2023學年完整公開課版電壓互感器

電氣設(shè)備及運行主講：劉赟電氣教研室第三章

互感器transformer互感器互感器引入：斷路器、互感器、繼電器的聯(lián)合應(yīng)用原理繼電保護裝置互感器斷路器互感器工作原理圖電氣接線圖QF:斷路器;TV:電壓互感器;TA:電流互感器;KV:電壓繼電器;KA:電流繼電器互感器斷路器、互感器和繼電器的聯(lián)合應(yīng)用原理:斷路器的觸頭系統(tǒng)由操動機構(gòu)操動，操動機構(gòu)則由繼電器的接點控制。在正常工作時，斷路器觸頭閉合，電流繼電器和電壓繼電器觸點處于開斷狀態(tài)，操動機構(gòu)不帶電。當系統(tǒng)發(fā)生短路故障，繼電器判斷出電流增大或電壓降低，繼電器的觸點將閉合，使操動機構(gòu)帶電，從而操動斷路器自動分閘將故障切除。斷路器：開合電路?；ジ衅鳎喊岩淮蝹?cè)高電壓大電流按比例變換成低電壓小電流提供給二次側(cè)測量儀表和繼電器。繼電器：邏輯判斷,發(fā)出動作信號?；ジ衅骰ジ衅鞲攀龌ジ衅骺煞譃殡妷夯ジ衅?PT或TV)和電流互感器(CT或TA)兩類。它是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)元件，把一次側(cè)高電壓大電流按比例變換成低電壓小電流,分別向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，正確反映電氣設(shè)備的正常運行和故障情況。測量儀表的準確性和繼電保護動作的可靠性，在很大程度上與互感器的性能有關(guān)。其基本工作原理與變壓器類似,但又有其特殊性,是一種特種變壓器?；ジ衅?.互感器的任務(wù)：（1）互感器是將電路中大電流變?yōu)樾‰娏鳎↖2N=5A，1A），將高電壓變?yōu)榈碗妷海║2N=100V，100/√3V）的電氣設(shè)備，作為測量儀表和繼電器的交流電源。可使測量儀表和保護裝置標準化，使二次設(shè)備結(jié)構(gòu)輕巧，價格便宜。(一次繞組接于電網(wǎng)線電壓時,二次繞組額定電壓選為100V,一次繞組接于電網(wǎng)相電壓時,二次繞組額定電壓選為100/√3V)(2)使二次回路可采用低電壓控制電纜，且使屏內(nèi)布線簡單，安裝方便，可實現(xiàn)遠方控制和測量。(3)使二次回路不受一次回路限制，接線靈活，維護、調(diào)試方便。(4)使二次與一次高壓部分隔離，且二次可設(shè)接地點，確保二次設(shè)備和人身安全?；ジ衅骰ジ衅骰ジ衅鳎?）取得零序電流、電壓分量供反映接地故障的繼電保護裝置使用。互感器3.互感器的原理接線電壓互感器PART3.1potentialtransformer電壓互感器作用：電壓互感器簡稱PT，文字符號為TV,是將高電壓變?yōu)榈碗妷海║2N=100V，100/V），供繼電保護、自動裝置和測量儀表獲取一次電壓信息的傳感器。電壓互感器電壓互感器的類型電壓互感器按絕緣介質(zhì)分，有油浸式、干式、環(huán)氧樹脂澆注式三類；按使用場所分，有戶內(nèi)式和戶外式；按相數(shù)來分，有三相式（20kV以下）、單相式；按電壓分有高壓（1kV以上）和低壓（0.5kV及以下）；按繞組分有雙繞組、三繞組和四繞組。按用途來分，有測量用和保護用；按結(jié)構(gòu)原理分有電磁感應(yīng)式、電容分壓式。(110kV及以下)(110kV，220kV及以上)電壓互感器電磁式電壓互感器(electromagneticPT)一、電磁式PT的工作原理電磁式電壓互感器的工作原理和結(jié)構(gòu)，與電力變壓器（電磁感應(yīng)原理）相似，只是容量較小，通常只有幾十伏安或幾百伏安。一次繞組匝數(shù)N1>>N2，因此可將高電壓按一定比例ku縮小成低電壓。電壓互感器1）電壓互感器的一次側(cè)繞組并聯(lián)于電網(wǎng)，一次側(cè)電壓即為電網(wǎng)運行電壓,不受互感器二次側(cè)負荷的影響，二次側(cè)負荷一般情況下是恒定不變的。