电磁式互感器的工作原理

论电磁式电压互感器原理及测试方法介损测量作为电磁式电压互感器绝缘预防实验的主要内容之一，在现场实验测量中有着很高的灵敏度，不仅能够及时发现电压互感器绝缘受潮，还能有效发现绕组上油脂劣化和严重缺陷等。

在现场测试过程中，由于实验条件和设备结构的限制，其实验方法也有很多种，而最为常用的实验测量方法包括常规短路法，末端屏蔽法和末端加压法。

本章结合电磁式电压互感器特点，从三种不同实验接线方法进行原理分析，选择出现场情况最为合适的实验接线方法。

1 电磁式电压互感器介绍1.1 原理与特点电压互感器从结构上来说是一种容量小、体积小及大电压比的降压变压器，它能将电网的高电转化成低电压，以起到方便监测和测量的作用。

其基本原理是和变压器相同的，既由一次和二次绕组、引出线、铁心及绝缘部件等构成。

目前，我国南方电网中运用的电压互感器主要有电磁式和电容式两种类型，电磁式电压互感器是通过电磁感应按照一定的比例将一次电压转变成二次电压且不会改变一次电压其他电气元件的电压互感器。

特点：电磁式互感器是把一次绕组直接并联在一次回路中，一次回路上的电压决定着一次绕组上的电压；二次绕组和一次绕组也是通过磁耦合完成无电耦合的。

二次绕组多用于仪器、仪表及保护装置，由于负载小且是恒定的，因此可将电压互感器的一次侧看做一个电压源，几乎不会受到二次负载的影响。

在正常运行的时候，电压互感器的二次侧负载很小，处于一种开路状态，此时的二次电压基本上就是二次侧感应电压的动势，取决于一次系统电压。

1.2 分类与用途电磁式电压互感器有多种分类方式，根据相数的不同分为单项和三相两种；根据绝缘介质来分可分为干式和油式；根据绕组来分可分为双绕组、三绕组和四绕组三种，在运行当中，按其承受电压的不同，又可分为半绝缘式与全绝缘式电压互感器等。

用途：可与电气仪表、继电保护和自动装置配合测量高电压回路的电压参数，起到隔离高压，保证人员与设备的安全的作用；互感器二次侧统一的取量，有利于二次设备标准化。

互感器的分类及工作原理
引言：
互感器是电力系统中广泛使用的一种电气装置，它们用于测量和监测电流、电压和功率等参数。

互感器的分类及工作原理是了解和理解互感器的基础，下面将详细介绍互感器的分类以及它们的工作原理。

一、互感器的分类
1. 按工作频率分类：
互感器根据其所涉及的工作频率可分为低频互感器和中高频互感器两种类型。

一般情况下，低频互感器用于交流电力系统，而中高频互感器则主要应用于通信和控制领域。

2. 按用途分类：
根据用途的不同，互感器可分为电流互感器和电压互感器两大类。

电流互感器主要用于测量电流大小，而电压互感器则用于测量系统的电压状况。

3. 按相对位置分类：
根据互感器与被测电路的相对位置，可以将互感器分为内装式互感器和外装式互感器两种类型。

内装式互感器安装在被测电路的内部，而外装式互感器则安装在被测电路的外部。

4. 按工作原理分类：
互感器还可以根据其工作原理的不同进行分类，包括变比互感器、饱和互感器和相位移互感器等。

变比互感器通过改变线圈的匝数来实现电流变比的测量，饱和互感器则依靠磁通的饱和现象来实现电流测量，而相位移互感器则通过改变线圈之间的相位差来测量电流和电压之间的相对相位差。

二、互感器的工作原理
互感器的工作原理基于电磁感应现象，根据法拉第定律，通过变化的磁场可以感应出电压。

互感器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 通过传导装置或者线圈传导被测电路中的电流，产生磁场；
2. 产生的磁场穿过互感器的铁芯，感应出一个次级线圈中的电压；。

电感线圈：互感器的工作原理在理想的电流互感器中，如果假定空载电流Ⅰ0=0，则总磁动势Ⅰ0N0=0，根据能量守恒定律，一次绕组磁动势等于二次绕组磁动势，即Ⅰ1NI=-Ⅰ2N2即电流互感器的电流与它的匝数成反比，一次电流对二次电流的比值Ⅰ1 /Ⅰ2称为电流互感器的电流比。

当知道二次电流时，乘上电流比就可以求出一次电流，这时二次电流的相量与一次电流的相量相差1800。

2、电流互感器的型号二、电磁式电压互感器的工作原理1、工作原理电压互感器的工作原理与普通电力变压器相同，结构原理和接线也相似，一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数很少，相当于降压变压器。

