電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)

1、第二章 電磁式電壓互感器一 電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)1電壓互感器的工作原理與技術(shù)特性 電壓互感器的構(gòu)造、原理和接線都與電力變壓器相同，差別在于電壓互感器的容量小，通常只有幾十或幾百VA，二次負(fù)荷為儀表和繼電器的電壓線圈，基本上是恒定高阻抗。其工作狀態(tài)接近電力變壓器的空載運(yùn)行。 電壓互感器的高壓繞組，并聯(lián)在系統(tǒng)一次電路中，二次電壓U2與一次電壓成比例，反映了一次電壓的數(shù)值。一次額定電壓UIN，多與電網(wǎng)的額定電壓相同，二次額定電壓U2N，一般為100V、100/V、100/3V。 電壓互感器的一、二次繞組額定電壓之比，稱為電壓互感器的額定變比KN，則 KN= （2-1-1)式中 N1、N2電壓互感器

2、原、副繞組的匝數(shù)。 由式（2-1-1）知，若已知二次電壓U2的數(shù)值，便能計(jì)算出一次電壓U1的近似值，為 U1=kNU2 由于電壓互感器的原繞組是并聯(lián)在一次電路中，與電力變壓器一樣，二次側(cè)不能短路，否則會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，燒毀電壓互感器。同樣，為了防止高、低壓繞組絕緣擊穿時(shí)，高電壓竄入二次回路造成危害，必須將電壓互感器的二次繞組、鐵心及外殼接地。 2電壓互感器的誤差及準(zhǔn)確度等級(jí) 與電流互感器類似，電壓互感器的誤差也分為電壓誤差和角誤差。（一） 電壓誤差U 是二次電壓的測(cè)量值U2乘以額定變比KN（即一次電壓的測(cè)量值）與一次電壓的實(shí)際值U1之差，并以一次電壓實(shí)際值的百分?jǐn)?shù)表示，即 U=×

3、100% （2-1）（二） 角誤差折算到一次側(cè)的二次電壓U2，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)1800與一次電壓U1之間的夾，并規(guī)定當(dāng)-U2超前U1時(shí)，角為正值，反之，角為負(fù)值。（三） 影響誤差的因素電壓互感器的誤差與其工作情況的關(guān)系，可由電壓互感器根據(jù)T形等值電路所作的向量圖加以說(shuō)明，如圖2-1所示，其中二次側(cè)各量均折算到一次側(cè)，二次部分各相量省略未畫，為了使相量顯得清楚，放大了各阻抗壓降部分的比例，并畫出一條角誤差的座標(biāo)軸線（一）（+）。從圖中看出：OA為一次電壓相量U1，是以下三部分電壓的相量和：（1） 反方向的二次電壓向量即- U2。（2） 勵(lì)磁電流（空載電流）IO在一次 繞組 的漏阻抗上的壓降，即IO（

4、R1+jX1）。（3） 反方向的二次電流向量在原、副 繞組 漏阻抗的電壓降之和，即 -I 2R1+R2+j(X1+X 2)從相量圖中可以看出，影響電壓互感器誤差的因素有：（1） 原、副繞組的電阻R1、R2和漏抗X1、X 2。（2） 空載電流IO。（3） 二次負(fù)載電流的大小I2及其功率 因數(shù)COS2。 圖2-1 電壓互感器的相量圖 前兩個(gè)因素與制造有關(guān)，第三因素決定于工作條件，即與二次負(fù)載有關(guān)。當(dāng)二次電流增大功功率因素COS2降低時(shí)，誤差也就增大。（四） 電壓互感器的準(zhǔn)確度等級(jí) 電壓互感器根據(jù)誤差的不同，劃分為不同的準(zhǔn)確度等級(jí)。我國(guó)電壓互感器的準(zhǔn)確度分為四級(jí)，即0.2級(jí)、0.5級(jí)、1級(jí)、3級(jí)，每

5、種準(zhǔn)確度等級(jí)的誤差限值見表2-1。 電壓互感器的每個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)，都規(guī)定有對(duì)應(yīng)的二次負(fù)荷的額定容量S2N（VA）。當(dāng)實(shí)際的二次負(fù)荷超過(guò)了規(guī)定的額定容量時(shí)，電壓互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)就要降低。要使電壓互感器能在選定的準(zhǔn)確度等級(jí)下工作，二次所接負(fù)荷的總?cè)萘縎2必須小于該準(zhǔn)確度等級(jí)所規(guī)定的額定容量S2N。電壓互感器準(zhǔn)確等級(jí)與對(duì)應(yīng)的額定容量，可從有關(guān)電壓互感器技術(shù)數(shù)據(jù)中查取。 表2-1 電壓互感器的準(zhǔn)確等級(jí)和誤差限值準(zhǔn)確度等級(jí)最 大 容 許 誤 差一次電壓和二次負(fù)荷電壓誤差（±%）角誤差（±分）0.20.210電壓：（0.851.15）一次額定電壓0.50.530負(fù)荷：（0.251）互感

