电压互感器培训课件

电压互感器

目前电力系统广泛应用的电压互感器，用TV表示。按其工作原理可分为电磁式和电容分压式两种。对于500KV电压等级，我国只生产电容分压式，本节将着重分析此种互感器。

一、电磁式电压互感器

1．电磁式电压互感器的工作原理

电磁式电压互感器的工作原理、构造和接线方式都与变压器相似。它与变压器相比有如下特点：

（1）容量很小，通常只有几十到几百伏·安。

（2）电压互感器一次侧的电压U1为电网电压，不受互感器二次侧负荷的影响，一次侧电压高，需有足够的绝缘强度。

（3）互感器二次侧负荷主要是测量仪表和继电器的电压线圈，其阻抗很大，通过的电流很小，所以电压互感器的正常工作状态接近于空载状态。

电压互感器一、二次绕组额定电压之比称为电压互感器的额定变（压）比，即

Ku＝UN1/UN2≈N1/N2≈U1/U2 （7－7）

Nl，N2――互感器一、二次绕组匝数；

U1，U2――互感器一次实际电压和二次电压测量值；

UN1等于电网额定电压，UN2已统一为100（或100／√3）V，所以Ku也标准化了。

2．电压互感器误差

电压互感器的等值电路与普通变压器相同，其简化相量图如图7－7所示。由于存在励磁电流和内阻抗，使得从二次侧测算的一次电压近似值KuU2与一次电压实际值Ul大小不等，相位差也不等180°，产生了电压误差和相位误差，两种误差定义如下。

电压误差为 fu=（KuU2－U1）/U1×100%

KuU2－U1＜0时，fu为负，反之为正。 图7－7 电磁式电压互感器简化相量相位误差为旋转180°的二次电压相量－Uˊ2与一次电压相量U1之间成夹角δu ，并规定－Uˊ2超前于U1时相位误差为正，反之为负。

这两种误差除受互感器构造影响外，还与二次侧负荷及其功率因数有关，二次侧负荷电流增大，其误差也增大。国家规定电压互感器准确级等级分为四级，即0.2、0.5、1和3级。

电压互感器的准确级，是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。我国电压互感器准确级和误差限值标准见表7－2。

由于电压互感器误差与二次负荷有关，所以同一台电压互感器对应于不同的准确级便有不同的容量。通常，额定容量是指对应于最高准确级的容量。电压互感器按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件，还规定了最大容量。例如：JSTW－10型三相五柱式电压互感器的铭牌参数。

准确级：0.5，1，3，最大容量

额定容量（VA）：120，200，480，960

电压互感器二次侧的负荷为测量仪表及继电器等电压线圈所消耗的功率总和S2 ，选用电压互感器时要使其额定容量SN2≥S2，以保证准确级等级要求。其最大容量是根据持久工作的允许发热决定的，即在任何情况下都不许超过最大容量。

表7－2 电压互感器的准确级和误差限值

准确级 误差极限

一次电压误差范围 频率、功率因数及二次负荷变化范围 电压误差（±%） 相位误差（±′）

0.2

0.5

1

3 0.2

0.5

1.0

3.0 10

20

40

不规定 （0.8~1.2）UN1 （0.25～1）SN2

cosφ2=0.8

f=fn 3P

6P 3.0

6.0 120

240 （0.05～1）UN1

3．电磁式电压互感器的分类和使用特点

电磁式电压互感器由铁芯和绕组等构成。

根据绕组数不同，电压互感器可分为双绕组式的和三绕组式的。

按相数分，电压互感器可分为单相式的和三相式的，20KV以下才有三相式，且有三相三柱式和三相五柱式之分。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中。三相三柱式一次侧只能接成Y形，其中性点不允许接地，这种接线方式不能测量相对地电压。而三相五柱式电压互感器一次绕组可接成Y 0形。

按绝缘方式分，电压互感器可分为浇注式、油浸式、干式、充气式的。

油浸式电压互感器按其结构型式可分为普通式和串级式的。3～35KV的电压互感器一般均制成普通式，它与普通小型变压器相似。110KV及以上的电磁式电压互感器普遍制成串级式结构。其特点是：绕组和铁芯采用分级绝缘，以简化绝缘结构；绕组和铁芯放在瓷套中，可减少质量和体积。图7－8为220KV串级式电压互感器的原理接线图。互感器由两个铁芯（元件）组成，一次绕组分成匝数相等的四个部分，分别套在二个铁芯的上、下铁芯柱上，按磁通相加方向顺序串联，接在相与地之间。每一元件上的绕组中点与铁芯相连，二次绕组绕在末级铁芯的下铁芯柱上。当二次绕组开路时，一次绕组电位分布均匀，绕组边缘线匝对铁芯的电位差为Uph／4（Uph为相电压）。因此，绕组对铁芯的绝缘只需按Uph／4设计，而普通结构的则需要按Uph设计，故串级式的可大量节约绝缘材料和降低造价。

当二次绕组接通负荷后，由于负荷电流的去磁作用，末级铁芯内的磁通小于其他铁芯的磁通，从而使各元件感抗不等，磁通磁势与电压分布不均，准确级下降。为了避免这一现象，在两铁芯相邻的铁芯柱上，绕有匝数相等的连耦绕组（绕向相同，反向对接）。这样， 当各个铁芯中磁电压互感器的原理通不相等时，连耦绕组内出现电流，使磁通较大的铁芯去磁，磁通较小的铁芯增磁，从而达到各级铁芯内磁通大致相等和各元件绕组电压均匀分布的目的。在同一铁芯的上、下铁芯柱上，还设有平衡绕组（绕向相同、反向对接），借平衡绕组内的电流，使两铁芯柱上的安匝分别平衡。

