電工基礎(chǔ)之電壓互感器

電壓互感器電壓互感器

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（PotentialTransformer簡(jiǎn)稱PT，VoltageTransformer簡(jiǎn)稱VT）和變壓器類似，是用來(lái)變換電壓的儀器。但變壓器變換電壓的目的是方便輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計(jì)算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來(lái)給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置供電，用來(lái)測(cè)量線路的電壓、功率和電能，或者用來(lái)在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、電機(jī)和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過(guò)一千伏安。詞條介紹了其基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要類型、接線方式、注意事項(xiàng)、異常與處理、以及鐵磁諧振等。中文名電壓互感器外文名Potentialtransformer簡(jiǎn)

稱PT作

用變換線路上的電壓解

釋帶鐵芯的變壓器組

成主要由一、二次線圈、鐵芯和絕緣所屬領(lǐng)域電力、能源涉及學(xué)科電學(xué)、電磁學(xué)目錄1

基本結(jié)構(gòu)2

工作原理3

主要類型4

銘牌標(biāo)志5

接線方式6

注意事項(xiàng)7

異常與處理?

常見(jiàn)異常?

處理方法8

鐵磁諧振?

主要特點(diǎn)?

消除辦法基本結(jié)構(gòu)電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)和變壓器很相似，它也有兩個(gè)繞組，一個(gè)叫一次繞組，一個(gè)叫二次繞組。兩個(gè)繞組都裝在或繞在鐵芯上。兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵芯之間都有絕緣，使兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵芯之間都有電氣隔離。電壓互感器在運(yùn)行時(shí)，一次繞組N1并聯(lián)接在線路上，二次繞組N2并聯(lián)接儀表或繼電器。因此在測(cè)量高壓線路上的電壓時(shí)，盡管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以確保操作人員和儀表的安全。工作原理其工作原理與變壓器相同

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，基本結(jié)構(gòu)也是鐵芯和原、副繞組。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長(zhǎng)而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。測(cè)量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測(cè)電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓），可以單相使用，也可以用兩臺(tái)接成VV形作三相使用。實(shí)驗(yàn)室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應(yīng)測(cè)量不同電壓的需要。供保護(hù)接地用電壓互感器還帶有一個(gè)第三線圈，稱三線圈電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護(hù)繼電器的電壓線圈聯(lián)接。正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)的三相電壓對(duì)稱，第三線圈上的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和為零。一旦發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移，開口三角的端子間就會(huì)出現(xiàn)零序電壓使繼電器動(dòng)作，從而對(duì)電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。線圈出現(xiàn)零序電壓則相應(yīng)的鐵芯中就會(huì)出現(xiàn)零序磁通。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵芯（10kV及以下時(shí)）或采用三臺(tái)單相電壓互感器。對(duì)于這種互感器，第三線圈的準(zhǔn)確度要求不高，但要求有一定的過(guò)勵(lì)磁特性（即當(dāng)原邊電壓增加時(shí)，鐵芯中的磁通密度也增加相應(yīng)倍數(shù)而不會(huì)損壞）。

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電壓互感器是發(fā)電廠、變電所等輸電和供電系統(tǒng)不可缺少的一種電器。精密電壓互感器是電測(cè)試驗(yàn)室中用來(lái)擴(kuò)大量限，測(cè)量電壓、功率和電能的一種儀器。電壓互感器和變壓器很相像，都是用來(lái)變換線路上的電壓。線路上為什么需要變換電壓呢？這是因?yàn)楦鶕?jù)發(fā)電、輸電和用電的不同情況，線路上的電壓大小不一，而且相差懸殊，有的是低壓220V和380V，有的是高壓幾萬(wàn)伏甚至幾十萬(wàn)伏。要直接測(cè)量這些低壓和高壓電壓，就需要根據(jù)線路電壓的大小，制作相應(yīng)的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼電器。這樣不僅會(huì)給儀表制作帶來(lái)很大困難，而且更主要的是，要直接制作高壓儀表，直接在高壓線路上測(cè)量電壓，那是不可能的，而且也是絕對(duì)不允許的。主要類型1、按安裝地點(diǎn)可分為戶內(nèi)式和戶外式