工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。

因此电压低，额定电压一般为100V；容量小，只有几十伏安或几百伏安；负荷阻抗大，工作时其二次侧接近于空载状态，且多数情况下它的负荷是恒定的。

电压互感器的一次电压U1与其二次电压U2之间有下列关系：U1≈(N1/N2)U2KUU2式中，N1、N2——为电压互感器一次和二次绕组匝数；KU——为电压互感器的变压比，一般表示为其额定一、二次电压比，即KU=U1N/U2N，例如10000V/100V。

2、电磁式电压互感器的分类电磁式电压互感器可分为以下几种类型：（1）按安装地点可分为户内式和户外式。

（2）按相数可分为单相式和三相式。

（3）按每相绕组数可分为双绕组和三绕组式。

三绕组电压互感器有两个二次侧绕组：基本二次绕组和辅助二次绕组。

辅助二次绕组供接地保护用。

（4）按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式、串级油浸式和电容式等。

干式多用于低压；浇注式用于3～35kV；油浸式主要用于35kV及以上的电压互感器。

3、电磁式电压互感器的结构类型（1）35kV及以下的电压互感器35kV及一下电压互感器的结构和普通变压器基本一致。

根据其绝缘方式的不同，可分为干式、环氧浇注式和油浸式三种。

干式电压互感器一般只用于低压的户内配电装置。

电磁感应式电压互感器与电容分压式电压互感器对比电磁感应式电压互感器其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。

特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。

电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。

为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。

测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成V-V形作三相使用。

实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。

供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器。

三相的第三线圈接成开口三角形，开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。

正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。

一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。

线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。

为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10kV及以下时）或采用三台单相电压互感器。

对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）。

电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。

电容分压式电压互感器在电容分压器的基础上制成。

其原理接线见图2。

电容C1和C2串联，U1为原边电压，为C2上的电压。

空载时，电容C2上的电压为由于C1和C2均为常数，因此正比于原边电压。

但实际上，当负载并联于电容C2两端时，将大大减小，以致误差增大而无法作电压互感器使用。

为了克服这个缺点，在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器(图3)。

电抗可补偿电容器的内阻抗。

YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振引起的过电压。

互感器测电流原理
互感器是一种用于测量电流的设备。

它基于电磁感应原理工作。

互感器的基本原理是：当电流通过主线圈（也称为一次线圈）时，通过主线圈产生的磁场也穿过互感线圈（也称为二次线圈）。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场发生变化时，会在互感线圈中产生感应电动势。

该感应电动势的大小与主线圈中的电流成正比。

互感器的结构一般包括主线圈、互感线圈、铁芯和外壳。

主线圈通电时，产生的磁场穿过互感线圈，使互感线圈中产生感应电动势。

互感线圈中的感应电动势通过测量电路进行测量，从而得知通过主线圈的电流大小。

通过互感器可以实现非接触式的电流测量，同时由于没有电气连接，可以实现高电压电流的测量，具有电气隔离作用，提高了测量的安全性。

总之，互感器通过电磁感应原理测量电流，通过在主线圈中产生磁场，使互感线圈中产生感应电动势，并通过测量电路进行测量，从而得知通过主线圈的电流大小。

电磁式电压互感器与电容式电压互感器的区别XXX大唐（赤峰）新能源有限公司 XX风电场XX风场35kV母线采用的是电磁式电压互感器，220kV母线采用的是电容式电压互感器，现就电压互感器的选取分析电磁式电压互感器与电容式电压互感器的区别及特点。

电磁式电压互感器，它与电力变压器相似。

电磁式电压互感器工作原理的特点是：电磁式电压互感器的一次绕组直接并联于一次回路中，一次绕组上的电压取决于一次回路上的电压，二次绕组与一次绕组无电的耦合，是通过磁耦合。

二次绕组通常接的是一些仪表、仪器及保护装置容量一般均在几十至几百伏安，所以负载很小，而且是恒定的，所以电压互感器的一次侧可视为一个电压源，基本不受二次负载的影响。

正常运行时，电压互感器二次侧由于负载较小，基本处于开路状态，电压互感器二次电压基本等于二次侧感应电动势取决于一次系统电压。

电磁式电压互感器的分类方式很多，根据绝缘介质可分为干式和油式；根据相数的不同可分为单相、三相两种；根据绕组的多少可分为双绕组、三绕组、四绕组三种；按其运行承受的电压不同，可分为半绝缘和全绝缘电压互感器等等。

