组：一次绕组和二次绕组，两者均绕于同一铁心上。为确保电的安全隔离，这两个绕组以及绕组与铁心之间都进行了绝缘处理。在运行过程中，一次绕组N1会与线路并联，而二次绕组N2则与仪表或继电器并联。这样，即便是在测量高压线路上的电压时，由于二次侧的电压保持低压水平，从而有效保障了人员和仪表的安全。
电压互感器，这一小型的降压变压器，其核心构造包括铁芯、一次绕组、二次绕组，以及接线端子和绝缘支持物等组件。在一次回路中，其一次绕组会与电力系统紧密并接，而二次绕组则与测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联。在多个元件作为负载的情况下，这些负载会以并联的方式接入二次绕组。特别值得一提的是，由于电压互感器致力于将高电压转换为低电压，因此其主绕组的匝数设计得相对较多，而次绕组的匝数则较少。此外，为确保人员接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器的二次绕组必须得到妥善接地。这样，在一次和二次绕组间的绝缘意外损坏时，接地措施能有效地防止仪表和继电器产生高电压，从而确保人身安全不受威胁。
由于电压互感器的线圈阻抗相对较小，因此其二次绕组必须得到妥善保护，以防止短路情况的发生。一旦二次绕组短路，将导致绕组所承受的阻抗急剧增大，这不仅可能损坏绕组，还可能引发电压互感器的烧毁。为确保安全，电压互感器的原边通常会配备熔断器，而副边则可靠接地。这样，在原、副边绝缘发生损毁时，能够有效地防止副边出现对地高电位，从而确保人身和设备的安全。
5. 互感器上的关键参数
在探讨电压互感器的保护措施时，我们不得不关注其上的关键参数。这些参数不仅影响着互感器的性能，更是确保系统安全运行的重要依据。通过深入了解这些参数，我们可以更好地理解如何通过合理配置来保护电压互感器，避免潜在的短路风险。
电流比是电压互感器中的一项关键参数，它代表了互感器一次侧电流与二次侧电流的比值。例如，在100/5A的配置中，一次侧电流为100A时，二次侧电流则为5A，此时的变比K为20。此外，电流互感器的额定二次容量，即2.5VA，也是一项重要指标，它反映了互感器的带载能力。同时，准确级作为衡量互感器精度的指标，包含了0.1、0.2、0.2S、0.5、0.5S、1、3、5等多种规格，精度越高，测量误差则越小。此外，穿心匝数也是一个不容忽视的参数，它代表了穿过电流互感器的导体数量，不同的穿心匝数会影响互感器的测量结果。
电流比是电压互感器中至关重要的参数，它描述了互感器一次侧与二次侧电流的比率。以100/5A的配置为例，当一次侧电流为100A时，二次侧电流则为5A，此时的变比K为20。同时，电流互感器的其他关键指标如额定二次容量、准确级以及穿心匝数等，都对互感器的性能和测量结果产生重要影响。
6要点总结
电流互感器在工作时，其二次侧必须保持闭合，以避免开路状态。因为一旦开路，次级电流将为零，导致去磁磁通消失，使得一次电流全部转化为励磁电流，进而使铁芯进入高度饱和状态。这种情况下，铁芯的损耗会急剧增加，发热严重，可能破坏绝缘。更危险的是，在开关闭合的瞬间，电流的突变会引起磁通的迅速变化，根据楞次定律，这将在二次线圈上感应出高达几千伏的电压。这样的高电压不仅对人和设备构成严重威胁，还可能导致设备损坏和人身伤亡。
同样地，电压互感器的二次侧也绝不能短路。因为电压互感器一次侧并联在高压回路中，其电压相对较高而电流极小。正常运行时，二次侧的电流几乎为零。然而，当二次侧阻抗减小到短路状态时，会导致二次电流迅速上升，可能烧毁二次线圈，甚至危及操作人员的人身安全。为了保护电压互感器免受二次侧短路的影响，可以在其二次侧装设熔断器。
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