電壓互感器的工作原理

1、電壓互感器的工作原理電壓互感器的工作原理與一般的變壓器相同，僅在結(jié)構(gòu)型式、所用材料、容量、誤差范圍等方面有所差別。 一、電壓互感器： 電壓互感器是一種電壓變換裝置。它將高電壓變換為低電壓，以便用低壓量值反映高壓量值的變化。因此，通過電壓互感器可以直接用普通電氣儀表進行電壓測量。 1、電壓互感器又稱儀用變壓器，是一種電壓變換裝置； 2、電壓互感器的容量很小，通常只有幾十到幾百伏安； 3、電壓互感器一次側(cè)電壓即電網(wǎng)電壓，不受二次負荷影響，并且大多數(shù)情況下其負荷是恒定的； 4、二次側(cè)負荷主要是儀表、繼電器線圈，它們的阻抗很大，通過的電流很少。如果無限期增加二次負荷，二次電壓會降低，造成測量誤錯增大；

2、 5、用電壓互感器來間接測量電壓，能準確反映高壓側(cè)的量值，保證測量精度； 6、不管電壓互感器初級電壓有多高，其次級額定電壓一般都是100V，使得測量儀表和繼電器電壓線圈制造上得以標準化。而且保證了儀表測量和繼電保護工作的安全，也解決了高壓測量的絕緣、制造工藝等困難； 7、電壓互感器常用于變配電儀表測量和繼電保護等回路。 二、變壓器： 變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流），用于改變電壓等級，負載較大電流。 1、變壓器種類很多，按冷卻方式、防潮方式、鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)、電源相數(shù)、用途等分若干個類； 2、變壓

3、器的容量由小到大，從幾十伏安大到幾十兆伏安； 3、變壓器的一次側(cè)電壓受二次負荷影響較大，負荷大時系統(tǒng)電壓會受到影響； 4、變壓器二次側(cè)負荷就是各種用電設(shè)備，通過的電流較大，具有較強的帶負載能力； 5、變壓器一次側(cè)電壓不論多高，均可根據(jù)需要升高或降低二次電壓； 6、變壓器的外形與體積因容量的不同有時很大； 7、變壓器常用于多種場合。電流互感器和變壓器原理差不多，在構(gòu)造上也基本一樣，都是兩個繞組：一個匝數(shù)多、線徑細，另外一個匝數(shù)少、線徑粗。 若匝數(shù)多、線徑細的繞組是作為一次繞組與被測量的電路并聯(lián)連接，而匝數(shù)少、線徑粗的繞組接測量儀表（電壓表），則該互感器就是一個電壓互感器。電壓互感器實際上就是一臺

4、工作在空載狀態(tài)下的降壓變壓器（因為電壓表是高阻表，電流很小，所以是空載。又因為一次繞組匝數(shù)多、二次繞組匝數(shù)少，所以是降壓） 若匝數(shù)少、線徑粗的繞組是作為一次繞組與被測量的電路串聯(lián)連接，而匝數(shù)多、線徑細的繞組接測量儀表（電流表），則該互感器就是一個電流互感器。電流互感器實際上就是一臺工作在短路狀態(tài)下的升壓變壓器（因為電流表是低阻表，電流很大，所以相當于短路。又因為一次繞組匝數(shù)少、二次繞組匝數(shù)多，所以是升壓，而之所以實際電流互感器的二次繞組電壓沒有升壓，是因為它工作在短路狀態(tài)）。電流互感器工作時二次繞組絕對不能開路，否則會感應(yīng)高電壓危及設(shè)備或人身安全，并因失去二次繞組的去磁磁勢，會使鐵心嚴重飽和而

5、失去測量的準確性?；ジ衅靼丛矸譃殡姶鸥袘?yīng)式和電容分壓式兩類。電磁感應(yīng)式多用于 220kV及以下各種電壓等級。電容分壓式一般用于110kV以上的電力系統(tǒng),330765kV超高壓電力系統(tǒng)應(yīng)用較多。電壓互感器按用途又分為測量用和保護用兩類。對前者的主要技術(shù)要求是保證必要的準確度；對后者可能有某些特殊要求，如要求有第三個繞組，鐵心中有零序磁通等。 電磁感應(yīng)式電壓互感器 其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副繞組。特點是容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態(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

