電壓互感器結(jié)構(gòu)特點及選型要求

1、2022-5-61電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求一、電壓互感器基本原理一、電壓互感器基本原理 電壓互感器是一種專門用作變換電壓的特種變壓器，代號PT(Pressure Transformer)或VT(Voltage Transformer )。電壓互感器的一次繞組并聯(lián)接在電力系統(tǒng)的線路中，二次繞組接有測量儀器、儀表、繼電器等設(shè)備。這些設(shè)備就是電壓互感器的二次負荷。根據(jù)電力線路的電壓等級，電壓互感器的一、二次繞組之間設(shè)置有足夠的絕緣，以保證所有低壓設(shè)備與高壓隔離。4321U1I1I2ZbU2xaXAm圖1-1 PT工作原理圖1 一次繞組，2 二次繞組3 鐵心， 4 二次

2、負荷2022-5-62電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 總的來說，電壓互感器的主要作用是將繼電保護、測量儀表和計量裝置的電壓回路與高壓一次回路安全隔離，并取得固定的100V或100/3V二次標(biāo)準(zhǔn)電壓。這樣可以減小儀表和繼電器的尺寸，簡化其規(guī)格，有利于這些設(shè)備小型化、標(biāo)準(zhǔn)化。1 1、基本工作原理、基本工作原理 在一次電壓作用下，一次繞組流過勵磁電流（也稱空載電流）I0,并建立磁動勢I0N1。在磁動勢作用下產(chǎn)生的磁通，大部分通過鐵心閉合且與一、二次繞組的全部匝數(shù)N1和N2相鏈，即為主磁通m，另外還有極小的一部分經(jīng)過繞組周圍的非磁性介質(zhì)閉合，而且并不是與繞組的全部匝數(shù)相鏈的磁

3、通稱為空載漏磁通s0。主磁通在一、二次繞組中感應(yīng)出電動勢E1和E2。根據(jù)電磁感應(yīng)定律得2022-5-63電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求VfNEm,2211VfNEm,2222212121UUNNEE2112UUk一次感應(yīng)電勢的方均根值為二次感應(yīng)電勢的方均根值為所以電壓比（變比）為2022-5-64電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 2、分類分類（1）按用途分為：測量用與保護用電壓互感器。（2）按相數(shù)分為：單相與三相電壓互感器。（3）按變換原理分為：電磁式（VT）與電容式（CTV）。（4）按繞組個數(shù)分為：雙繞組、三繞組和四繞組電壓互感器。（5）按一

4、次繞組對地狀態(tài)分為：接地互感器與不接地互感器。（6）按裝置類型分為：戶內(nèi)型與戶外型。（7）按絕緣介質(zhì)分為：液體介質(zhì)（油浸式）互感器、氣體介質(zhì)（SF6）互感器、固體介質(zhì)（干式和澆注式）互感器。（8）按絕緣水平分為：全絕緣（互感器高壓繞組的兩個出線端對地具有相同的絕緣水平）與半絕緣（互感器高壓繞組的兩個出線端具有不同的絕緣水平，其中一個的絕緣水平是降低了的。）2022-5-65電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求（9）按鐵心狀態(tài)分為：全封閉（也稱全澆注，即所有繞組與鐵心完全被樹脂澆注。)與半封閉（也稱半澆注，即先用樹脂把一、二次繞組澆注固化，然后再安裝鐵心，鐵心是外露的。）3、

5、電壓互感器的構(gòu)成電壓互感器的構(gòu)成 電壓互感器同電流互感器一樣，也是由繞組、鐵心和絕緣構(gòu)成。常用的鐵心有疊積式和卷芯式兩類；繞組導(dǎo)線一般采用QQ型、QZ型等圓銅漆包線，繞組結(jié)構(gòu)常采用筒形層式結(jié)構(gòu)、寶塔形結(jié)構(gòu)等。 電壓互感器的絕緣分為內(nèi)絕緣和外絕緣，在油箱內(nèi)或瓷套內(nèi)的絕緣為內(nèi)絕緣，在空氣中的絕緣為外絕緣。內(nèi)絕緣又分為主絕緣和縱絕緣。主絕緣為一次繞組及高壓引線對鐵心或接地部分或?qū)ζ渌@組的絕緣。縱絕緣為繞組的線匝間、層間、線段間的絕緣。2022-5-66電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求4、電壓互感器型號代碼說明電壓互感器型號代碼說明 （1）JDZ10-10C1 （J J電壓互

