变频功率传感器（声学传感器）

变频传感器(声学传感器)工业电气网络2020-12-29 11:16:53

变压器又称仪表变压器，是电流互感器和电压互感器的总称。它能把高压变成低压，把大电流变成小电流，可用于系统的测量或保护。其主要作用是将高压或大电流按比例转换成标准低压(100V)或标准小电流(5A或1A，均指额定值)，以实现测量仪表、保护设备和自动控制设备的标准化和小型化。同时，变压器还可以用来隔离高压系统，确保人员和设备的安全。

互感器的发展

发展历史

《变形金刚》最早出现在19世纪末。随着电力工业的发展，变压器的电压等级和精度水平有了很大的提高，研制出了许多专用变压器，如电压电流复合互感器、DC电流互感器、高精度电流额定值和电压额定值器、大电流激光电流互感器、电子线路补偿互感器、超高压系统中的光电互感器、SF6全封闭组合电器(GIS)中的电压电流互感器等。在电力工业中，为了发展一个什么电压等级和规模的电力系统，就必须发展相应电压等级和精度的互感器，以满足电力系统测量、保护和控制的需要。

随着许多新材料的不断应用，出现了许多新型变压器，电磁式变压器得到了充分的发展。其中，铁心电流互感器有干式、油浸式、气体绝缘式等多种结构，满足了电力建设的发展需要。然而，随着输电容量的不断增加、电网电压等级的不断提高和保护要求的不断提高，通用铁芯电流互感器结构逐渐暴露出其弊端。其固有的缺点是体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄等，难以满足新一代电力系统自动化和电力数字化网络的发展需要。

随着光电技术的飞速发展，许多发达国家都将目光投向了利用光学传感技术和电子学方法研制新型电子式电流互感器，简称光电电流互感器。国际电工协会发布了电子式电流互感器的标准。电子式互感器的含义不仅包括光电互感器，还包括其他利用电子测试原理的电压、电流传感器。

变压器的主要分类

主要分类

变压器分为电压互感器和电流互感器。电压互感器可用于高压和超高压电力系统的电压和功率测量。电流互感器可用于交流电流的测量、交流电量的测量和电力牵引线的保护。

电压互感器

按目的

测量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；

保护电压互感器或电压互感器的保护绕组:在电网故障的情况下，向继电保护等装置提供电网故障电压的信息。

根据绝缘介质

干式电压互感器:用浸渍绝缘漆的普通绝缘材料绝缘，多用于低电压等级或以下；

浇注隔离电压互感器:由环氧树脂或其他树脂混合材料制成，多用于电压等级及以下；

油浸式电压互感器:由绝缘纸和绝缘油绝缘，是我国最常见的结构型式，常用于电压等级在及以下；

隔离电压气体变压器:气体作为主绝缘，通常用在较高的电压等级。

通常测量用的低压变压器是干式的，高压或超高压密封气体绝缘(如六氟化硫)变压器也是干式的。浇注适用于35kV及以下的电压互感器，35kV以上产品均为油浸式。

除以相数

大部分产品都是单相的，因为电压互感器容量小，变压器体积小，三相高压套管之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。