电压互感器接线方式一般为：单相接线方式，V－V接线方式、三台单相的接线方式为Y 0／Y 0／C，三相三柱式的接线方式为Y／Y。

电磁式电压互感器安装在中性点非直接接地系统中，且当系统运行状态发生图7－8 220KV串级式

1－铁芯；2－一次绕组；3－平衡绕组；4－连耦绕组；5－二次绕组 突变时，有可能发生并联铁磁谐振。为防止此类铁磁谐振的发生，可在电压互感器上装设消谐器，亦可在开口三角端子上接入电阻或白炽泡。

电压互感器与电力变压器一样，严禁短路。若发生短路，则应采用熔断器保护。110～500KV电压级一次侧没有熔断器，直接接入电力系统（一次侧无保护）。35KV及以下电压级一次侧通过带或不带限流电阻的熔断器接入电力系统。电压互感器的一次电流很小，熔断器的熔件截面只能按机械强度选取最小截面，它只能保护高压侧，也就是说只有一次绕组短路才熔断，而当二次绕组短路和过负荷时，高压侧熔断器不可能可靠动作，所以二次侧仍需装熔断器，以实现二次侧过负荷和过电流保护。

但需注意在以下几种情况下，不能装熔断器：

（1）中性线、接地线不准装熔断器；

（2）辅助绕组接成开口三角形的一般不装熔断器；

（3）V形接线中，b相接地，b相不准装熔断器。

用于线路侧的电磁式电压互感器，可兼作释放线路上残余电荷的作用。如线路断路器无合闸电阻，为了降低重合闸时的过电压，可在互感器二次绕组中接电阻，以释放线路上残余电荷，并且此电阻还可以消除断路器断口电容与该电压互感器的谐振。

二、电容式电压互感器

随着电力系统输电电压的增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本随之增高，因此研制了电容式电压互感器，又称CVT。目前我国500KV电压互感器只生产电容式的。

1．电容式电压互感器的工作原理

电容式电压互感器采用电容分压原理，如图7－9所示。在图中，U1为电网电压；Z2表示仪表、继电器等电压线圈负荷。U2=UC2 ，因此

U2=UC2=U1×C1/（C1+C2）=KuU1 （7－8）

式中 Ku－－分压比， Ku=C1/（C1+C2）

由于U2与一次电压U1成比例变化，故可以U2代表U1，即可测出相对地电压。 为了分析互感器带上负荷Z2后的误差，可利用等效电源原理，将图7－9画成图7－10所示的电容式电压互感器等值电路。

从图7－10可看出，内阻抗

Z＝l/ jω（C1＋C2） （7－9）

当有负荷电流流过时，在内阻抗上将产生电压降，从而使U2与Ul×C1/（C1+C2）不仅在数值上而且在相位上有误差，负荷越大，误差越大。要获得一定的准确级，必须采用大容量的电容，这是很不经济的。合理的解决措施是在电路图7－10中串联一个电感如图7－11所示。电感L应按产生串联谐振的条件选择，即 2πfL=1/2πf（C1+C2） f=50Hz

所以 L=1/4π2f2（C1+C2） （7－10）

理想情况下，Z′2＝jωL一j1/ω（C1＋C2）＝0，输出电压U2与负荷无关，误差最小，但实际上Z′2＝0是不可能的，因为电容器有损耗，电感线圈也有电阻，Zˊ2≠0，负荷变大，误差也将增加，而且将会出现谐振现象，谐振过电压将会造成严重的危害，应力争设法完全避免。

为了进一步减小负荷电流所产生误差的影响，将测量电器仪表经中间电磁式电压互感器（TV）升压后与分压器相连。

2．电容式电压互感器的基本结构

电容式电压互感器基本结构如图7－12所示。其主要元件是：电容（C1, C2），非线性电感（补偿电感线圈）L2 ，中间电磁式电压互感器TV。为了减少杂散电容和电感的有害影响，增设一个高频阻断线圈L1 ，它和L2及中间电压互感器一图7－10 电容式电压互感器等值电路

图7－9 电容分压原理 次绕组串联在一起，L1、L2上并联放电间隙E1、E2 ，以资保护。

电容（C1 ，C2）和非线性电感L2和TV的一次绕组组成的回路，当受到二次侧短路或断路等冲击时，由于非线性电抗的饱和，可能激发产生次谐波铁磁谐振过电压，对互感器、仪表和继电器造成危害，并可能导致保护装置误动作。为了抑制高次谐波的产生，在互感器二次绕组上装设阻尼器D，阻尼器D具有一个电感和一电容并联，一只阻尼电阻被安插在这个偶极振子中。阻尼电阻有经常接入和谐振时自动接入两种方式。

3．电容式电压互感器的误差

电容式电压互感器的误差是由空载电流、负载电流以及阻尼器的电流流经互感器绕组产生压降而引起的，其误差由空载误差f0和δ0，负载误差fL和δL，阻尼器负载电流产生的误差fD和δD等几部分组成，即

fu=f0+fL+fD （7－11）

δu=δ0+δL+δd （7－12）

以上两式中的各项误差，可仿照本节前述的方法求得。当采用谐振时自动投入阻尼器者，其fD和δD 可略而不计。

电容式电压互感器的误差除受一次电压、二次负荷和功率因数的影响外，还与电源频率有关，由式（7－10）可知，当系统频率与互感器设计的额定频率有偏差时，由于ωL≠1/［ω（C1+C2）］，因而会产生附加误差。 图 7－11 串联电感电路

图7－12 电容式电压互感器结构原理图