3.2电流互感器和电压互感器
3.2电流互感器和电压互感器
1.概述
电流互感器和电压互感器统称为仪用互感器.在交流电量测量系统中用于扩大(有时也缩小）电流或电压仪表的量程。
电工测量用互感器的准确度分为0. l、0. 2、0. 5、1. 0、3. 0共5个等级。安装式互感器的准确度一般较低，常为0.3或0.5级;用于电机试验 的互感器，其准确度应不低于〇. 2级。
2.电流互感器
分类
电流互感器分低压和高压、安装式和便携式、单比数和多比数、精密 级和普通级等多种分类方法。另外.除传统的利用变压器原理的之外.还 有新型的霍尔型等。
用于中小型电机试验的电流互感器一次额定电流，常用的有如下几 挡(单位为 A): 10、25、50、100、200、250、500、1 000、2 000 等;二次额定电流一般为5 A。
如图3-1所示为几种常见传统的互感器和新型的霍尔电流互感器 的外形示例。
选择方法
(1)用于监视用的安装式电流表或某些被测电流量只在一个较小范围内变化的场合时，应选用单比数的电流互感器。互感器一次标定电流值应在被测电流最大?！的1.1〜1.3倍。与监视用的安装式电流表配套时，其精度可较低些,一般为1.5级及以下。
(2)当使用直读式电流表时(安装式电流表一般为直读式)所选用的电流互感器应与电流表配套。例如•电流表规定用100/5的互感器(在表 盘上标出），则应选用一次电流为100A，二次电流为5A的互感器与之配 套使用。此时电流表显示的读数即是被测量的实际数值。
(3)用于被测电流变化范围较大的场合时，应选用多比数电流互感 器.互感器的一次电流最大标定值(包括附加穿芯一次线圈后的标定值）应为被测电流最大值的1. 2倍左右。
(4)霍尔电流互感器的结构比传统的电磁式电流互感器略复杂，但其工作频带较宽，可以达到〇〜100 kHz，特别是可适用于各种电流波形，这一点使其更适合用于变频供电的电流测量，并能方便地实现测量数字化和自动化，这些性能对于传统的测量是较难实现的。这种传感器的测量范围现已达到了 50 kA,同时体积也较小，所以应用越来越广泛。
3.二次负载阻抗的匹配要求
因为电流互感器的误差与其二次电路的负载大小有关，所以每台电流互感器都标定一个额定负载,单位为V • A。因二次标定电流是已知
的，例如5 A,所以可用额定阻抗限值来表示，这样使用起来会更直观。当其二次电路的实际负载阻抗小于该值时，能保证标定的准确度，否则就不能保证标定的准确度。若互感器标定额定负载和二次电流分别用S2N(单位为V•A)和/2N(单位为A)来表示。则额定负载阻抗限值(用&表
示，单位为n,是二次电路中包括电流表和所有连线阻抗的总和可用式(3-1)求得。
■ZN = •^(3 - 1)
N例如，某电流互感器标定额定负载和二次电流分别为10V•A和5A。则其额定负载阻抗最高限值应为：10+(5)[1] [2] = 0.4(n)。即该电
4.正确接线
电流互感器一次绕组的头尾出线端分别用L1和L2标志;二次绕组
[1]电流表或功率表的电流回路与电流互感器的二次K1、K2相接。与功率表的电流回路相接时，其K1端应接功率表标有“ ”的一端(该端
被称为“发电机端”)。
[2]标有二次K2端子和铁心均应可靠接地。接线实例如图3-3所示。
(1)电流互感器的铁心和二次绕组K2端必须可靠接地。以保护试
[1]电流表或功率表的电流回路与电流互感器的二次K1、K2相接。
与功率表的电流回路相接时，其K1端应接功率表标有“ ”的一端(该端被称为“发电机端”)。
[2] 标有二次K2端子和铁心均应可靠接地。接线实例如图3-3所示。
(1)电流互感器的铁心和二次绕组K2端必须可靠接地。以保护试的头尾出线端分別用K1和K2标志。L1和K1为同极性(同名端);L2和
K2为同极性（同名端）。了解这一点对三相测量接线和故障判断很有帮助。
(2)电流互感器的一次应串联在被测电路中.其标有L1的端子应与电源相接，标有L2的端子应与负载(用电器)相接。对穿芯式互感器，电源线应由标有L1的一端穿入，穿过后去接负载。
电源线穿过互感器中心孔几次，即为几匝，如图3-2所示。
[1]电流表或功率表的电流回路与电流互感器的二次K1、K2相接。
与功率表的电流回路相接时，其K1端应接功率表标有“ ”的一端(该端
被称为“发电机端”)。
[1]标有二次K2端子和铁心均应可靠接地。
接线实例如图3-3所示。
5.使用注意事项
(1)电流互感器的铁心和二次绕组K2端必须可靠接地。以保护试
验人员和试验设备.免遭因绝缘损伤漏电时造成意外伤害。
(2)在通电使用中，电流互感器的二次回路绝对不许开路。因为一次绕组有电流时，若突然将二次回路断开.则将引起互感器的铁心过度磁