根据电压转换的原理

电磁式电压互感器:根据电磁感应原理，改变电压。原理与基本结构和变压器完全类似，国内多用于电压等级及以下。

电容式电压互感器:由电容式分压器、补偿电抗器、中间变压器、阻尼器和载波装置的保护间隙等组成。它用于中性点接地系统中进行电压测量、功率测量、继电保护和载波通信。

光电电压互感器:通过光电转换原理实现电压转换，目前仍在开发中。

根据使用条件

室内电压互感器:安装在室内配电设备中，一般在电压等级或以下使用；

A型户外电压互感器:安装在户外配电设备中，多用于电压等级及以上。

根据一次绕组对地的运行状态

一次绕组接地的电压互感器:单相电压互感器一次绕组端部或三相电压互感器一次绕组中性点直接接地；

一次绕组不接地的电压互感器:单相电压互感器一次绕组的两端对地绝缘；三相电压互感器一次绕组的所有部分，包括接线端子，均对地绝缘，绝缘等级与额定绝缘等级一致。

根据磁路结构

单级电压互感器:一次绕组和二次绕组可以有多个二次绕组绕在一个铁芯上，铁芯处于地电位。在我国，单级电压用于电压等级及以下；

级联式电压互感器:一次绕组分成若干个匝数相同的单元，串联在相和地之间。每台机组都有自己独立的铁芯，带有多个高电压的铁芯，二次绕组可以根据需要在最后一台机组上设置多个接地的二次绕组。我国电压等级普遍采用这种结构；

组合变压器:由电压互感器和电流互感器组成的变压器称为组合变压器，一些用组合电器生产的变压器也称为组合变压器。

电流互感器

按目的

测量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，向测量和计量装置提供电网电流信息；

保护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。

根据绝缘介质

干式电流互感器:普通绝缘材料浸漆作为绝缘；

浇注式电流互感器:用环氧树脂或其他树脂混合物模制的电流互感器；

油浸式电流互感器:用绝缘纸和油绝缘，一般在户外。在国内常用于各种电压等级；

气体绝缘电流互感器:主绝缘由气体组成。

根据电流变换的原理

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；

光电电流互感器:通过光电转换原理实现电流变换的电流互感器，目前仍在研制中。

根据该安装方法

穿透式电流互感器:用于穿过屏或墙的电流互感器；

柱式电流互感器:安装在平面或柱子上，用作一次回路的导体柱的电流互感器；

套管式电流互感器:无一次导体和一次绝缘，直接套在绝缘套管上的电流互感器；

母线电流互感器:一种无一次导体但有一次绝缘，直接套在母线上使用的电流互感器。

有源电子式电流互感器的特点是初级传感器为空线圈，高压侧电子器件需要电源供电才能工作。

电流互感器的功能特性

多抽头电流互感器。在这种类型的电流互感器中，初级绕组是不变的。当缠绕次级绕组时，增加几个抽头以获得多个不同的变压比。它有一个铁芯和一个固定匝数的初级绕组，次级绕组用绝缘铜线缠绕在套在铁芯上的绝缘筒上。二次绕组不同变比的抽头引出后连接到接线端子座上，每个抽头都有自己的接线端子，形成多种变比。这种电流互感器的优点是可以根据负载电流比，通过改变二次接线端子的接线来改变变比，不需要更换电流互感器，为使用提供了方便。

不同变比的电流互感器。这种类型的电流互感器具有相同的铁芯和一次绕组，而二次绕组被分成两个不同匝数的独立绕组，以满足相同负载电流下不同变比和不同精度等级的需要。例如，为了保证相同负载条件下电能计量的准确度，要求变压比更小(满足一次额定值2/3左右的负载电流)，准确度等级更高(如1K1.1K2为200/5)。对于电气设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，需要进行较大的改动，准确度等级可以略低(如2K1.2K2为300/5.1)。

可调初级绕组，次级多绕组电流互感器。这种电流互感器的特点是有很多特定的可变范围，可以改变，在高压电流互感器中比较常见。它的一次绕组分为两段，分别穿过变压器的铁芯，二次绕组分为两个带抽头、不同精度等级的独立绕组。初级绕组与变压器外部的连接件相连。通过改变连接件的位置，使初级绕组串联或并联，从而改变初级绕组的匝数，以获得不同的变压比。抽头次级绕组本身被分成两个具有不同比率和不同精度水平的绕组。随着一次绕组连接片位置的变化，一次绕组的匝数也相应变化，其比值也随之变化，从而形成多量程比。分接的次级独立绕组的不同变压比和精度等级可应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等。以满足他们不同的需求。