6、邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設(shè)備事故。測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓），可以單相使用,也可以用兩臺接成V-V形作三相使用。實驗室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應(yīng)測量不同電壓的需要。供保護接地用電壓互感器還帶有一個第三線圈，稱三線圈電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形（圖1）開口三角形的兩引出端與接地保護繼電器的電壓線圈聯(lián)接。正常運行時，電力系統(tǒng)的三相電壓對稱，第三線圈上的三相感應(yīng)電動勢之和為零。一旦發(fā)生單相接地時,中性點出現(xiàn)位移,開口三角的端子間就會出現(xiàn)零序電壓使繼電器動作，從而對電力系統(tǒng)起保護作用。線圈出現(xiàn)零序電

7、壓則相應(yīng)的鐵心中就會出現(xiàn)零序磁通。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10kV及以下時）或采用三臺單相電壓互感器。對于這種互感器，第三線圈的準確度要求不高，但要求有一定的過勵磁特性（即當原邊電壓增加時，鐵心中的磁通密度也增加相應(yīng)倍數(shù)而不會損壞）。 電磁感應(yīng)式電壓互感器的等值電路與變壓器的等值電路相同。 電容分壓式電壓互感器 在電容分壓器的基礎(chǔ)上制成。其原理接線見圖2。電容C1和C2串聯(lián)，U1為原邊電壓,Uc2為C2上的電壓?？蛰d時,電容C2上的電壓Uc2為 由于C1和C2均為常數(shù)，因此Uc2正比于原邊電壓。但實際上，當負載并聯(lián)于電容C2兩端時,Uc2將大大減小,以致誤差增大而無法作電壓互感

8、器使用。為了克服這個缺點，在電容C2兩端并聯(lián)一帶電抗的電磁式電壓互感器YH，組成電容分壓式電壓互感器(圖3)。 電抗可補償電容器的內(nèi)阻抗。YH有兩個副繞組，第一副繞組可接補償電容Ck供測量儀表使用；第二副繞組可接阻尼電阻Rd，用以防止諧振引起的過電壓。 電容式電壓互感器多與電力系統(tǒng)載波通信的耦合電容器合用，以簡化系統(tǒng)，降低造價。此時，它還需滿足通信運行上的要求。注意：電壓互感器二次回路不能短路，否則會引起燒壞線圈，為了防止二次端的短路引起主電路干擾，加空氣開關(guān)K1。K1是常閉，K1跳閘時，保護裝置將顯示PT斷線報警。三相五柱式電壓互感器的工作原理 摘 要 系統(tǒng)分析三相五柱式電壓感器二次工作繞組

9、、輔助繞組的工作特性，以便對三相五柱式電壓互感器進行更好地維護。關(guān)鍵詞 三相五柱式電壓感器 工作繞組 輔助繞組電壓互感器是將電力系統(tǒng)的一次電壓按一定變比縮小為要求的二次電壓，向測量表計和繼電器供電，其工作原理與變壓器基本相同。電壓互感器通常有單相、三相三柱式、三相五柱式電壓互感器等幾種，由于使用方法不同，各有優(yōu)、缺點。三相五柱式電壓互感器，是磁系統(tǒng)具有五個磁柱的三相三繞組電壓互感器，廣泛采用于大中型企業(yè)，具有低電壓、過電壓保護、低電壓啟動等各種保護功能；備自投等所有電壓繼電器電壓值均來自電壓互感器二次。1 三相五柱式電壓互感器的接地方式電壓互感器二次繞組接地方式與保護、測量表計及同步電壓回路有