6、感器，D D單相，Z Z澆注式，1010設(shè)計序號，1010電壓等級， C1C1結(jié)構(gòu)代號） （2）JSZVR2-10C1 （J J電壓互感器，S S三相，Z Z澆注式， V V“V”型接線方式，R R帶有熔斷器保護，2 2設(shè)計序號，1010電壓等級， C1C1結(jié)構(gòu)代號） （3）JDZX10-10C1G（J J電壓互感器，D D單相，Z Z澆注式， X X帶有剩余電壓繞組，1010設(shè)計序號，1010電壓等級， C1C1結(jié)構(gòu)代號，G G全絕緣） （4）JDZX10-10N （J J電壓互感器，D D單相，Z Z澆注式， X X帶有剩余電壓繞組，1010設(shè)計序號，1010電壓等級，N NN中性點PT）

7、 （5）JDZX11-10S （J J電壓互感器，D D單相，Z Z澆注式， X X帶有剩余電壓繞組，1111設(shè)計序號，1010電壓等級，S S三繞組）2022-5-67電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求二、電壓互感器的主要技術(shù)參數(shù)電壓互感器的主要技術(shù)參數(shù)1、額定電壓和額定電壓比額定電壓和額定電壓比 電壓互感器的誤差、發(fā)熱以及絕緣性能要求都是以額定電壓為基數(shù)做出相應(yīng)規(guī)定的，因此額定電壓是作為互感器性能基準(zhǔn)的電壓值。對一次繞組而言，就是一次額定電壓。對二次繞組而言，就是二次額定電壓。 額定一次電壓與額定二次電壓之比稱為額定電壓比。實際一次電壓與實際二次電壓之比稱為實際電壓比

8、。由于電壓互感器存在誤差，額定電壓比與實際電壓比是不等的。 互感器的額定一次電壓依電力系統(tǒng)的額定電壓而定。因為電力系統(tǒng)的額定電壓是以相間電壓（線電壓）標(biāo)稱的，所以單相不接地電壓互感器一次繞組額定電壓是系統(tǒng)的額定電壓，二次額定電壓為100V。2022-5-68電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 單相接地電壓互感器一次繞組額定電壓是電力系統(tǒng)額定電壓的1/3，即額定相電壓，二次繞組額定電壓為100/3V。三相電壓互感器一次繞組額定電壓是電力系統(tǒng)額定線電壓的1/3，二次繞組額定電壓為100/3V。標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)GB12071997GB12071997與與IEC600442IEC6004

9、42對絕緣水平的要求（對絕緣水平的要求（kV)kV)額定一次電壓3610152035GB1207-1997、GB311.13.6 / 25 /407.2 / 32 /6012 / 42 /7517.5 / 50 /9524 / 70 /12540.5 / 95 /200IEC60044-23.6 / 10 /407.2 / 20 /6012 / 28 /7517.5 / 38 /9524 / 50 /12536 / 70 /1702022-5-69電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求2、電壓互感器的誤差電壓互感器的誤差 由于電壓互感器存在阻抗壓降，使得一、二次電壓之比不等于

10、一、二次匝數(shù)比，同時一、二次電壓在相位上也有差異。這就是說 電壓互感器出現(xiàn)了誤差。在數(shù)值上的差別稱為電壓誤差（比值差），在相位上的差異稱為相位差。國家標(biāo)準(zhǔn)1207-1997對電壓誤差的定義是：以百分數(shù)表示的電壓誤差用下式表示：,%100112UUUKn電壓誤差 式中 Kn 額定電壓比； U1 實際一次電壓，V； U2 在測量條件下，施加U1時的實際二次電壓，V。 用文字來表述就是：電壓誤差等于實際二次電壓乘以額定電壓比后與一次電壓之差，并以后者的百分數(shù)表示。2022-5-610電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 例如某變比為10/0.1kV的PT二次實際電壓為100.5V