2）二次側(cè)繞組并聯(lián)接入測量儀表和繼電器的電壓線圈。由于這些電壓線圈的阻抗很大，取用電流小，因此電壓互感器工作在接近空載狀態(tài),二次電壓接近于二次電勢,并隨一次側(cè)電壓變化而變化。電磁式電壓互感器的工作狀態(tài)有如下特點:電壓互感器3）電壓互感器在運行中,二次側(cè)不允許短路。運行中的電壓互感器二次繞組基本維持在額定電壓值(100V或100/V)上下，二次繞組匝數(shù)少,阻抗小,如果二次回路中發(fā)生短路，必然會造成很大的短路電流，會燒壞電壓互感器,所以電壓互感器二次側(cè)嚴禁短路。為了及時切斷二次側(cè)的短路電流,在電壓互感器二次回路內(nèi)必須安裝熔斷器或小型空氣自動開關(guān)。4）二次側(cè)應(yīng)保護接地，防止當一二次繞組間絕緣損壞時在二次側(cè)出現(xiàn)危險的過電壓,從而保證人身與設(shè)備的安全。電壓互感器一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的額定電壓比，稱為電壓互感器的額定變壓比，用Ku表示，并近似等于匝數(shù)之比KN，即其中一次繞組額定電壓是電網(wǎng)的額定電壓,現(xiàn)已標準化,有6、10、35、110、220、330、500kV等,二次繞組額定電壓則統(tǒng)一為100V或100/V,所以電壓互感器變壓比也標準化。電壓互感器二、PT的誤差

1.等值電路和相量圖1由于電壓互感器存在激磁電流和內(nèi)阻抗，其二次電壓的折算值U2’與一次電壓U1大小不等，相位差不等于180°，即電壓互感器測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。電壓互感器2.

PT有電壓誤差(數(shù)值誤差）和角誤差（相位誤差）兩種（1）電壓誤差：△U%=（kuU2-U1）/U1×100%（2）角誤差：二次電壓相量旋轉(zhuǎn)180度后與一次電壓相量之間的夾角。以δu表示，并規(guī)定超前時，δu為正值，反之為負值。電壓誤差對測量儀表指示及繼電器的輸入值都將帶來直接影響，而角誤差只影響功率型表計和繼電器。電壓互感器3.影響誤差的因素及減小誤差的辦法（1）一次電壓的影響。一次電壓與電壓互感器額定電壓偏離越大，電壓互感器的誤差越大。故正確使用電壓互感器，應(yīng)使一次額定電壓與電網(wǎng)的而額定電壓相適應(yīng)。（2）二次負載的影響當二次負荷過大，二次負載阻抗下降，二次電流增大，在電壓互感器繞組上的電壓降上升，使誤差增大；二次負載的功率因數(shù)過大或過小時，除影響電壓誤差外，相位誤差也會相應(yīng)增大。要保證電壓互感器的測量誤差不超過規(guī)定值，應(yīng)將二次負載和功率因數(shù)限制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。電壓互感器三．電壓互感器的技術(shù)參數(shù)，準確級及其應(yīng)用（1）變壓比。一次與二次繞組額定電壓之比K=U1n/U2n。（2）電壓互感器的準確級次電壓互感器應(yīng)能準確地將一次電壓變換為二次電壓,才能保證測量精確和保護裝置正確地動作,因此電壓互感器必須保證一定的準確度。電壓互感器的準確級次是以最大變比誤差簡稱比差和相角誤差簡稱角誤差來區(qū)分的，數(shù)值上等于在規(guī)定的一次電壓和二次負荷變化范圍內(nèi),負荷的功率因數(shù)為額定值時,電壓誤差的最大值。電壓互感器準確級誤差限值一次電壓變化范圍頻率、功率因數(shù)及二次負荷變化范圍電壓誤差（±%）相位差（±/）0.20.5130.20.51.03.0102040不確定（0.8～1.2）UN1(0.25～1)SN2cosφ2=0.8f=fn3P6P3.06.0120240（0.05～1）UN1精密測量0.2級饋電給測量儀表用1級或0.5級饋電給電度計量0.5級以上饋電給繼電保護用3P或6P電壓互感器由于電壓互感器的誤差與二次負荷的大小有關(guān)，所以同一電壓互感器對應(yīng)于不同的二次負荷容量，在銘牌上標注幾種不同的準確度級次，而電壓互感器銘牌上所標定的最高的準確級次，稱之為標準準確級次。