化，导致铁心发热，严重时会将绕组烧毁；同时，二次回路会感应出很高的电动势(可能达到几百伏），将可能危及操作人员的安全或造成互感器的匝间击穿短路。为此.在实用线路中，通常采取如下措施。
①电流互感器的二次电路中不应安装熔断器。
②用一个开关和电流表并联相接，使用电流表读数时开关打开，在有必要时将开关闭合，对于交流电动机试验，设置这一开关还有另一个更
大的用途.就是在电机通电起动时，将该开关闭合，让较大的起动电流的绝大部分从开关上通过，从而避免电流表通过较大的过载电流而损坏，这就是所谓的“封表”，这种开关也被称为“封表开关”或“封互感器二次开关(简称封二次开关)”。
③对于多比数互感器，在通电试验测量中需更换比数时，应按着先合上预更换的比数开关.再断开原用比数开关的原则进行操作.即为‘‘先
合后断”原则。
6.电流互感器及其接线的常见故障和原因
电流互感器及其接线的常见故障和原因见表3-4。表中提到“三相”
时，是指“三互感器三相四线制接法”，并且三相功率(有功功率）的测量采
用“两表法”(见本章测量线路部分的有关内容）。
表3-4 | 电流互感器及其接线的常见故障和原因 |
故障现象 | 原 因分析 |
电流表示值偏小 | 一次绕组有匝间短路 |
电流表示值偏大 | 二次绕组有匝间短路 |
只要一次电路和电源接 通，电流表就会有电流显示， 并且电流值随电源电压大小 变化而变化 | 一次绕组有对地短路 |
三相电流不平衡度较大 | 三相互感器中有个别互感器一次或二次绕组有匝间短路 或对地短路 |
•严重发热 | 绕组有匝间或对地短路;严重过载 |
三相电流表显示值严重不 平衡 | (1) 穿芯线穿错方向或匝数有误 (2) 变比端线接错或虚接 (3) 互感器内部或外部接线有短路或开路现象 (4) 互感器一次或二次绕组有匝间或对地短路故障 |
有异常响声 | 2.紧固件松动 3.浸漆不良，造成绕组或铁心片间松动，产生电磁噪声 4. 绕组有匝间或对地短路故障 5. 严重过载 |
在进行三相电机试验测量 时，两只功率表读数不正常 | (1)有一只功率表无读数，同时与该功率表串接的电流表也无读数•则可能是该相互感器的一次或二次绕组有开 路现象，也可能是中间连线有断开处(2>功率表无读数，但三相电流表都正常.则电流互感器 无故障，问题发生在功率表的电压回路中(3)做异步电动机空载试验时.两功率表的读数大体相 等.不是电流互感器的故障,可能是功率表的电压线交差接错.如应接U相的接了 W相,而应接W相的接了U相 |
造成互感器绕组匝间或对地(铁心或金属外壳)击穿短路的最常见原因有：
(1)使用时没有按规程进行操作，如互感器二次绕组突然开路。
(2)在测量大电流时使用了小比数。
(3)对电动机进行满压起动时没有将互感器的二次和一次绕组短路 (封表)等。
3.2.3 电压互感器
一般交流电压表可直接测量600 V及以下甚至1 kV及以下的电压。
所以在进行低压电机试验时,很少用到电压互感器。而当进行高压电机
试验时，则必须采用电压互感器。
3.2.3.1电压互感器的分类和规格数据
电压互感器其实就是一个精密的降压变压器。按电压等级来分有高
压和低压两大类;按测量挡数来分，有单比数和多比数之分;另外还可根
据其准确度分为精密级和一般级两种。图3 - 4给出了几种电压互感器
的外形示例。
电压互感器的二次额定电压一般为100 V或100/Vf V，其中100 V
的用得较多。其一次额定电压用于高压测量的有1 kV、2 kV、3 kV、6 kV、
10kV、15 kV、30 kV、60 kV等几个级别；用于低压测量的有220 V、
380 V、440 V、500 V、600 V 等几个级别。额定容量有 15 V • A、10 V * A、
5 V. A等几个规格。
3.2.3.2电压互感器的测量接线及使用注意事项
(1)电压互感器一次绕组线端分别用A和X标志，二次的两端分别用a和x标志，其极性对应关系是：A与a同极性，X与x同极性。
(2)与电路连接时.电压互感器一次绕组的两端应与被测电路并联，二次绕组与电压表连接。一、二次回路中都要加人适当容量的熔断器(一
般为2 A左右），以防电路短路。
(3)电压互感器在使用中,其二次回路严禁短路，否则将可能对互感 器造成较大的损坏。
(4)当用于采用两功率表法测量功率的线路时，电压互感器一次绕 组的首端(A端)应与功率表电流测量相的一次电源线相接，尾端(X端） 接中相;二次绕组的首端U端)应与功率表带“ ”的电压端钮相接。
(5)为保证安全，二次绕组和铁心都应可靠接地。
3. 2.4 互感器的误差及其修正方法
3.2.4.1误差类型和范围
互感器在使用时会产生两项误差，即变比误差和相角误差，简称为 /比差”和“角差”。
(1)变比误差