11、，則電壓誤差為（100 X 100.5 10000）/10000 X 100%=0.5%。 GB1207對相位差的定義是：互感器一次電壓相量與二次電壓相量的相位之差。相量方向是以理想互感器中的相位差為零來決定的。若二次電壓相量超前一次電壓相量，則相位差為正值。它通常用分（）或者厘弧度（crad)表示。 電壓誤差和相位差的限值 在額定頻率和80%120%（測量用）或者5%150%或190% （保護用）額定電壓之間的任一電壓和功率因數(shù)為0.8（滯后）的二次負荷在25%100%間的任意值下，電壓互感器的電壓和相位差不應(yīng)超過下表所列限值。2022-5-611電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知

12、識與選型要求 GB1207-1997與IEC60044-2對電壓誤差和相位差限值如下準(zhǔn)確級電壓誤差 %相位差()(crad)0.10.150.150.20.2100.30.50.5200.61.01.0401.23.03.0不規(guī)定不規(guī)定3P31203.56P62407.0其中3P與6P是表示保護用電壓互感器的等級要求2022-5-612電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 AS12431998標(biāo)準(zhǔn)對電壓誤差與相位差的限值如下準(zhǔn)確級電壓誤差 %相位差(crad)0.1L0.10.10.2L 0.2M0.20.20.5L 0.5M0.50.51L 1M 1P11 2M 2P22

13、 5M 5P551R153R315L 試驗用互感器；M 測量用互感器；P 保護用互感器；R 剩余電壓用互感器；其中1 (crad) = 34.4 ()L、P對應(yīng)的一次電壓范圍是0.05 1.5；M、R對應(yīng)的一次電壓范圍是0.9 1.12022-5-613電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求3、額定輸出額定輸出 在額定二次電壓及接有額定負荷的條件下，互感器供給二次回路的視在功率值,以伏安表示。國家標(biāo)準(zhǔn)GB1207-1997電壓互感器規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值為：10、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。 對于給定的一臺互感器，如果它的一

14、個額定輸出是標(biāo)準(zhǔn)值并符合一個標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級，則在規(guī)定其他額定輸出時，可允許其是非標(biāo)準(zhǔn)值，但要求其符合另一個標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級。例如可以取45VA0.2級，但不能取50VA0.3級，因為0.3級不是標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級。2022-5-614電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求4、額定電壓因數(shù)額定電壓因數(shù) 接地電壓互感器的額定電壓因數(shù)與系統(tǒng)中性點接地方式密切相關(guān)，三相系統(tǒng)的中性點有以下幾種不同接地方式： 中性點絕緣系統(tǒng) 除經(jīng)保護、測量用的高阻抗接地外，中性點不接地的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流也就是對地電容電流很小，系統(tǒng)線電壓的對稱不被破壞，可以維持較長時間的運行，以便運行人員尋

15、找故障點并設(shè)法消除故障。 中性點經(jīng)阻抗（例如消弧線圈或適當(dāng)?shù)淖杩梗┙拥叵到y(tǒng) 隨著線路的增長和電壓的提高，中性點絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流增加，接地電弧往往發(fā)生重燃，出現(xiàn)過電壓。為此，在系統(tǒng)中性點和地之間接入一消弧線圈以補償電容電流，減少流經(jīng)故障點的電流。中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)又稱諧振接地系統(tǒng)。2022-5-615電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 上述兩種系統(tǒng)又稱中性點非有效接地系統(tǒng)，或小接地電流系統(tǒng)。在我國，額定電壓66kV及以下電力系統(tǒng)都是中性點非有效接地系統(tǒng)。 中性點直接接地系統(tǒng) 又稱大接地電流系統(tǒng)。因為中性點直接接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，短路電

16、流很大。為了限制短路電流，往往只將部分變壓器的中點接地，或經(jīng)低阻抗接地。這種系統(tǒng)又稱中性點有效接地系統(tǒng)。在我國，額定電壓220kV及以上系統(tǒng)都是中性點有效接地系統(tǒng)。110kV系統(tǒng)大多是中性點有效接地系統(tǒng)，只在少數(shù)雷擊較頻繁地區(qū)的110kV系統(tǒng)才采用中性點非有效接地系統(tǒng) 為了滿足不同系統(tǒng)的使用要求，GB1207規(guī)定了電壓互感器的額定電壓因數(shù)的要求。額定電壓因數(shù)是一個與額定一次電壓相乘的系數(shù)，用以確定互感器必須滿足規(guī)定時間內(nèi)的有關(guān)熱性能要求并滿足有關(guān)準(zhǔn)確級要求的最高電壓。額定電壓因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值列于下表：2022-5-616電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求GB12071997G

