电压互感器的原理与结构

电压互感器电压互感器 一一 电磁式电压互感器的原理及结构电磁式电压互感器的原理及结构 1 1 电压互感器的工作原理与技术特性电压互感器的工作原理与技术特性 电压互感器的构造、原理和接线都与电力变压器相同，差别在于电压互感器的容 量小，通常只有几十或几百 VA，二次负荷为仪表和继电器的电压线圈，基本上是 恒定高阻抗。其工作状态接近电力变压器的空载运行。 电压互感器的高压绕组，并联在系统一次电路中，二次电压U2与一次电压成比 例，反映了一次电压的数值。一次额定电压UIN，多与电网的额定电压相同，二次 额定电压 U2N，一般为 100V、100/ 3V、100/3V。 电压互感器的一、二次绕组额定电压之比，称为电压互感器的额定变比KN，则 KN= U1N 1 U 1N≈ ≈（2-1-1) U 2 N 2 U 2N 式中 N1、N2——电压互感器原、副绕组的匝数。 由式（2-1-1）知，若已知二次电压 U2的数值，便能计算出一次电压 U1的近似 值，为 U1=kNU2 由于电压互感器的原绕组是并联在一次电路中，与电力变压器一样，二次侧不能 短路，否则会产生很大的短路电流，烧毁电压互感器。同样，为了防止高、低压绕 组绝缘击穿时，高电压窜入二次回路造成危害，必须将电压互感器的二次绕组、铁 心及外壳接地。 2 2 电压互感器的误差及准确度等级电压互感器的误差及准确度等级 与电流互感器类似，电压互感器的误差也分为电压误差和角误差。 （一） 电压误差△ U 是二次电压的测量值 U2乘以额定变比 KN（即一次电压的测量值）与一次电压的 实际值 U1之差，并以一次电压实际值的百分数表示，即 △ U= kNU 2 U 1×100% （2-1） U 1 （二） 角误差δ 折算到一次侧的二次电压 U′ δ ，并规定 当-U′ 2 超前 2，逆时针方向转 1800 与一次电压 U1之间的夹 U1时，δ 角为正值，反之，δ 角为负值。 （三） 影响误差的因素 电压互感器的误差与其工作情况的关系，可由电压互感器根据T 形等值电路所 作的向量图加以说明，如图 2-1 所示，其中二次侧各量均折算到一次侧，二次部分 各相量省略未画，为了使相量显得清楚，放大了各阻抗压降部分的比例，并画出一 条角误差的座标轴线（一）δ ——（+）δ 。从图中看出：O′ A 为一次电压相量 U1，是以下三部分电压的相量和： （1）反方向的二次电压向量即- U′ （R1+jX1）。 （3）反方向的二次电流向量在原、副 绕组 漏阻抗的电压降之和，即 -I ′ 2{R1+R′2}+j(X1+X ′2)} 2。 （2）励磁电流（空载电流）IO在一次 绕组 的漏阻抗上的压降，即 IO 从相量图中可以看出，影响电压互感器误差的因素有： （1）原、副绕组的电阻 R1、R′ （2）空载电流 IO。 （3）二次负载电流的大小 I′ 2 及其功率 因数 2 和漏抗 X1、X ′ 2。 COSΦ 2。 图 2-1 电压互感器的相量图 前两个因素与制造有关，第三因素决定于工作条件，即与二次负载有关。当二 次电流增大功功率因素 COSΦ 2 降低时，误差也就增大。 （四）电压互感器的准确度等级 电压互感器根据误差的不同，划分为不同的准确度等级。我国电压互感器的准 确度分为四级，即 0.2 级、0.5 级、1 级、3 级，每种准确度等级的误差限值见表 2-1。 电压互感器的每个准确度等级，都规定有对应的二次负荷的额定容量S2N （VA）。当实际的二次负荷超过了规定的额定容量时，电压互感器的准确度等级 就要降低。