（3）容量額定容量：最大容量：電壓互感器二次負荷容量增大，準確度降低，所以銘牌上每一個給定容量是和一定的準確級次相對應(yīng)的，通常所說的額定容量，是指對應(yīng)于最高準確級次的容量。（查產(chǎn)品目錄可得）允許發(fā)熱條件規(guī)定的極限容量，除特殊情況及瞬時負荷需用外，一般正常運行情況下，二次負荷不應(yīng)達到這個容量。例某10KV電壓互感器銘牌有如下規(guī)定：容量80VA，0.5級；容量150VA,1級；容量320VA，3級；最大容量640VA。電壓互感器（4）接線組別指一次繞組線電壓與二次繞組線電壓間的相位關(guān)系。10kV系統(tǒng)常用的單相電壓互感器，接線組別為1/1－0，三相電壓互感器接線組別為Y，yn12或YN，yn12。電壓互感器例:PT的技術(shù)參數(shù)電壓互感器電壓互感器四、PT的接線方式圖3.2注：(在三相系統(tǒng)中需要測量的電壓有：①線電壓；②相對地電壓；③零序電壓。)電壓互感器a一臺單相電壓互感器的接線可測量某兩相之間的線電壓，主要用于35kV及以下的中性點非直接接地電網(wǎng)中。110KV及以上中性點直接接地系統(tǒng)的相對地電壓；電壓互感器b.兩臺單相電壓互感器接成V-V形接線V，V形接線:又稱不完全星形接線，可以用來三相三線制電路的線電壓,但不能測量相電壓。適用于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的（3~35kV）系統(tǒng)中測量線電壓；電壓互感器c.一臺三相三柱式電壓互感器的Y-y。形接線。它只能測量線電壓，不能用來測量相對地電壓，因一次側(cè)繞組的星形接線中性點不能接地。原因是如果一次側(cè)中性點接地，當中性點非直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，造成三相對地電壓不平衡，在鐵芯柱中產(chǎn)生零序磁通，由于零序磁通通過空氣間隙和互感器外殼構(gòu)成通路，所以磁阻大，零序勵磁電流很大，造成電壓互感器鐵芯過熱甚至燒壞。三相三柱式電壓互感器不引出一次側(cè)繞組的中性點，不能作為交流絕緣監(jiān)察用。電壓互感器電壓互感器d.一臺三相五柱式電壓互感器的Y0-y0-△形接線其一次側(cè)繞組和基本二次繞組接成星形，且中性點接地，輔助二次繞組接成開口三角形。基本二次繞組可測量相電壓和線電壓,單相接地時由輔助二次繞組測量零序電壓，用于監(jiān)視電網(wǎng)對地絕緣狀況和實現(xiàn)單相接地的繼電保護。輔助二次繞組接有絕緣監(jiān)察裝置判斷出有單相接地發(fā)出信號，基本二次繞組上接的電壓表上查看是哪一相接地。電壓互感器當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，三相五柱式電壓互感器內(nèi)產(chǎn)生的零序磁通可以通過兩邊的輔助鐵芯柱構(gòu)成回路，由于輔助鐵芯柱的磁阻小，因此零序勵磁電流也很小，不會燒毀互感器。電壓互感器（1）三相五柱式電壓互感器應(yīng)用于中性點非直接接地電網(wǎng)在中性點非直接接地三相系統(tǒng)中，正常運行時因各相對地電壓為相電壓，三相電壓的相量和為零，所以開口三角形兩端子間電壓為零。當發(fā)生一相接地時，開口三角形兩端子間有電壓，為各相輔助二次繞組中零序電壓之相量和。測量零序電壓，用于監(jiān)視電網(wǎng)對地絕緣狀況和實現(xiàn)單相接地的繼電保護。規(guī)定開口三角形兩端子間的額定電壓為100V，因為各相零序電壓大小相等，相位相同，故輔助二次繞組的額定電壓為100/3V。這種情況下，電壓互感器的變比為（UN為一次系統(tǒng)的額定電壓）。電壓互感器（2）三