17、B12071997額定電壓因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值額定電壓因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值額定電壓因數(shù)額定時間一次繞組連接方式和系統(tǒng)接地方式1.2連續(xù)任一電網(wǎng)的相間任一電網(wǎng)中的變壓器中性點與地之間1.2連續(xù)中性點有效接地系統(tǒng)中的相與地之間1.530s1.2連續(xù)帶有自動切除對地故障裝置的中性點非有效接地系統(tǒng)中的相與地之間1.930s1.2連續(xù)無自動切除對地故障裝置的中性點絕緣系統(tǒng)或無自動切除對地故障裝置的中性點共振接地系統(tǒng)中的相與地間1.98h注：按制造廠與用戶協(xié)議，表中所列的額定時間允許縮短2022-5-617電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 (1) 按系統(tǒng)接地方式，電壓互感器分為接地電壓互感器和不接地電

18、壓互感器。注意，這里所指的“接地”是一次繞組接地。二次繞組無論哪種互感器都是要求接地的。不接地電壓互感器的一次繞組對地是絕緣的。 為了檢測接地故障，一般都采用接地電壓互感器。接地電壓互感器均設(shè)有剩余電壓繞組，利用剩余電壓繞組的輸出電壓，檢測系統(tǒng)的接地與否或?qū)Φ亟^緣狀況。 (2) 電壓互感器有額定電壓的規(guī)定，這個參數(shù)實際是針對接地電壓互感器的，對不接地電壓互感器，額定電壓因數(shù)均取1.2。 接地電壓互感器的額定電壓因數(shù)與系統(tǒng)接地方式有關(guān)。除了在額定電壓因數(shù)1.2情況下，長期連續(xù)運行外，不同接地方式下的接地電壓互感器對額定電壓因數(shù)另有規(guī)定。 1) 額定電壓因數(shù)是在可能的最高工作電壓下，發(fā)生單相接地故

19、障時，系統(tǒng)完好相對地電壓對額定電壓的比值。根據(jù)這一定義，額定電壓因數(shù)取決單相接地情況下的系統(tǒng)完好相對地電壓，顯然，該電壓取決于系統(tǒng)接地方式。2022-5-618電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 額定電壓因數(shù)為 Fv = 1.1 3 Ke （K e為接地系數(shù)） 2) 對中性點有效接地系統(tǒng)：Ke = 80%；中性點非有效接地系統(tǒng)：Ke=100%。則相應(yīng)的額定電壓因數(shù)分別為：1.1 0.8 3 =1.5和1.1 3 =1.9。注意，在接地故障情況下，中性點有效接地系統(tǒng)應(yīng)通過保護裝置在30s內(nèi)切除；而中性點非有效接地系統(tǒng)，則應(yīng)通過檢測裝置，探測其位置，并在8h內(nèi)予以切除。 (3

20、) 電壓互感器二次回路應(yīng)可靠接地，并且每個繞組只能一點接地。2022-5-619電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求5、出線端子標(biāo)志出線端子標(biāo)志 線電壓（相對相）互感器的一次端子標(biāo)志為A，B；二次端子標(biāo)志為a,b ; 相電壓（相對地）互感器的一次端子標(biāo)志為A，N；二次端子標(biāo)志為a,n 、 da,dn 。da,dn為剩余電壓繞組出線端子標(biāo)志(如有剩余電壓繞組)。 當(dāng)有兩個或更多二次繞組時，分別在字母后加序號予以區(qū)別，例如：1a,1b(1n);2a,2b(2n)等。 端子標(biāo)志一經(jīng)標(biāo)定，就決定了電壓互感器的極性，一般為減極性。 2022-5-620電壓互感器基本知識與選型要求電壓

21、互感器基本知識與選型要求四、影響互感器的主要參數(shù)四、影響互感器的主要參數(shù)TNfAUBc,1044. 4422B 磁場密度；U2二次電壓； f頻率；Ac鐵心截面積；N2二次匝數(shù) 對于電壓互感器，對磁密的選擇是至關(guān)重要的，因為磁密的大小關(guān)系到鐵心的飽和程度，磁密過大，鐵心飽和點降低；磁密過小，二次匝數(shù)增多，同時一次匝數(shù)也增多，這樣會降低互感器的準(zhǔn)確級。這都對電壓互感器的運行帶來影響，甚至?xí)龤Щジ衅?。?dāng)互感器運行時，鐵心截面與二次匝數(shù)是定的，所以運行過程中的電壓與頻率都會影響磁密。2022-5-621電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 % 伏安特性曲線 JDZX10-10C1

