電壓互感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與選型要求

關(guān)于電壓互感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與選型要求05.11.20221第1頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20222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(hù)、測量儀表和計(jì)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、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Φm，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)相鏈的磁通稱為空載漏磁通Φs0。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)定律得第2頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20223電壓互感器基本知識與選型要求一次感應(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）為第3頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20224電壓互感器基本知識與選型要求2、分類（1）按用途分為：測量用與保護(hù)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。）第4頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20225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、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?？v絕緣為繞組的線匝間、層間、線段間的絕緣。第5頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20226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（1）JDZ10-10C1

（J—電壓互感器，D-—單相，Z—澆注式，10—設(shè)計(jì)序號，10—電壓等級，C1—結(jié)構(gòu)代號）（2）JSZVR2-10C1

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

（J—電壓互感器，D-—單相，Z—澆注式，X—帶有剩余電壓繞組，10—設(shè)計(jì)序號，10—電壓等級，N—N中性點(diǎn)PT）（5）JDZX11-10S

（J—電壓互感器，D-—單相，Z—澆注式，X—帶有剩余電壓繞組，11—設(shè)計(jì)序號，10—電壓等級，S—三繞組）第6頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20227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)1、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(shí)際一次電壓與實(shí)際二次電壓之比稱為實(shí)際電壓比。由于電壓互感器存在誤差，額定電壓比與實(shí)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?yàn)殡娏ο到y(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。第7頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20228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)GB1207—1997與IEC60044—2對絕緣水平的要求（kV)額定一次電壓3610152035GB1207-1997、GB311.13.6/25/407.2/32/6012/42/7517.5/50/9524/70/12540.5/95/200IEC60044-23.6/10/407.2/20/6012/28/7517.5/38/9524/50/12536/70/170第8頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.20229電壓互感器基本知識與選型要求2、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?jǐn)?shù)表示的電壓誤差用下式表示：

式中Kn—額定電壓比；

U1—實(shí)際一次電壓，V；

U2—在測量條件下，施加U1時的實(shí)際二次電壓，V。

用文字來表述就是：電壓誤差等于實(shí)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?jǐn)?shù)表示。第9頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202210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(shí)際電壓為100.5V，則電壓誤差為[（100X100.5–10000）/10000]X100%=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(hù)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(fù)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。第10頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202211電壓互感器基本知識與選型要求

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(hù)用電壓互感器的等級要求第11頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202212電壓互感器基本知識與選型要求

AS1243—1998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)0.1L0.10.10.2L0.2M0.20.20.5L0.5M0.50.51L1M1P112M2P225M5P551R153R315L—試驗(yàn)用互感器；M—測量用互感器；P—保護(hù)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—1.1第12頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202213電壓互感器基本知識與選型要求3、額定輸出在額定二次電壓及接有額定負(fù)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?yàn)?.3級不是標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級。第13頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202214電壓互感器基本知識與選型要求4、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(diǎn)接地方式密切相關(guān)，三相系統(tǒng)的中性點(diǎn)有以下幾種不同接地方式：中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)除經(jīng)保護(hù)、測量用的高阻抗接地外，中性點(diǎn)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(yùn)行，以便運(yùn)行人員尋找故障點(diǎn)并設(shè)法消除故障。中性點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)和地之間接入一消弧線圈以補(bǔ)償電容電流，減少流經(jīng)故障點(diǎn)的電流。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)又稱諧振接地系統(tǒng)。第14頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202215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(diǎn)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(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)又稱大接地電流系統(tǒng)。因?yàn)橹行渣c(diǎn)直接接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，短路電流很大。為了限制短路電流，往往只將部分變壓器的中點(diǎn)接地，或經(jīng)低阻抗接地。這種系統(tǒng)又稱中性點(diǎn)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(diǎn)有效接地系統(tǒng)。110kV系統(tǒng)大多是中性點(diǎn)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(diǎn)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：第15頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202216電壓互感器基本知識與選型要求GB1207—1997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(diǎn)與地之間1.2連續(xù)中性點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)絕緣系統(tǒng)或無自動切除對地故障裝置的中性點(diǎn)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第16頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202217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(shí)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(yùn)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。第17頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202218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×

3Ke（Ke為接地系數(shù)）

2)對中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)：Ke=80%；中性點(diǎn)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(diǎn)有效接地系統(tǒng)應(yīng)通過保護(hù)裝置在30s內(nèi)切除；而中性點(diǎn)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)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(diǎn)接地。第18頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202219電壓互感器基本知識與選型要求5、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。

第19頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202220電壓互感器基本知識與選型要求四、影響互感器的主要參數(shù)B—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?yàn)榇琶艿拇笮￡P(guān)系到鐵心的飽和程度，磁密過大，鐵心飽和點(diǎn)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(yùn)行帶來影響，甚至?xí)龤Щジ衅?。?dāng)互感器運(yùn)行時，鐵心截面與二次匝數(shù)是定的，所以運(yùn)行過程中的電壓與頻率都會影響磁密。第20頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202221電壓互感器基本知識與選型要求

伏安特性曲線

JDZX10-10C110/√3/0.1/√3/0.1/30.5/3P50/50VAf=50Hz橫坐標(biāo)：0—2.1倍額定電壓縱坐標(biāo)：0—2.5A勵磁電流飽和點(diǎn)：1.95倍額定電壓左右第21頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202222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(fù)載電流Is與一次電壓Up基本上成比例，故由負(fù)載引起的比差和角差基本上不隨一次電壓變化。空載比差和角差則隨一次電壓變化而改變。這是因?yàn)榛ジ衅鞯蔫F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。當(dāng)導(dǎo)磁率達(dá)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(fù)荷特性保持準(zhǔn)確度的負(fù)載是有范圍限制的，當(dāng)正常負(fù)荷超過額定負(fù)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(fù)載時一定要實(shí)事求是，不要過大的提高二次負(fù)載，使誤差增大。第22頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202223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?yàn)殡妷夯ジ衅鞯恼`差是由勵磁電流和負(fù)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)致鐵心飽和點(diǎn)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?yàn)檫^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(diǎn)電位偏移、瞬間電弧接地或進(jìn)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(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)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(diǎn)不穩(wěn)定過電壓確定，其最低值一般不低于1.2—1.4Un；對中性點(diǎn)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1.2—1.4Un/√3。第23頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202224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、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(diǎn)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(diǎn)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。第24頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202225電壓互感器基本知識與選型要求第25頁，共29頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期五05.11.202226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

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(hù)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(diǎn)有效接地系統(tǒng)為100V，中性點(diǎn)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(fù)荷的選擇：選擇二次負(fù)荷應(yīng)滿足繼電保護(hù)