要使电压互感器能在选定的准确度等级下工作，二次所接负荷的总容 量 S2∑必须小于该准确度等级所规定的额定容量 S2N。电压互感器准确等级与对应 的额定容量，可从有关电压互感器技术数据中查取。 表 2-1 电压互感器的准确等级和误差限值 准确度等 级 最 大容许误差 电压误差 （±%） 角误差（±分） 一次电压和二次负荷 0.2 0.5 1 3 0.2 0.5 1 3 10 30 40 不规定 电压：（0.85～1.15）一次额定电 压 负荷：（0.25～1）互感器额定容 量 功率因数：COSΦ 2=0.8 3 3 电压互感器的类型及基本结构电压互感器的类型及基本结构 电压互感器种类较多，按绕组数分为双绕组和三绕组两种，三绕组电压互感器 除了一、二次绕组外还有一组（个）辅助二次绕组供绝缘监测及零序回路。按相 数分为单相和三相式，额定电压 35kV 及以上的电压互感器均制造为单相式。按安 装地点分为户内和户外式，35kV 及以下多制成户内式。按绝缘及冷却方式可分为 干式、浇注式，油浸式和充气式，干式（浸绝缘胶）结构简单、无着火爆炸危 险，但绝缘强度较低，只适用于 6kV 以下的户内装置；浇注式结构紧凑、维护方 便，适用于 3～35kV 户内配电装置；油浸式绝缘性能好，可用于 10kV 以上的户 内外配电装置；充气式用于 SF6全封闭组合电器中。此外还有电容式电压互感 器。 （1）JDZJ—10 型电压互感器 JDZJ-10 型电压互感器为环氧树脂浇铸绝缘，外形结构如图2-2 所示。这种电压 互感器为单相三绕组，环氧树脂浇注绝缘的户内型互感器。可用三个电压互感器组 成三个 YN/yn/d 接线，供中性点不接地系统的电压、电能测量及接地保护之用，可 取代老型号的 JSJW 型三相五柱电压互感器。 1－一次出线 2—套管 3—主绝缘 4—铁心 5—二次出线 图 2-2 （2）JDJ-10 型电压互感器 JDJ-10 型电压互感器为单相 油浸式电压互感器，结构如 图 2-3 所示。铁心和线圈装 在充满变压器油的油箱内，线 圈出线通过固定在箱盖上的套管引 出。用于户外配电装置。 1－铁心 2—线圈 3—一次出线 4—二次出线 图 2-3 （3）JSJW-10 型电压互感器 JSJW-10 型电压互感器为三相五柱式电压互感器，其外形及铁芯、绕组接线， 如图 2-4 所示。绕组分别绕在中间在个铁心上，两侧有两个辅助铁芯柱，作为单相 接地时的零序磁通通道，使原绕组的零序阻抗增大，从而大大限制了单相接地时通 过互感器的零序电流，而不致危害互感器。每个铁心柱均绕有三个绕组，一次绕组 接成星形并引出中线，因此在油箱盖上有四个高压瓷瓶端子。每相有两个二次绕 组，一组为基本绕组接成星形，中性点也引出，接线端子为a、b、c、o；另一组 为辅助绕组接成开口三角形，引出两个接线端子a1、x1。广泛用于小接地电流系 统，作为测量相、线电压和绝缘监察之用。 图 2-4 （4）JCC-110 型电压互感器 JCC-110 型电压互感器是采用串级式结构，参数相同的原绕组线圈单元分别套 在铁心上下两柱上，串接在相线和地之间，两个线圈单元的连接点与铁心连接在瓷 箱内，铁心与底座绝缘。瓷箱兼作油箱和出线套管，减轻了重量和体积，如图2-5 所示。由于每个单元参数相同，电压在各个单元上均匀分布，所以，每一级只处在 该装置这一部分电压之下。铁心和线圈采用分级绝缘，因此，可大量节约绝缘材 料。 在中性点直接接地系统中，每个线圈单元上的电压与相电压Uxg 成正比，最 末一个与地连接的线圈单元具有副绕组，因而能成 比例地反映系统