22、10/3/0.1/3/0.1/3 0.5/3P 50/50VA f=50Hz橫坐標(biāo)：02.1倍額定電壓縱坐標(biāo)：02.5A勵磁電流飽和點：1.95倍額定電壓左右2022-5-622電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 根據(jù)以上公式與曲線來分析電壓互感器的特性 1、電壓特性 由于負載電流Is與一次電壓Up基本上成比例，故由負載引起的比差和角差基本上不隨一次電壓變化?？蛰d比差和角差則隨一次電壓變化而改變。這是因為互感器的鐵心磁化特性是非線性的，其勵磁電流Ie取決于一次電壓Up。 在磁化特性的起始階段，隨著一次電壓的上升，鐵心磁密B增大，導(dǎo)磁率增大，Ie/Up減小，互感器誤差減小。

23、當(dāng)導(dǎo)磁率達最大時，空載誤差最小。若繼續(xù)增大一次電壓，由于導(dǎo)磁率降低，空載誤差將增大。 2、負荷特性 保持準(zhǔn)確度的負載是有范圍限制的，當(dāng)正常負荷超過額定負荷的限制范圍時，準(zhǔn)確度將大大降低。所以在確定互感器二次負載時一定要實事求是，不要過大的提高二次負載，使誤差增大。2022-5-623電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 3、頻率特性 由于當(dāng)一次電壓不變時，磁密與頻率成反比，即頻率降低，磁密B增大。而勵磁電流Ie隨著B增大而增大，又因為電壓互感器的誤差是由勵磁電流和負荷電流流經(jīng)電壓互感器繞組的阻抗產(chǎn)生電壓降而引起的，所以Ie的增大會使互感器超差。另外由于磁密B的增大，會導(dǎo)致鐵

24、心飽和點降低，容易產(chǎn)生諧振。 4、過電壓及其限制 很多關(guān)于電壓互感器的故障都是因為過電壓引起的，所以了解過電壓與限制過電壓是不可避免的。 電磁式電壓互感器當(dāng)其伏安特性不良，并在系統(tǒng)中性點電位偏移、瞬間電弧接地或進行倒閘操作的激發(fā)下都可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。對于中性點非有效接地系統(tǒng)，即中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)，伏安特性的起始飽和由中性點不穩(wěn)定過電壓確定，其最低值一般不低于1.21.4Un；對中性點有效接地的電力系統(tǒng)，伏安特性的起始飽和電壓應(yīng)不低于1.21.4Un/3。2022-5-624電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求 當(dāng)電壓互感器伏安特性的起始飽和電壓較低

25、、易于產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓時，應(yīng)采取必要的消諧措施。在中性點非有效接地系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的消諧方法是在電壓互感器零序電壓線圈（開口三角繞組）的端口接入300W左右的白熾燈或?qū)Ｓ玫碾娮酉C裝置。在中性點有效接地系統(tǒng)中，一般都接入專用的電子消諧裝置或采用電容式電壓互感器。如果在比較容易產(chǎn)生諧振的線路系統(tǒng)，最好使用4PT組合式防諧振電壓互感器，此PT的三個主PT必須是全絕緣的，零序PT可以是半絕緣的。使用時要根據(jù)廠家提供的防諧振接線圖來接線。2022-5-625電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求2022-5-626電壓互感器基本知識與選型要求電壓互感器基本知識與選型要求五、電壓互感器的選型要求五、電壓互感器的選型要求 1、依電力系統(tǒng)的額定電壓確定互感器的額定一次電壓。額定二次電壓一般為100V或100/3V。為滿足接地保護的需要，應(yīng)增加剩余電壓繞組，該繞組的額定電壓為：中性點有效接地系統(tǒng)為100V，中性點非有效接地系統(tǒng)為100/3V。 2、依開關(guān)柜要求參考產(chǎn)品樣本選擇滿足尺寸要求的互感器，從而確定互感器的型號。 3、準(zhǔn)確級與二次負荷的選擇： 選擇二次負荷應(yīng)滿足繼電保護，測量儀表和計量裝置的要求。二次負荷并不是越大越好