组合式电流电压互感器。组合式互感器是电流互感器和电压互感器的组合，多安装在高压计量箱和柜内，作为计量电能的电源或作为电气设备的继电保护装置。组合式电流电压互感器是将两个或三个电流互感器的一次、二次绕组和铁芯以及电压互感器的一次、二次绕组和铁芯固定在一个钢架上，浸入装有变压器油的箱内，将一次、二次绕组引出并连接在箱外的高低压瓷瓶上，形成一个绝缘封闭的整体。一次侧接供电线路，二次侧接计量装置或继电保护装置。根据不同的需要，组合式电流电压互感器可分为V/V接法和Y/Y接法，用于测量三相负载平衡或不平衡时的电能。

主要功能

电力系统为了传输电能，往往采用交流电压和大电流电路向用户输送电能，这些电能是仪器无法直接测量的。变压器的作用是将交流电压和大电流按比例降低到仪器可以直接测量的数值，便于仪器直接测量，同时为继电保护和自动化装置提供电源。电力系统变压器是将电网高压大电流信息传递给低压小电流二次侧计量测量仪表、继电保护和自动化装置的特种变压器。它是一次系统和二次系统之间的接触元件。其一次绕组与电网相连，二次绕组分别与测量仪表和保护装置相连。配合变压器的测量仪表和计量装置，可以测量一次系统的电压、电流和电能；在继电保护和自动装置的配合下，可以形成电网中各种故障的电气保护和自动控制。变压器的性能直接影响电力系统测量和计量的准确性以及继电保护装置的可靠性。

一般特征

1.初级线圈串联在电路中，匝数很少。因此，初级线圈中的电流完全取决于被测电路的负载电流，而与次级电流无关；

2.连接在电流互感器二次线圈上的仪表和继电器的电流线圈的阻抗很小，所以一般情况下，电流互感器是在短路状态下工作的。

电流互感器的一次和二次额定电流之比称为电流互感器的额定互感比:kn=I1n/I2n。

因为一次线圈的额定电流I1n已经标准化，二次线圈的额定电流I2n统一为5(1或0.5) A，所以电流互感器的额定互感比也已经标准化。Kn也可以近似表示为变压器一、二次线圈的匝数比，即kn≈kN=N1/N2，其中N1。N2是初级和次级线圈的匝数。

常见类型的变压器

共有物种

电子变压器

变频功率传感器是一个电子变压器。变频功率传感器通过交流电对输入的电压和电流信号进行采样，然后将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字输入二次仪表相连。数字输入二次仪表计算电压、电流的采样值，可获得电压有效值、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。

变压器分为两类:电压互感器和电流互感器。它们的主要功能如下:将一次系统的电压和电流信息准确地传递给二次侧的相关设备；将一次系统的高电压、大电流转化为二次侧的低电压(标准值)、低电流(标准值)，从而实现测量仪表、继电器等装置的标准化、小型化，降低二次设备的绝缘要求；二次侧设备和二次系统与一次系统的高压设备电气隔离良好，保证了二次设备和人员的安全。

电压互感器

测量电流互感器主要用于测量电流、电压、功率等。在生产线的正常工作状态下，配合测量仪器。测量小型电流互感器的主要要求:

1、绝缘可靠；

2.足够高的测量精度；

3.当被测线路发生故障，出现大电流时，变压器应在适当的范围内(如500%额定电流)饱和，以保护测量仪表。

保护电流互感器保护电流互感器主要配合继电装置，在短路过载等故障情况下，向继电装置提供信号，切断故障电路，保护供电系统的安全。保护用小型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同。保护变压器只有在电流比正常电流大几倍或几十倍时才开始有效工作。

电流互感器

它是利用变压器的一次和二次电流成正比的特性制成的。其工作原理和等效电路与一般变压器相同，只是其一次绕组串联在被测电路中的匝数少。二次绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。一次电流(即被测电流)和二次电流取决于被测线路的负荷，而与电流互感器的二次负荷无关。由于副边接近短路，原边和副边的电压U1和U1都很小，励磁电流I0也很小。电流互感器运行时，二次侧不允许开路。一旦电路开路，一次电流变成励磁电流，使磁通和二次电压大大超过正常值，危及人身和设备安全。因此，不允许在电流互感器的二次回路中连接熔断器，不允许在运行中无旁路地拆卸电流表、继电器等设备。电流互感器的接线方式应根据其所接负荷的运行要求来确定。最常用的接线方式有单相、三相星形和不完全星形。

