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电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限,测量电压、功率和电能的一种仪器。电压互感器和变压器很相像,都是用来变换线路上的电压。线路上为什么需要变换电压呢?这是因为根据发电、输电和用电的不同情况,线路上的电压大小不一,而且相差悬殊,有的是低压220V和380V,有的是高压几万伏甚至几十万伏。要直接测量这些低压和高压电压,就需要根据线路电压的大小,制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。这样不仅会给仪表制作带来很大困难,而且更主要的是,要直接制作高压仪表,直接在高压线路上测量电压,那是不可能的,而且也是绝对不允许的。
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;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。
昆明标准的测量用互感器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。电磁式电流互感器原理与电磁式电压互感器基本相同,主要区别在于一次绕组串联在电路中,并且匝数很少,有的电流互感器还没有一次绕组,标准的测量用互感器厂家利用穿过其铁芯的一次电路(如母线)作为一次绕组;而且一次绕组导体相当粗;其二次绕组匝数相当多,导体较细。与电压互感器类似,有I2/I1=N1/N2。电流互感器二次不能开路,因为开路时,一次电流全部用于励磁,铁芯磁通增大,二次可能输出高压,危及安全,并且过大的磁通导致铁芯迅速饱和,铁芯发热烧毁互感器。
电压互感器的基本结构和变压器很相似,它也有两个绕组,一个叫一次绕组,一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘,使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电气隔离。电压互感器在运行时,一次绕组N1并联接在线路上,二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时,尽管一次电压很高,但二次却是低压的,可以确保操作人员和仪表的安全。
电流互感器工作原理、等值电路与一般变压器相同,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,与电流互感器副边负载无关。电流互感器运行时,副边不允许开路。因为在这种情况下,原边电流均成为励磁电流,将导致磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身及设备安全。因此,电流互感器副边回路中不允许接熔断器,也不允许在运行时未经旁路就拆卸电流表及继电器等设备。
采用互感器后,一次测与二次侧之间只有磁耦合而无电气的直接连接,因此,接在二次侧的仪表,与一次绕组没有直接的电气联系,这对仪表的绝缘以及对操作人员的安全都是非常有利的。有利于仪表制造的标准化。原因在于不论被测电压或电流量程有几种,与互感器配套仪表的量程都是单一的(一般电压互感器的二次电压为100V,电流互感器的次级电流为5A)。用互感器扩大仪表的量程,要比用分流器或附加电阻功耗小得多。例如测量20kV的电压,当仪表的满偏电流为20mA时,电压表的表耗功率为:P=UI=20×103×20×10-3=400 (W)。而采用电压互感器测量时,表耗功率不超过几十瓦。