在实际应用中一般使用单相三绕组或四绕组的最多。

东山风场35kV母线电压互感器采用的为单相浇注绝缘的电磁式电压互感器，电磁式电压互感器的励磁特性为非线性特性，在35kV的电力系统中性点偏移、瞬间电弧接地或进行倒闸操作的激发下，都可能与电力系统分布的电容形成铁磁谐振，因此，东山风场所采用的电磁式电压互感器都采用了消谐措施。

随着电力系统输电电压的增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本随之增高，因此220kV 电压等级宜采用电容式电压互感器。

根据这一要求，东山风场220kV 母线电压互感器采用的是电容式电压互感器。

电容式的全称为电容分压式电压互感器，工作原理如图１。

在被测二次回路与大地间接有电容组，电容组由C1和C2组成，其中C2两端并接电压互感器二次负荷Z2，L为补偿电抗器，当电压互感器空载运行时U2=U0=C1×U1/(C1+C2)=ηTV U1。

第10单元第三节 电压互感器一．电磁式电压互感器（一）电磁式电压互感器的工作原理一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数很少，相当于降压变压器。

工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组并联仪表、继电器的电压线圈。

额定电压一般为100V ；容量小，只有几十伏安或几百伏安；负荷阻抗大，工作时其二次侧接近于空载状态，且多数情况下它的负荷是恒定的。

电压互感器的一次电压U 1与其二次电压U 2之间有下列关系：22211)/(U K U N N U u ≈≈ （4-16）式中，21N N 、为电压互感器一次和二次绕组匝数；u K 为电压互感器的变压比，一般表示为其额定一、二次电压比，即N N u U U K 21/=，例如10000V/100V 。

（二）电磁式电压互感器的测量误差及影响误差的运行因素由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗，测量时结果都呈现误差，通常用电压误差（又称比值差）和角误差（又称相角差）表示。

（1）电压误差： 电压误差为二次电压的测量值乘额定互感比所得一次电压的近似值（n k U 2）与实际一次电压1U 之差，而以后者的百分数表示100112⨯-=U U U k f n u （%） （4-17） （2）角误差： 角误差为旋转0180的二次电压向量-2U ' 与一次电压相量1.U 之间的夹角u δ，并规定-2U ' 超前于1.U 时， 角误差为正值。

反之，则为负值。

2．电压互感器运行功况对误差的影响电压互感器一次电压变化时，励磁电流和ψ角将随之变化，因此，电压误差及角误差都会发生变化。

（1）一次电压的影响。

应使一次额定电压与电网的额定电压相适应。

（2）二次负荷及功率因数的影响。

如果一次电压不变，则二次负载阻抗及功率因数直接影响误差的大小。

要保证电压互感器的测量误差不超过规定值，应将其二次负载阻抗和功率因数限制在相应的范围内。

(三) 电磁式电压互感器的结构类型和型号1. 电磁式电压互感器的分类电压互感器可分为以下几种类型：按安装地点可分为户内式和户外式。

电流互感器/电压互感器的结构原理和使用注意事项通常所说的电压互感器和电流互感器都是电磁式的，电磁式电压互感器电气文字符号是PT，电磁式电流互感器电气文字符号是CT。

电压互感器和电流互感器在电力设备中应用广泛，用途也是缺之不可的，同时也是最常见的电气设备之一。

一、互感器的结构和工作原理1.电压互感器（PT）是一种将高电压变换为低电压的电气设备，一次绕组与高压系统的一次回路并联，二次绕组则与二次设备的负载并联。

PT基于电磁感应原理工作，正常运行时其二次负载基本不变，电流很小，接近于空载状态。

一般的PT包括测量级和保护级，其基本结构为：一次线圈和二次线圈分别绕在铁心上，在两个线圈之间和线圈与铁心之间都有绝缘隔离。

电力系统用的三线圈电压互感器，除了上述的一次线圈和二次线圈外，还有一个零序电压线圈，用来接继电器。

在线路出现单相接地故障时，线圈中产生的零序电压使继电器动作，切断线路，以保护线路中的发电机和变压器等贵重设备。

2.电流互感器（CT）是一种将高压电网大电流变换为小电流的电气设备，一次绕组串联在高压系统的一次回路内，二次绕组则与二次设备的负载相串联。

CT也是基于电磁感应的原理工作，但是它的二次负载阻抗很小，接近于短路状态。

电流互感器也分为测量用与保护用两类，基本结构和PT相似，一次线圈、二次线圈分别绕在铁心上，两个线圈之间及线圈与铁心之间有绝缘隔离。

根据电力系统要求切除短路故障和继电保护动作时间的快慢，保护用电流互感器分为稳态保护用与暂态保护用两种，前者用于电压比较低的电网中，称为一般保护用电流互感器；后者则用于高压超高压线路上。