组合变压器

组合式变压器是将电压互感器和电流互感器组合在一起的变压器。组合式互感器可以将高压变为低压，将大电流变为小电流，从而达到测量电能的目的。

箝位变压器

钳形电流互感器是一种精密电流互感器(DC传感器)，是专为电力现场测量和计量的特点而设计的。该系列变压器由高精度高磁导率材料制成。线性卓越。抗干扰能力强等。使用时，可直接夹紧母线或汇流条，无需接线和断电。用起来很方便。可与电能表现场校验仪、多功能电能表、示波器、数字万用表、双钳接地电阻测试仪、双钳相位伏安表等多种测量仪器配合使用。，并能在不间断供电的情况下测量和比较各种电气参数。

零序变压器

零序电流保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律:流入电路中任意节点的复电流的代数和等于零。在线路和电气设备正常情况下，各相电流的矢量和等于零。所以零序电流互感器二次绕组没有信号输出，执行机构不动作。发生接地故障时，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产生磁通，零序电流互感器二次侧的感应电压使执行器动作，驱动跳闸装置，切换供电网络，从而达到接地故障保护的目的。功能:当电路发生触电或漏电故障时，能保护和切断电源。用法:可以在三相线上各装一个电流互感器，也可以三相导线一起穿过一个零序电流互感器，也可以在中性线N上装一个零序电流互感器，检测三相电流矢量之和。零序电流互感器采用ABS工程塑料外壳密封，全树脂浇注，有效避免了互感器长期使用过程中的腐蚀。保温性能好，外形美观。它具有灵敏度高、线性度好、工作可靠、安装方便等特点。其性能优于普通零序电流互感器，适用范围广。它不仅适用于电磁继电保护，也适用于电子和微机保护装置。

基于的互感器误差测量和类别比较

误差测量

直流法

用一节1.5 ~ 3V干电池将其阳极接在变压器的一次线圈L1和L2上，变压器的二次侧K1接在毫安表的阳极上，阴极接在K2上。线路接通后，打开毫安表指针对K的正偏置，关闭毫安表指针的负偏置，表示变压器接电池正极的端子与接毫安表正端的端子极性相同。

1.K1极性相同，即变压器极性降低。如果指针摆动与上述相反，则增加极性。

交换方法

赔偿金额如下:

δf = Nx/(N2-Nx)×100%

补偿圈数

只有对比度差可以补偿，补偿量与二次负载和电流无关。一般补偿匝数只有几匝。匝数补偿应计算电流低端的最大次级阻抗和电流高端的最小次级阻抗之间的误差。对于高精度微型电流互感器匝数补偿，即使只补偿一匝，也会补偿多余部分。此时，可以使用半匝或分数匝补偿。但是电流互感器的匝数是通过铁芯窗口由闭合回路计算的，电流互感器的匝数是按一匝计算的，所以没有半匝。半匝或分数匝补偿必须采用双绕组和双芯等辅助手段。辅助铁芯补偿对比度差，

角度差可以补偿，但是辅助铁芯补偿制造工艺复杂。电容补偿可以通过在次级绕组两端直接并联电容来实现。对比度差在补偿中起积极作用，补偿与二次负载Z=RiX和补偿电容的X分量成正比。对角差负向补偿，补偿与二次负载Z=RiX的R分量和补偿电容成正比。电容补偿是一种理想的补偿方法。在微型精密电流互感器中，一般二次绕组直接连接运算放大器的电流/电压转换，其二次阻抗基本为零，因此电容补偿的作用相对较小。一般可以在电流/电压转换级加入移相电路，解决角度差问题。用户可以根据随厂带的电流互感器检验报告中的检验误差数据来调整和计算移相电路。