变比误差实际上就是互感器的实际变比与标定的变比之差。通常以相对 最大误差(％)的形式表示。前面提到的互感器准确度实际就是它的变比误差。
变比误差的大小除与互感器的结构、铁心材料等固有因素有关外，还 与运行时所承担的负载阻抗的大小和性质(电阻负载、电感或电容负载）、 通过电流的大小以及所加电源的频率等动态因素有关。其中电流的影响 在表3-5中能够看到。
(2)相角误差
相角误差是由于受互感器所接电路电抗的影响.使其一、二次电压 (或电流)之间的相位差偏离了理想的180°电角度。偏离的角度々称为互 感器的相角误差，单位为“'”。其值可正可负。相角误差对可动部分的偏 转与相位有关的仪表会产生影响，属于这类的仪表有功率表、电能表和相 位表(功率因数表)等。
2.误差范围
表3 -5和表3 - 6分别为不同准确度等级的电流互感器和电压互感 器误差范围。
表3-5电流互感器误差范围 | |||||||||
准确度等级 | -次电流为额定 | 误 差 | 范 围 | ||||||
电流的百分数(％) | 变比误差(％) | 相角误差（，） | |||||||
50 | ±0. ]5 | 士 6. 5 | |||||||
0.1 | 100〜120 | 100-120 | 士 5.0 | ||||||
准确度等级 | 一次电流为额定 电流的百分数(％) | 误 差范围 | |||||||
变比误差(％) | 相角误差('） | ||||||||
0.2 | 50 | 土 0.30 | ±13.0 | ||||||
100〜120 | ±0.20 | 士 10.0 | |||||||
0.5 | 50 | ±0.65 | 士 45 | ||||||
100〜120 | ±0.50 | 士 40 | |||||||
表3-6电压互感器误差范围 | |||||||||
准确度等级 | 误 差范围 | ||||||||
变比误差(％) | 相角误差〇 | ||||||||
0. 1 | 士 0.1 | 士 5 | |||||||
0.2 | 士 0.2 | ±10 | |||||||
0.5 | 士 0.5 | 士 20 | |||||||
3.2.4.2误差的修正方法
(1)变比误差的修正方法
设电流互感器的标称变比、实际变比和变比误差分别为Kjn.Kb和 CI;电压互感器的标称变比、实际变比和变比误差分别为Kun、Kus和 Cu。则
KIS = K^Cl-Q) (3-2)
Kus = Kun(1 — C(j) (3 - 3)
其中变比误差c!和Cu由互感器校验报告中获得。当互感器二次的 实际负载与校验时的负载不同时，其变比误差值可由互感器不同负载时 的变比特性曲线来估算。设试验时电流、电压和功率仪表指示值(必要时为经仪表误差修正的 值)分别为/s、us和Ps。则可用下列各式求取经过互感器变比修正的三者各自实际值和P。
{ = K|S = jFCkKusPs (3-4)
(2)相角误差的修正方法
对于电机试验，只有在认为有必要时•才对功率测量值进行互感器相
角误差修正。下面介绍其修正方法。
功率测量中的相角误差分类和各自的修正方法见表3-7。
表3-7功率测量中的相角误差分类和修正方法 | ||
分类 | 符号 | 修 正方法 |
功率表电压 线圈回路中的 相角误差 | a | a =4- tan"1 ^ 尺w 式中i?w——功率表电压线圈回路中的总电阻(包括外接附加电 阻)，单位为 Xw——功率表电压线圈的感抗•单位为fl。Xw = 27r/L，其 中丄为功率表电压线圈的电感.单位为H，从表的 刻度盘上获得;/为被测电压频率，单位为Hz 〇的+、一符号的确定原则是：当为容抗时，取“ + ”号；为感抗 时.取“一”号。无补偿的功率表为感抗 |
电流互感器 的相角误差 | A | 从互感器的校验报告中获得。当互感器二次的实际负载与校验 时的负载不同时•其变比误差值可由互感器不同负载时的相角特 性曲线来估算 A(或A;)的+、_符号的确定原则是：当互感器二次的电流(或 电压)超前于一次电流(或电压)时，取“ + ”号;滞后时，取“一”号。 无补偿时，电流互感器二次的电流超前于一次电流，而二次的电压 滞后于一次电压 |
电压互感器 的相角误差 | Aj | |
功率测量值 的修正 | Pc | 修正前的视在功率S( V • A)及功率因数cos ^(—律为单相值） S = UI icos — P/Sf<ps = cos-1 (P/S) 实际的功率因数 cos9? = cos (<ps—ct-\~Pi — Aj) 相角修正系数 = cos <p/cos % 实际的功率值pe Pc = K,P 上述各式中，/为测量得到的电流和电压值，P为经过变比修 正后的功率值，单位分别为A、V和W |