二、互感器的使用注意事项1.PT二次侧直接与电压表连接，相当于运行在变压器的空载状态，短路会引起很大的短路电流，使用中不允许短路。

电磁式互感器都有一定的额定容量，从电力网中消耗功率，成为系统的负载，存在负荷分担问题。

而PT存在的最为严重的问题是可能出现铁磁谐振：PT的铁心电感和系统的电容元件由于感抗与容抗的交换，组成许多复杂的振荡回路，如果满足一定的条件，就可能激发起持续时间较长的铁磁谐振，这种谐振现象，某些元件的电压过高危及设备的绝缘，同时可能在非线性电感元件中产生很大的过电流，使电感线圈引起温度升高，击穿绝缘，以致烧损。

互感器的原理及公式
1 电磁感应理论
1）楞次定律
闭合回路中产生的感生电流具有确定的方向，它总是使感生电流所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或反抗引起感生电流的磁通量的变化。

2）法拉第电磁感应定律
通过回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感生电动势与磁通量对时间的变化率成正比。

3) 安培环路定律
2 电流互感器
1) 电流比例关系
据楞次定律
I0通常很小：
2)电流互感器的误差公式
Φ是铁损角
a是二次绕组阻抗与负荷阻抗串联时的阻抗角
I2是二次电流
Z2是二次绕组阻抗
Z b是二次负荷阻抗N2是二次绕组匝数
f是电源频率
L是平均磁路长
S是铁心截面积
u是铁心材料的磁导率I1N1是一次绕组安匝
3 电流互感器的基本名词术语
1）额定电流
额定电流是作为电流互感器性能基准的电流值。

2) 额定电流比
额定一次电流与额定二次电流的比。

3) 二次负荷
电流互感器二次绕组外部回路所接仪表、仪器或继电器等的阻抗和二次连接线阻抗之和即为电流互感器的二次负荷。

4) 额定二次负荷
确定互感器准确级所依据的二次负荷。

5)电流比值误差
K N额定电流比
I1实际一次电流(A)
I2在测量条件下,流过I1时的实际二次电流
6) 相位差
相位差就是二次电流逆时针反转180°后，与一次电流相角之差，并以分（′）为单位。

反转180°后，超前于一次电流时，相位差为正值；反之，滞后于一次电流时，相位差为负值。

1
互感器原理及构造
2
互感器的分类
01
02
03
04电磁式电压互感器
电磁式电压互感器是利用绕组之间的电磁感应原理制成的，其工作原理、构造与变压器相同。

电磁式电压互感器的一次绕组与二次绕组之比等于他们的匝数比。

电磁式电压互感器基本结构由铁芯和原边、副边组成。

一般电磁式电压互感器容量小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态，一次侧的电压不受二次侧负荷的影响。

按结构分
电磁式电压互感器可以分为干式、浇注式、充气式和油浸式；
按安装地点分
电磁式电压互感器可以分为户内式和户外式；
按相数分
电磁式电压互感器可以分为单相和三相；
按绕组分
电磁式电压互感器可以分为双绕组和三绕组。

3
互感器的测量误差和准确级
4
互感器误差产生的因素
电磁式电压互感器的测量误差包括幅值误差和相位误差。

电压幅值误差：
电压相位差：旋转180度后的二次电压-U2与一次电压向量U1之间的夹角。

准确级：电磁式电压互感器的准确级用最大允许误差表示。

有0.1、0.2、0.5、1、3、3P、6P等准确级，分别用测量或保护场合。

1、电压互感器的励磁电流增大时，误差随之增加；
2、当电压互感器二次负载增加时，误差随之增大；
3、当电压互感器二次负载功率因数减小时，误差随之增大；
4、当一次电压波动较大且超出互感器精度允许范围时，误差随之增加。

电流互感器分类及原理1、电流互感器(Current Transformer，CT)电⼒系统电能计量和保护控制的重要设备，是电⼒系统电能计量、继电保护、系统诊断与监测分析的重要组成部分，其测量精度、运⾏可靠性是实现电⼒系统安全、经济运⾏的前提。

⽬前在电⼒系统中⼴泛应⽤的是电磁式电流互感器。

2、电流互感器国标(GB 1208-87S)1）准确级：以该准确级在额定电流下所规定的最⼤允许电流误差百分数标称。

2）测量⽤电流互感器的标准准确级有：0.1、0.2、0.5、1、3、5；特殊要求的电流互感器的准确级有：0.2S和0.5S；保护⽤电流互感器准确级有：5P和10P两级。