10、關(guān)，有b相接地和中性點接地兩種方式，其接線方式見圖1、2。圖1 電壓互感器二次通過b相及JB接地原理圖圖2 電壓互感器二次不接地原理圖1.1 電壓互感器二次繞組兩種接地方式的比較1.1.1 在同步回路中在b相接地系統(tǒng)中，對中性點非直接接地系統(tǒng)，單相接地時，中性點位移，不能用相電壓同步，必須用線電壓同步。如同步點兩側(cè)均為b相接地，其中一相公用，同步開關(guān)檔數(shù)減少(如采用綜保，則接線更為簡單)，同步接線簡單。對中性點直接接地系統(tǒng)，可用輔助二次繞組的相電壓同步。1.1.2 在保護回路中在b相接地系統(tǒng)中，在零線上串接的隔離開關(guān)輔助觸點G，如不可靠而斷開時，會使10kV以上電壓距離保護斷線閉鎖裝置失去作用

11、，這時若再發(fā)生一相或兩相斷線，將導(dǎo)致保護誤動作。因為輔助繞組的一端與b相接地點相連，由于基本二次側(cè)繞組上有負荷電流流過，在電纜芯出上產(chǎn)生電壓降，使正常開口三角形有電壓3U0，對零序方向元件不利。若單獨從接地點引接零序方向繼電器回路，則接線較為復(fù)雜。在中性點接地系統(tǒng)中，由于中性點無任何斷開觸點，可靠性高。因中性點沒有電流通過，無電壓降，對保護無影響。1.1.3 在測量表計回路中在b相接地系統(tǒng)中，因大多數(shù)表計均接線電壓，其中b相接地公用，引線方便。對只需接線電壓的回路，可用V-V接線電壓互感器。在中性點接地系統(tǒng)中，表計均需三相分別接入，引線較為復(fù)雜。1.1.4 在電壓互感器二次接線上在b相接地系統(tǒng)

12、中，中性點需裝設(shè)擊穿保險器，增加了部件，正常時如擊穿保險器擊穿接地，將使b相繞組短路。當A、C兩相中任一相發(fā)生接地時，即構(gòu)成二次繞組兩相短路，兩相熔斷器熔斷。在中性點接地系統(tǒng)中，無b相接地的相應(yīng)問題，接線較簡單。據(jù)上分析，對于中性點非直接接地系統(tǒng)，因一般不裝設(shè)距離和零序方向保護，b相接地對保護影響極小，而對同步回路有利，故電壓互感器二次側(cè)采用b相接地方式較為理想。而對于中性點直接接地系統(tǒng)，保護要求嚴格，中性點接地有利于提高保護的可靠性，同步回路可用輔助繞組的相電壓，故電壓互感器二次繞組采用中性點接地方式較為優(yōu)越1。1.2 接地原因1.2.1 電壓互感器二次側(cè)須接地的原因在運行中，電壓互感器的一

13、次側(cè)線圈處在高壓系統(tǒng)之中，而其二次側(cè)線圈則為一固定的低電壓(如電壓互感器一次線圈電壓為10KV時，則其二次側(cè)固定為100 V)。二次側(cè)線圈所接入的各種儀表和繼電器的絕緣等級低，并且經(jīng)常與人員接觸，如果電壓互感器的一、二次線圈之間的絕緣被擊穿，一次側(cè)的高壓將直接加到二次側(cè)線圈上，極易危及人身和設(shè)備安全。故為了提高安全性，電壓互感器二次側(cè)必須接地。1.2.2 JB接地圖1中，當電壓互感器通過b相接地時，其中性點處還需要通過JB接地的原因分析如下。由于電壓互感器二次側(cè)通過b相接地，其只是為各種表計和繼電器提供所需電壓，不能保證當一次電壓串入二次回路時的安全，所以其二次側(cè)線圈的中性點也必須接地。但是，