物种比较

电压互感器和电流互感器是电力系统中重要的电气设备。它们负责高低压系统之间的隔离以及高压到低压的转换。接线正确与否对系统的保护、测量、监控等设备的正常工作具有重要意义。当PT、CT新安装、投运或更换PT、CT二次电缆时，通过极性试验检查PT、CT接线的正确性是继电保护工作人员必不可少的工序。

避免极性反转就是找到变压器输入输出的“同名端”，具体方法就是“点极性”。这里以电流互感器为例说明如何点极性。具体来说，将指针式万用表接在变压器的二次输出绕组上，将万用表设置在DC电压电平；然后将干电池的负极固定在电流互感器的一次输出线上；用充电电池的正极“点”电流互感器的一次输入线，使互感器一次回路中产生一个+(正)脉冲电流；同时观察指针式万用表的指针向哪个方向“偏移”。如果万用表的指针从0向右偏移，J表示指针处于“on”位置，这意味着所连接的电流互感器一次输入端和与指针式万用表正极端子相连的电流互感器二次输出端同名，这种连接称为“正极性”或“负极性”。如果万用表的指针从0向左偏移，即指针向后转，说明所连接的电流互感器一次输入端和与指针式万用表正端连接的电流互感器二次输出端不是同一个名称，这种连接称为“反极性”或“极性相加”。

变压器的注意事项及故障分析

每个产品都有自己的注意事项，在应用变压器时需要注意以下几个方面:

1.电流互感器的额定一次电流一般为线路电流的1.2~1.4倍，主要是考虑线路过载时电流互感器、电流表或电能表等电气设备不会被烧毁。

2.电流互感器的额定一次电流不能与线路的实际工作电流相差太大，会影响电流互感器的测量精度。

3.变压器的精度只能在额定二次输出负载范围内保证。因此，包括二次线路的负荷和计量装置的负荷是变压器的实际工作负荷。当变压器的实际二次输出负载大于变压器的额定二次输出负载时，变压器的精度会降低，严重过载时会烧毁变压器。

4.当变压器的实际二次输出负载低于变压器的额定二次输出负载时，变压器的精度会降低。

5.根据不同的应用场合选择合适的变压器产品。

6.不要将室外变压器与室内变压器混用。

烧毁原因:

1.电压互感器低压侧发生匝间、相间短路时，低压熔断器尚未熔断。由于励磁电流迅速增大，高压熔丝管的熔丝熔断或变压器烧坏。

2.10kV出线发生单相接地时，电压互感器一次侧的非故障相对地电压为正常电压值的3倍根号。电压互感器的铁芯很快饱和，励磁电流急剧增大，使熔断器熔断。

3.因为电力网络中具有容性和感性参数的元件，尤其是具有铁芯的铁磁感性元件，在参数组合不利时会引起铁磁谐振。

4.流经电压互感器一次绕组的零序电流增大(与接地电流超标的系统相比)。长时间运行时，零序互感器产生的热效应会使电压互感器绝缘损坏、爆裂；

5.系统中存在非线性振荡(弧光接地过电压)，大大加剧了系统中电压互感器的损坏过程；

6.电压互感器本身的冷却条件差。

类型差异:

最重要的区别是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磁通密度接近饱和值，故障时磁通密度降低；电流互感器正常工作时，磁通密度很低，但短路时，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.电压互感器是一种用于测量电网高电压的专用互感器。它可以将高电压按照规定的比例转换成较低的电压，然后连接到仪器上进行测量。电压互感器，无论一次电压多少伏，二次电压一般规定为100伏，以供给电压表、功率表、电度表和继电器的电压线圈所需的电压。

3.二次电流互感器可以短路，但不能开路；电压互感器第二次可以开路，但不能短路。将大电流按规定比例转换成小电流的电气设备称为电流互感器。电流互感器二次侧的电流一般为5 A或1 A，以供给电流表、功率表、电度表和继电器的电流线圈电流。

4.对于二次侧的负载，电压互感器的一次内部阻抗很小，甚至可以忽略不计，可以认为是电压源。但是电流互感器的一次电阻很大，可以认为是一个电阻无穷大的电流源。

来源:网络、工业科普、电气百科、电气百科等。