3、电磁式电流互感器1）原理：⼀次线圈串联于被测电流线路中，⼆次线圈串接电流测量设备，⼀⼆次侧线圈绕在同⼀铁芯上，通过铁芯的磁耦合实现⼀次⼆次侧之间的电流传感过程。

⼀⼆次侧线圈之间以及线圈与铁芯之间要采取⼀定的绝缘措施，以保证⼀次侧与⼆次侧之间的电⽓隔离。

根据应⽤场合以及被测电流⼤⼩的不同，通过合理改变⼀⼆次侧线圈匝数⽐可以将⼀次侧电流值按⽐例变换成标准的1A或5A电流值，⽤于驱动⼆次侧电器设备或供测量仪表使⽤。

2）缺点：①.绝缘要求复杂，体积⼤，造价⾼，维护⼯作量⼤；②.输出端开路产⽣的⾼电压对周围⼈员和设备存在潜在的威胁；③.固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围⼩、频率响应范围窄；④.输出信号不能直接和微机相连，难以适应电⼒系统⾃动化、数字化的发展趋势。

4、电⼦式电流互感器1）特征：①.可以采⽤传统电流互感器、霍尔传感器、空⼼线圈（或称为Rogowski coils）或光学装置作为⼀次电流传感器，产⽣与⼀次电流相对应的信号；②.可以利⽤光纤作为⼀次转换器和⼆次转换器之间的信号传输介质；③.⼆次转换器的输出可以是模拟量电压信号或数字量。

2）分类（1）按传感原理的不同划分：光学电流互感器和光电式电流互感器I、光学电流互感器(Optical Current Transformer，简称OCT)原理：传感器完全基于光学技术和光学器件来实现。

电磁式电流互感器的工作原理
电磁式电流互感器是一种测量电流的装置，它利用电磁感应原理工作。

其工作原理可以大致分为以下几个步骤：
1. 输入电流通过互感器的一匝或多匝线圈（也称为一次线圈），产生磁场。

2. 磁场通过铁芯传导至另一匝线圈（也称为二次线圈）。

3. 磁场的变化通过二次线圈诱导出电动势。

4. 二次线圈上的电动势经过放大和处理，最终输出用于测量的电流信号。

简言之，电磁式电流互感器利用输入电流产生的磁场诱导出电动势，进而转化为可测量的电流信号。

这种设计具有高精度、低功耗、宽频带等优点，广泛应用于电力系统中的电流测量、保护以及电能计量等领域。

电磁式电流互感器电磁式电流互感器即通过电磁感应原理实现电流变换的互感器，它的工作原理和变压器相像。

在电力系统中已被广泛应用，是一次系统和二次系统间的联络元件，其测量和保护的作用。

目录电磁式电流互感器的原理电磁式电流互感器的分类电磁式电流互感器的接线电磁式电流互感器的特点电磁式电流互感器的缺陷防止电磁式电流互感器饱和的措施电磁式电流互感器的讨论进展电磁式电流互感器的原理电力系统中广泛采纳的是电磁式电流互感器（以下简称电流互感器或TA）,它的工作原理和变压器相像。

由于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。

而且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,即:kn=I1n/I2n由于一次线圈额定电流I1n已标准化,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。

k还可以貌似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比,即k=N1/N2。

式中N1、N2为一、二次线圈的匝数。

电流互感器的二次侧不能开路,当运行中电流互感器二次侧开路后,一次侧电流依旧不变,二次侧电流等于零,则二次电流产生的去磁磁通也消失了。

这时,一次电流全部变成励磁电流,使互感器铁芯饱和,磁通也很高,将产生以下后果:1.由于磁通饱和,其二次侧将产生数千伏高压且波形更改,对人身和设备造成危害。

2.由于铁芯磁通饱和,使铁芯损耗加添,产生高热,会损坏绝缘。

3.将在铁芯中产生剩磁,使互感器比差和角差增大,失去精准性。

所以,电流互感器二次侧是不允许开路的。

电磁式电流互感器的分类（1）按功能：测量用电流互感器、保护用电流互感器（2）按安装地点：户内式、户外式（3）按安装方式：穿墙式、支持式、套管式穿（4）按绝缘方式：干式、浇注式、油浸式（5）按一次绕组匝数：单匝式、多匝式（6）按变流比：单变流比、多变流比电磁式电流互感器的接线1.单相式：用于测量对称三相负荷的一相电流。