6、器額定容量1140功率因數(shù)：COS2=0.833不規(guī)定 3 電壓互感器的類型及基本結(jié)構(gòu) 電壓互感器種類較多，按繞組數(shù)分為雙繞組和三繞組兩種，三繞組電壓互感器除了一、二次繞組外還有一組（個(gè)）輔助二次繞組供絕緣監(jiān)測(cè)及零序回路。按相數(shù)分為單相和三相式，額定電壓35kV及以上的電壓互感器均制造為單相式。按安裝地點(diǎn)分為戶內(nèi)和戶外式，35kV及以下多制成戶內(nèi)式。按絕緣及冷卻方式可分為干式、澆注式，油浸式和充氣式，干式（浸絕緣膠）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)著火爆炸危險(xiǎn)，但絕緣強(qiáng)度較低，只適用于6kV以下的戶內(nèi)裝置；澆注式結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便，適用于335kV戶內(nèi)配電裝置；油浸式絕緣性能好，可用于10kV以上的戶內(nèi)外配電裝置

7、；充氣式用于SF6全封閉組合電器中。此外還有電容式電壓互感器。 （1）JDZJ10型電壓互感器 JDZJ-10型電壓互感器為環(huán)氧樹脂澆鑄絕緣，外形結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。這種電壓互感器為單相三繞組，環(huán)氧樹脂澆注絕緣的戶內(nèi)型互感器?？捎萌齻€(gè)電壓互感器組成三個(gè)YN/yn/d 接線，供中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電壓、電能測(cè)量及接地保護(hù)之用，可取代老型號(hào)的JSJW型三相五柱電壓互感器。1一次出線 2套管 3主絕緣 4鐵心 5二次出線 圖2-2 （2）JDJ-10型電壓互感器 JDJ-10型電壓互感器為單相油浸式電壓互感器，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。鐵心和線圈裝在充滿變壓器油的油箱內(nèi)，線圈出線通過(guò)固定在箱蓋上的套管引出。

8、用于戶外配電裝置。 1鐵心 2線圈 3一次出線4二次出線 圖2-3（3）JSJW-10型電壓互感器 JSJW-10型電壓互感器為三相五柱式電壓互感器，其外形及鐵芯、繞組接線，如圖2-4所示。繞組分別繞在中間在個(gè)鐵心上，兩側(cè)有兩個(gè)輔助鐵芯柱，作為單相接地時(shí)的零序磁通通道，使原繞組的零序阻抗增大，從而大大限制了單相接地時(shí)通過(guò)互感器的零序電流，而不致危害互感器。每個(gè)鐵心柱均繞有三個(gè)繞組，一次繞組接成星形并引出中線，因此在油箱蓋上有四個(gè)高壓瓷瓶端子。每相有兩個(gè)二次繞組，一組為基本繞組接成星形，中性點(diǎn)也引出，接線端子為a、b、c、o；另一組為輔助繞組接成開口三角形，引出兩個(gè)接線端子a1、x1。廣泛用于小

9、接地電流系統(tǒng)，作為測(cè)量相、線電壓和絕緣監(jiān)察之用。圖2-4（4）JCC-110型電壓互感器JCC-110型電壓互感器是采用串級(jí)式結(jié)構(gòu)，參數(shù)相同的原繞組線圈單元分別套在鐵心上下兩柱上，串接在相線和地之間，兩個(gè)線圈單元的連接點(diǎn)與鐵心連接在瓷箱內(nèi)，鐵心與底座絕緣。瓷箱兼作油箱和出線套管，減輕了重量和體積，如圖2-5所示。由于每個(gè)單元參數(shù)相同，電壓在各個(gè)單元上均勻分布，所以，每一級(jí)只處在該裝置這一部分電壓之下。鐵心和線圈采用分級(jí)絕緣，因此，可大量節(jié)約絕緣材料。 在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，每個(gè)線圈單元上的電壓與相電壓Uxg成正比，最末一個(gè)與地連接的線圈單元具有副繞組，因而能成 比例地反映系統(tǒng)相電壓Uxg的變

10、化。 當(dāng)副繞組開路時(shí)，由于鐵芯中的磁通相等，使電壓在各單元線圈上分布均勻，如圖2-6（a）所示，每一線圈單元與鐵芯的電位差只有Uxg/2。但鐵芯與外殼之間存在Uxg/2 的電位差，所以必須絕緣。由于瓷外殼是絕緣的，且絕緣的最大計(jì)算電壓不超過(guò)Uxg/2，所以容易做到，而普通結(jié)構(gòu)的互感器，必須按全電壓Uxg設(shè)計(jì)絕緣。 當(dāng)副繞組接通負(fù)荷后，由于副繞組電流產(chǎn)生去磁磁勢(shì)，產(chǎn)生漏磁通，使上、下鐵芯柱內(nèi)的磁通不相等，破壞了電壓在各線圈單 元的均勻分布，使準(zhǔn)確度降低。為了避免這 種現(xiàn)象，在兩單元的鐵芯上加裝繞向和匝數(shù) 相同的平衡繞組，并作反極性連接，如圖2-6 所示。當(dāng)兩單元鐵心內(nèi)的磁通不相等時(shí)，平衡繞組中將產(chǎn)生環(huán)流，如圖中箭頭所指方向，使上鐵心柱去磁，使下鐵芯柱增磁，達(dá)到上、下鐵心內(nèi)的磁通基本相等，從而使各線圈單元的電壓分布較均勻，提高了準(zhǔn)確度。 圖2-5 JCC-110型電壓互感器結(jié)構(gòu)圖 1油擴(kuò)張器；2瓷外殼；3上柱繞組；4鐵心 5下柱繞組；6支撐電木板；7底座 圖2-6 110千伏串級(jí)式電壓互感器的原理接線圖 （a）原理圖；（b） 繞組的連接 1鐵芯；2一次繞組；3平衡繞組；4二次繞組JCC-110型電壓互感器有兩個(gè)副繞組，基本