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35kV及以下多制成戶內(nèi)式；35kV以上則制成戶外式。2、按相數(shù)可分為單相和三相式35kV及以上不能制成三相式。3、按繞組數(shù)目可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓互感器除一次側(cè)和基本二次側(cè)外，還有一組輔助二次側(cè)，供接地保護(hù)用。4、按絕緣方式可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式

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。干式電壓互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)著火和爆炸危險(xiǎn)，但絕緣強(qiáng)度較低，只適用于6kV以下的戶內(nèi)式裝置；澆注式電壓互感器結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便，適用于3kV～35kV戶內(nèi)式配電裝置；油浸式電壓互感器絕緣性能較好，可用于10kV以上的戶外式配電裝置；充氣式電壓互感器用于SF6全封閉電器中。5、按工作原理電磁式電壓互感器：是利用電磁感應(yīng)原理按比例變換電壓或電流的設(shè)備。電容式電壓互感器：電容式電壓互感器（CVT）是由串聯(lián)電容器分壓，再經(jīng)電磁式互感器降壓和隔離，作為表計(jì)、繼電保護(hù)等的一種電壓互感器，電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線用于長(zhǎng)途通信、遠(yuǎn)方測(cè)量、選擇性的線路高頻保護(hù)、遙控、電傳打字等。電子式電壓互感器

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：由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或多個(gè)電壓或電流傳感器組成的一種裝置，用以傳輸正比于被測(cè)量的量，供給測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置。銘牌標(biāo)志電壓互感器型號(hào)由以下幾部分組成

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，各部分字母，符號(hào)表示內(nèi)容：第一個(gè)字母：J——電壓互感器；第二個(gè)字母：D——單相；S——三相第三個(gè)字母：J——油浸；Z——澆注；第四個(gè)字母：數(shù)字——電壓等級(jí)（kV）。例如：JDJ10表示單相油浸電壓互感器，額定電壓10kV。額定一次電壓，作為互感器性能基準(zhǔn)的一次電壓值。額定二次電壓，作為互感器性能基準(zhǔn)的二次電壓值。額定變比，額定一次電壓與額定二次電壓之比。準(zhǔn)確級(jí)，由互感器系統(tǒng)定的等級(jí)，其誤差在規(guī)定使用條件下應(yīng)在規(guī)定的限值之內(nèi)負(fù)荷，二次回路的阻抗，通常以視在功率（VA）表示。額定負(fù)荷，確定互感器準(zhǔn)確級(jí)可依據(jù)的負(fù)荷值。接線方式電壓互感器的常用接線方式有以下幾種

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：（1）單項(xiàng)式接線，可以用于測(cè)量35kV及以下中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的線電壓或110kV以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的相對(duì)地電壓。（2）V/V接線是將兩臺(tái)全絕緣單相電壓互感器的高低壓繞組分別接于相與相之間構(gòu)成不完全三角形。這種方法常用于中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的35kV及以下的高壓三相系統(tǒng)中，特別是10kV的三相系統(tǒng)中。（3）用三臺(tái)單相三繞組電壓互感器構(gòu)成YN，yn，d0或YN，y，d0的接線形式，廣泛應(yīng)用于3~220kV系統(tǒng)中，其二次繞組用于測(cè)量相間電壓和相對(duì)地電壓，輔助二次繞組接成開口三角形，供接入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視儀表和繼電器用。用一臺(tái)三相五柱式電壓互感器代替上述三個(gè)單相三繞組電壓互感器構(gòu)成的接線，除鐵芯外，其形式與圖3基本相同，一般只用于3~15kV系統(tǒng)。\o"電壓互感器"電壓互感器(4張)（4）三相三繞組五柱式電壓互感器，其一次繞組和主二次繞組接成星形，并且中性點(diǎn)接地，輔助二次繞組接成開口三角形。故此種電壓互感器可以測(cè)量線電壓和相對(duì)地電壓，輔助二次繞組可以介入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視用的繼電器和信號(hào)指示器。注意事項(xiàng)1．電壓互感器在投入運(yùn)行前要按照規(guī)程規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)檢查。例如，測(cè)極性、連接組別、搖絕緣、核相序等

