为什么电流互感器二次侧不能开路,电压互感器二次侧不能短路?

关注者
138
被浏览
213,745

30 个回答

建议题主学习一下电路原理(电工学),然后就会豁然开朗了。如果学过,就复习一下。

简单来探讨一下。注意,后续的讨论:

首先所有讨论都是接近理想的互感器。实际产品,涉及精度等远比这些复杂。

二是,简单起见不区分电阻、电抗和阻抗。

分割线----------------------

两种互感器都是变压器原理。但是应用不同。

根据变压器原理,变压器的原副边匝数(就是绕几圈)分别是n1,n2;阻抗分别是Z1,Z2;电压分别是U1,U2;电流分别是I1,I2,则:

\frac{U1}{U2}=\frac{n1}{n2} \frac{I1}{I2}=\frac{n2}{n1} \frac{Z1}{Z2}=\frac{n_{1}^{2}}{n_{2}^{2}}

先说电压互感器。

电压互感器是降压变压器,n1大,n2小 。例如10kV/100V的互感器,n1/n2=U1/U2=100。就是说副边10圈的话,原边1000圈。

接入电路时, 电压互感器是并联在用电回路两端的 ,它的一次侧电压、电流与电路中其他设备和负载无关。就是说U1等于系统电压,I1等于二次侧电流的n2/n1倍。因此,U2固定地等于系统电压U1的n1/n2倍。可见,对二次仪表而言, 电压互感器是电压源 。如下图:

当二次负载是10VA的测量仪表时,副边仪表阻抗约100*100/10=1000欧姆。为了保证测量精度,互感器副边的内阻R0相比测量仪表必须足够小到可忽略,否则内阻上压降太大精度就不够了。如果要保证电压有效值精度在0.5%以内,互感器副边内阻需在1000*0.5%=5欧姆之内才行。实际作为产品的互感器,有效输出都在25~100VA,这样的话副边内阻需低于0.5~2欧姆。假设我们的产品是2欧姆(实际产品都小于1欧姆)。

此时互感器内阻上的损耗P= I2^{2}*R2 = 0.1^{2}*2 =0.02W。

可见,电压互感器二次电流非常小,内部损耗也很小,发热可忽略。

但是,如果电压互感器二次侧短路。则I2=100/2=50A。互感器内阻上的损耗P= 50^{2}*2 =5000W。因为互感器都是为了测量设计的,其常规应用都是在以上所述的几十伏安输出之内,内部的线圈材料很细,如果短路,这么大的发热量是难以承受的。实际上,这种情况类似于电池、配电变压器等短路,会烧毁变压器,或者引起电池爆炸。

所以, 电压互感器二次不能短路 。但是开路是可以的,因为I2=0,互感器内部损耗也是0。

再说电流互感器。

电流互感器是升压变压器,n1小,n2大。 接入电路时, 电流互感器是和要测量电流的回路串联的。 因为一次侧一般仅有1到3匝(电缆或母线直穿或绕2~3匝),可以想象其反映在一次侧的阻抗很小。因此,原边的电流与电流互感器一次阻抗无关,等于被测量电路的电流。根据变压器原理可知,此时原边电流等于副边电流的n2/n1倍,因为n1小,所以实现了把大电流按比例缩小,从而方便测量的目的。例如500/5的电流互感器,n1/n2=I2/I1=1/100,副边电流是原边的百分之一。如果互感器是原边直接穿母线或者电缆的话,原边相当于1匝,副边有100匝。因为原边电流I1不由互感器决定,所以副边电流I2也不由互感器决定,可见, 电流互感器是电流源。

当电流互感器的二次负载是10VA的测量仪表时,副边负载阻抗约10/(5*5)=0.4欧姆。根据电流源的定义,可以认为互感器本身是一个5A的理想电流源和一个阻值较大的内阻的并联,内阻起到了分流的作用。

我们测量时,希望的是无论测量仪表的阻抗怎么变,只要在互感器负载范围内,电流大小都是恒定的,就是说变化量在精度范围内。这就要求并联内阻的阻值要远大于负载阻抗。同样假设精度0.5%,则副边内阻需在0.4/0.5%=80欧姆以上。此时负载阻抗只要在0.4欧姆之内变化(二次输出小于10VA),电流可认为基本恒定不变(等于原边被测量电流的百分之一)。

为方便计算,我们假设实际产品精度更好,内阻是100欧姆。

此时,反映在副边上的电压U2等于测量仪表两端电压,即U2=5*0.4=2V。电流源的并联内阻上也是2V。损耗=2*2/100=0.04瓦。以上为正常运行情况。

如果二次侧开路,即仪表阻抗为无穷大,则内阻R0上电流为5A,其两端电压U2=5*100=500V,损耗=5*5*100=2500W。

此时,互感器会严重发热,并因为电压太高,可能击穿损坏。

所以, 电流互感器不能开路 。但二次侧短路是可以的,因为如果短路,输出电流不变,仍为5A,内阻上电流为0,损耗为0。互感器不受影响。