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 *** 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统称。它能把高压变成低压，把大电流变成小电流，用于测量或保护系统。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，保证人员和设备的安全。

变压器的发展

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，开发了许多专用变压器，如电压电流复合式变压器、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，为了发展什么电压等级和规模的电力系统，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，铁心电流互感器以干式、油浸式和气体绝缘结构满足电力建设的发展需要。然而，随着输电容量的不断增长、电网电压水平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不兼容的弱点。其固有的体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄等弱点，难以满足新一代电力系统自动化和电力数字化 *** 的发展需要。

随着光电技术的迅速发展，许多技术发达国家已经将注意力转向利用光学传感技术和电子 *** 来开发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，还包括其他各种基于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、交流功率的测量和电力传动线路的保护。

电压互感器

通过使用

测量电压互感器或测量电压互感器绕组:在正常电压范围内，向测量和测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:采用浸渍绝缘漆的普通绝缘材料作为绝缘，多用于低电压等级及以下；

浇注隔离电压互感器:由环氧树脂或其他树脂混合材料浇注而成，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，常用于以下电压等级；

隔离电压气体变压器:气体是主要绝缘，多用于较高电压等级。

通常专门为测量设计的低压变压器是干式的，高压或超高压密封气体绝缘变压器(如六氟化硫)也是干式的。铸造适用于35kV及以下的电压互感器，35kV以上产品为油浸式。

根据阶段的数量

产品多为单相，由于电压互感器容量小，体积小，三相高压套管之间的内外绝缘要求难以满足，因此只有3-15kV产品有时采用三相结构。

根据电压变换的原理

电磁式电压互感器:根据电磁感应原理进行电压变换。原理与基本结构和变压器完全类似，在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。，用于中性点接地系统中的电压测量、功率测量、继电保护和载波通信；

光电电压互感器:利用光电转换原理实现电压转换，目前仍在研发中。

根据使用条件

室内电压互感器:安装在室内配电设备中，一般用于及以下电压等级；

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。

根据初级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，均与地面绝缘，绝缘等级与额定绝缘等级一致。

根据该磁路结构

单级电压互感器:一次绕组和二次绕组可根据需要配置多个二次绕组缠绕在一个铁芯上，铁芯处于地电位。国内及以下采用单级电压；

级联式电压互感器:一次绕组分为若干个匝数相同的单元，串联在相和地之间，每个单元都有自己独立的铁芯，铁芯多根，电压高，二次绕组可根据需要在最后一个接地单元设置多个二次绕组。这种结构在我国电压等级中普遍使用；

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

通过使用

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的信息。

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；

现浇电流互感器:由环氧树脂或其他树脂混合物浇注而成的电流互感器；

油浸式电流互感器:用绝缘纸和绝缘油绝缘，一般户外。在国内各种电压等级中常用；

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转换的电流互感器；

光电电流互感器:利用光电转换原理实现电流转换的电流互感器，目前仍在研制中。

根据该安装 ***

穿透式电流互感器:用于穿透屏幕或墙壁的电流互感器；

柱式电流互感器:安装在平面或柱子上，用作一次回路导体支柱的电流互感器；

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；

母线式电流互感器:无一次导体，有一次绝缘，直接套在母线上的电流互感器。

有源电子式电流互感器的特点是以空磁芯线圈作为一次传感器，高压侧的电子器件需要电源才能工作。

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，一次绕组不变，二次绕组绕制时，增加几个抽头，以获得不同的变比。它有一个铁芯和一个固定匝数的初级绕组。其二次绕组缠绕在用绝缘铜线套在铁芯上的绝缘筒上，二次绕组不同变比的抽头引出连接到接线端子上，每个抽头有自己的端子，形成多个变比。这种电流互感器的优点是可以根据负载电流变比改变二次端子的连接，而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，在相同的负载下，为了保证电能计量的准确性，要求变比更小(满足负载电流在一次额定值的2/3左右)，准确度等级更高(如1K1.1K2为200/5)。但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，变化量应较大，准确度水平可略低(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可变范围多，可以改变，在高压电流互感器中比较常见。一次绕组分为两段，分别穿过变压器铁芯，二次绕组分为两个独立的绕组，有抽头，精度等级不同。初级绕组与设置在变压器外部的连接件连接。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。抽头二次绕组本身分为两个不同变比和不同精度等级的绕组。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，其变比也随之变化，从而形成多量程变比。分接二次独立绕组的不同变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。以满足不同的应用需求。

组合式电流电压互感器。组合式互感器由电流互感器和电压互感器组成，多安装在高压计量箱和柜内，用作计量电能的电源或用电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、二次绕组及铁芯和电压互感器的一次、二次绕组及铁芯固定在钢架上，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分为V/V型和Y/Y型两种，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表可以直接测量的数值，便于仪表直接测量，为继电保护和自动化装置提供电源。电力系统用变压器是将电网的高电压、大电流信息传递给低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表、继电保护和自动化装置的专用变压器。它是一次系统和二次系统之间的连接元件。其一次绕组接入电网，二次绕组分别接入测量仪表和保护装置。一次系统的电压、电流和电能可通过互感器配合测量仪器和测量装置进行测量。它与继电保护和自动装置配合，可以构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.初级线圈串联在匝数少的电路中，所以初级线圈中的电流完全取决于被测电路的负载电流，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，电流互感器工作在接近短路的状态。

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)安培，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次线圈和二次线圈的匝数比，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。变频功率传感器对交流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。数字输入二次仪表对电压、电流的采样值进行计算，可获得电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。