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。2．電壓互感器的接線應(yīng)保證其正確性，一次繞組和被測(cè)電路并聯(lián)，二次繞組應(yīng)和所接的測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)裝置或自動(dòng)裝置的電壓線圈并聯(lián)，同時(shí)要注意極性的正確性。3．接在電壓互感器二次側(cè)負(fù)荷的容量應(yīng)合適，接在電壓互感器二次側(cè)的負(fù)荷不應(yīng)超過(guò)其額定容量，否則，會(huì)使互感器的誤差增大，難以達(dá)到測(cè)量的正確性。4．電壓互感器二次側(cè)不允許短路。由于電壓互感器內(nèi)阻抗很小，若二次回路短路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很大的電流，將損壞二次設(shè)備甚至危及人身安全。電壓互感器可以在二次側(cè)裝設(shè)熔斷器以保護(hù)其自身不因二次側(cè)短路而損壞。在可能的情況下，一次側(cè)也應(yīng)裝設(shè)熔斷器以保護(hù)高壓電網(wǎng)不因互感器高壓繞組或引線故障危及一次系統(tǒng)的安全。5．為了確保人在接觸測(cè)量?jī)x表和繼電器時(shí)的安全，電壓互感器二次繞組必須有一點(diǎn)接地。因?yàn)榻拥睾?，?dāng)一次和二次繞組間的絕緣損壞時(shí)，可以防止儀表和繼電器出現(xiàn)高電壓危及人身安全。6、電壓互感器副邊絕對(duì)不容許短路。

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異常與處理常見(jiàn)異常（1）三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相正常，線電壓不正常，或伴有聲、光信號(hào)，可能是互感器高壓或低壓熔斷器熔斷

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；（2）中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相升高（可達(dá)線電壓）或指針擺動(dòng)，可能是單相接地故障或基頻諧振，如三相電壓同時(shí)升高，并超過(guò)線電壓（指針可擺到頭），則可能是分頻或高頻諧振；（3）高壓熔斷器多次熔斷，可能是內(nèi)部絕緣嚴(yán)重?fù)p壞，如繞組層間或匝間短路故障；（4）中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，母線倒閘操作時(shí)，出現(xiàn)相電壓升高并以低頻擺動(dòng)，一般為串聯(lián)諧振現(xiàn)象；若無(wú)任何操作，突然出現(xiàn)相電壓異常升高或降低，則可能是互感器內(nèi)部絕緣損壞，如絕緣支架繞、繞組層間或匝間短路故障；（5）中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，電壓互感器投運(yùn)時(shí)出現(xiàn)電壓表指示不穩(wěn)定，可能是高壓繞組N（X）端接地接觸不良。（6）電壓互感器回路斷線處理。

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處理方法1.根據(jù)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置有關(guān)規(guī)定，退出有關(guān)保護(hù)，防止誤動(dòng)作。2.檢查高、低壓熔斷器及自動(dòng)空氣開關(guān)是否正常，如熔斷器熔斷、應(yīng)查明原因立即更換，當(dāng)再次熔斷時(shí)則應(yīng)慎重處理。3.檢查電壓回路所有接頭有無(wú)松動(dòng)、斷開現(xiàn)象，切換回路有無(wú)接觸不良現(xiàn)象。

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鐵磁諧振磁鐵諧振的產(chǎn)生是在進(jìn)行操作或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，由于鐵芯飽和而引起的一種躍變過(guò)程，電網(wǎng)中發(fā)生的鐵磁諧振分為并聯(lián)鐵磁諧振和串聯(lián)鐵磁諧振。

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主要特點(diǎn)1）對(duì)于鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢(shì)作用下回路可能不只一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。電路到底穩(wěn)定在哪種工作狀態(tài)要看外界沖擊引起的過(guò)渡過(guò)程的情況

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。2)PT的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應(yīng)本身也限制了過(guò)電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過(guò)電壓受到阻尼和限制。當(dāng)回路電阻大于一定的數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的鐵磁諧振過(guò)電壓。3）串聯(lián)諧振電路來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓的的必要條件是ω0=1/L0C<；ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內(nèi)發(fā)生。4）維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉(zhuǎn)化為其它諧振頻率的能量，其轉(zhuǎn)化過(guò)程必須是周期性且有節(jié)律的，即…1/2(1，2，3…）倍頻率的諧振。5）鐵磁諧振對(duì)PT的損壞。電磁諧振（分頻）一般應(yīng)具備如下三個(gè)條件。①鐵磁式電壓互感器（PT）的非線性效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的主要原因。②PT感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。③要有激發(fā)條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對(duì)系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓等。據(jù)試驗(yàn)分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工