14、其中性點如果直接接地，b相線圈將通過大地短接，這樣會燒壞線圈，這是不允許的。所以電壓互感器二次側(cè)中性點通過一個JB(放電間隙)接地。正常運行時JB不導(dǎo)通；當有高壓進入二次側(cè)時，JB擊穿使電壓互感器二次通過中性點接地，達到保護人身和設(shè)備安全的目的。(因b相接地點在保險之后，故即使b相和中性點形成接地短路，也只會使保險熔斷，不會燒壞線圈)。2 電壓互感器二次側(cè)保險的工作原理2.1 二次側(cè)無保險工作分析在圖1中，如果JB在工作狀態(tài)下因其它原因擊穿，則電壓互感器b相繞組將被短接，b相繞組將被燒壞。當A、C兩相任一相有過載時，將造成電壓互感器繞組燒壞。當A、B、C三相繞組內(nèi)部有故障時，將引起保護誤動作。

15、在圖2中，當電壓互感器二次側(cè)A、B、C三相中的任一相出口處有接地發(fā)生時，均會造成電壓互感器繞組短路運行而燒壞。當電壓互感器二次側(cè)A、B、C三相中的任一相發(fā)生過載時，也有可能燒壞繞組，引起保護誤動作。在上述工作狀態(tài)下，電壓互感器二次側(cè)A、B、C三相出口處，都需加裝二次側(cè)保險。2.2 不加保險(熔斷器)的情況在二次側(cè)開口三角的出線上一般不裝熔斷器。因為在正常運行時開口端無電壓，無法監(jiān)視熔斷器的接觸情況。一旦熔斷器接觸不良，則系統(tǒng)接地時不能發(fā)出接地信號。但是，供零序過電壓保護用的開口三角出線例外。中性線上不裝熔斷器，目的是因為一旦保險絲熔斷或接觸不良，就會使絕緣監(jiān)察電壓表失去指示故障的作用。接自動電

16、壓調(diào)整器的電壓互感器二次側(cè)不裝熔斷器，目的是為了防止熔斷器接觸不良或熔絲熔斷時電壓互感器誤動作。3 三相五柱式電壓互感器工作繞組的工作狀態(tài)分析 3.1 正常時工作繞組的工作狀態(tài)如圖3所示，由于三相五柱式電壓互感器為配合計量及保護裝置，其二次線電壓為恒定的100V。為配合絕緣監(jiān)察，其二次側(cè)對地電壓為100 V；100V V、0V。所以根據(jù)圖3可得出，Ua、Ub、Uc三相相電壓為Ua=l00 V=Ub=Uc,線電壓為Uab=Uac=Ucb=100 V。正常運行時，Ua0=Ub0=Uc0電壓表指示相電壓(10kV系統(tǒng)為5.8kV)。圖3 正常工作時電壓互感器二次接線原理圖3.2 故障時工作繞組的工作

17、狀態(tài)當系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時(如A相)，則該相對地電壓為O，即電壓瓦感器的A相一次線圈對地無電壓。接在二次和接地相對應(yīng)的絕緣監(jiān)察電壓表Ua=0，而其它兩相Ub、Uc的電壓升高到 倍，即上升到線電壓(10KV系統(tǒng)為10KV)。此時工作線圈二次側(cè)對地電壓為Ua=0、Ub=0、Uc=100V。當A相經(jīng)電弧或高電阻接地時，則Ua電壓指示低于相電壓，但未達到0。Uc、Ub指示高于相電壓，但未達到線電壓(當b相接地時，Ub=O)。4 輔助繞組的工作狀態(tài)分析輔助繞組，即開口三角形。在系統(tǒng)正常運行時，由于系統(tǒng)三相電壓UA、UB、UC是對稱的，互感器二次線圈中的三個電壓Ua、Ub、Uc也對稱。故反應(yīng)在開口三角兩端的零序電壓為Ua+Ub+Uc=0，所以開口三角兩端的電壓為零。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，如C相接地(見圖4)，顯然C相對地電壓Uc，加上中性點對C相端頭電壓-Uc，即UAd=UA+(-Uc)。同理，B圖4 系統(tǒng)發(fā)生單相接地時開口三角形繞組電壓向量圖相對地電壓UBd=UB+(-Uc)，由于C