变压器分为电压互感器和电流互感器。其主要功能是:将一次系统的电压、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)，从而使测量仪表、继电器等设备标准化、小型化，降低对二次设备的绝缘要求；一次系统的二次设备、二次系统和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与测量仪表配合使用，用于测量电流、电压、功率等。在线路正常工作状态下。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.变压器应在适当的范围内(如额定电流的500%)饱和，以在被测线路故障且有大电流时保护测量仪表。

保护电流互感器保护电流互感器主要配合继电装置，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号，切断故障线路，保护供电系统的安全。保护用微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、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普通变压器相同，只是其一次绕组串联在被测电路中，匝数很少。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。由于二次侧接近短路，一次侧和二次侧电压U1和励磁电流I0之和非常小。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，电流互感器的二次回路中不允许有熔断器，运行中不允许无旁路拆除电流表、继电器等设备。电流互感器的接线方式根据所接负载的运行要求来确定。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，从而达到电能计量的目的。

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使用的特点而设计的。该系列变压器由高精度高磁导率材料制成。出色的线性度。抗干扰能力强等。使用时，可以直接夹在汇流条上或汇流条上，无需布线和断电，使用非常方便。可与各种测量仪表、电能表现场校验仪、多功能电能表、示波器、数字万用表、双卡接地电阻测试仪、双卡相位伏安表等配套使用。，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。线路和电气设备正常时，各相电流的矢量和等于零。因此零序电流互感器二次绕组无信号输出，执行器不动作。发生接地故障时，各相电流的矢量和不为零，故障电流在零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，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 *** ，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，保护动作，切断电源。用途: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。绝缘性好，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，应用广泛。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

将1.5 ~ 3V干电池的正极接到初级线圈L1上，将变压器的L2接到负极上。变压器的二次侧K1连接到毫安表的正极，负极连接到K2。接好线后，将毫安表指针正极K打开，关到负极，表示变压器接电池正极的一端与接毫安表正极的一端极性相同。

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，则极性增加。

交换 ***

赔偿金额如下:

δf = Nx/(N2-Nx)×100%

匝数补偿

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，匝数补偿要计算更大电流低端副边阻抗和最小电流高端副边阻抗之间的误差。对于高精度的微型电流互感器，即使只补偿一匝，也会过补偿。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闭环计算的，电流互感器的匝数是一次计算一匝，没有半匝。如果采用半匝或分数匝补偿，必须采用双绕组、双铁芯等辅助手段。辅助铁芯补偿对比度差，

角度差起到了补偿的作用，但是辅助铁芯补偿法的 *** 工艺比较复杂。电容补偿可以通过在次级绕组两端直接并联电容来实现。对比度差起正补偿作用，补偿大小与二次负载Z=RiX的X分量成正比，与补偿电容成正比。对角线差在补偿中起负作用，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 *** 。在微型精密电流互感器中，二次绕组通常与运算放大器的电流/电压转换直接相连，其二次阻抗基本为零，因此电容补偿的作用相对较小。通常，可以在电流/电压转换级中添加相移电路来解决角度差问题。用户可以根据电流互感器出厂时自带的电流互感器检验报告中的检验误差数据来调整计算移相电路。

物种比较

电压互感器(PT)和电流互感器(CT)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新安装并投入运行或更换PT、CT二次电缆时，继电保护工作人员有必要通过极性试验检查PT、CT接线的正确性。

避免极性反接是找变压器输入输出的“同名端”，具体 *** 是“点极性”。这里以电流互感器为例来说明极性如何指向。具体 *** 是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电压范围内；然后将干电池的负极固定在电流互感器的一次输出引线上；然后用干电池的正极“点”电流互感器的一次输入引线，这样在互感器的一次回路中就会产生一个+(正)脉冲电流；同时观察指针式万用表的指针“移”向哪个方向。如果万用表指针从0向左向右移动，j为指针的“正启动”，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相连的电流互感器二次输出端”是同名端子，这种连接称为“正极性”或“负极性”。如果万用表的表针从0向右偏移，即表针“接反”，说明所连接的“电流互感器一次输入端”和“与指针式万用表正极端子连接的电流互感器二次输出端”不是同名端子，这种连接称为“极性反接”或“极性相加”。

变压器使用中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，这会影响电流互感器的测量精度。

3.只有当变压器在额定二次输出负载范围内，才能保证变压器的精度。所以包括二次线路的负荷和计量装置的负荷都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，变压器的精度会下降。

5.为不同的应用选择合适的变压器产品。

6.不要将室外变压器和室内变压器混用。

倦怠原因:

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，高压熔丝管因励磁电流迅速增大而熔断或烧坏互感器。

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。电压互感器铁芯快速饱和，励磁电流急剧增大，导致熔断器熔断。

3.由于电力 *** 中存在具有容性和感性参数的元件，尤其是具有铁芯的铁磁电感元件，当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(相对于接地电流超标的系统而言)，零序互感器产生的热效应在长期运行中会损坏和炸裂电压互感器的绝缘；

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.电压互感器本身散热条件差。

类型差异:

最重要的区别是正常运行时其工作状态不同，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，发生故障时，磁通密度下降；电流互感器正常工作时磁通密度很低，但短路时由于一次侧短路电流大，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，无论一次侧电压多少伏，二次侧电压一般设置在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；电压互感器可以二次开路，但一定不能短路。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规定为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，可以认为是内阻无穷大的电流源。

来源: *** 、工业科普、电气百科、电气百科等综合整理。

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