電壓互感器的工作原理

電壓互感器的工作原理電壓互感器的工作原理與普通的變壓器相似，僅在構(gòu)造型式、所用材料、容量、誤差范疇等方面有所差別。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，方便用低壓量值反映高壓量值的變化。因此，通過電壓互感器能夠直接用普通電氣儀表進(jìn)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，普通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(fù)荷影響，并且大多數(shù)狀況下其負(fù)荷是恒定的；4、二次側(cè)負(fù)荷重要是儀表、繼電器線圈，它們的阻抗很大，通過的電流極少。如果無限期增加二次負(fù)荷，二次電壓會(huì)減少，造成測量誤錯(cuò)增大；5、用電壓互感器來間接測量電壓，能精確反映高壓側(cè)的量值，確保測量精度；6、不管電壓互感器初級(jí)電壓有多高，另首先級(jí)額定電壓普通都是100V，使得測量儀表和繼電器電壓線圈制造上得以原則化。并且確保了儀表測量和繼電保護(hù)工作的安全，也解決了高壓測量的絕緣、制造工藝等困難；7、電壓互感器慣用于變配電儀表測量和繼電保護(hù)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(dāng)時(shí)級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流），用于變化電壓等級(jí)，負(fù)載較大電流。1、變壓器種類諸多，按冷卻方式、防潮方式、鐵芯或線圈構(gòu)造、電源相數(shù)、用途等分若干個(gè)類；2、變壓器的容量由小到大，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(fù)荷影響較大，負(fù)荷大時(shí)系統(tǒng)電壓會(huì)受到影響；4、變壓器二次側(cè)負(fù)荷就是多個(gè)用電設(shè)備，通過的電流較大，含有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力；5、變壓器一次側(cè)電壓不管多高，均可根據(jù)需要升高或減少二次電壓；6、變壓器的外形與體積因容量的不同有時(shí)很大；7、變壓器慣用于多個(gè)場合。電流互感器和變壓器原理差不多，在構(gòu)造上也基本同樣，都是兩個(gè)繞組：一種匝數(shù)多、線徑細(xì)，另外一種匝數(shù)少、線徑粗。若匝數(shù)多、線徑細(xì)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），則該互感器就是一種電壓互感器。電壓互感器事實(shí)上就是一臺(tái)工作在空載狀態(tài)下的降壓變壓器（由于電壓表是高阻表，電流很小，因此是空載。又由于一次繞組匝數(shù)多、二次繞組匝數(shù)少，因此是降壓）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(xì)的繞組接測量儀表（電流表），則該互感器就是一種電流互感器。電流互感器事實(shí)上就是一臺(tái)工作在短路狀態(tài)下的升壓變壓器（由于電流表是低阻表，電流很大，因此相稱于短路。又由于一次繞組匝數(shù)少、二次繞組匝數(shù)多，因此是升壓，而之因此實(shí)際電流互感器的二次繞組電壓沒有升壓，是由于它工作在短路狀態(tài)）。電流互感器工作時(shí)二次繞組絕對不能開路，否則會(huì)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(huì)使鐵心嚴(yán)重飽和而失去測量的精確性。互感器按原理分為電磁感應(yīng)式和電容分壓式兩類。電磁感應(yīng)式多用于220kV及下列多個(gè)電壓等級(jí)。電容分壓式普通用于110kV以上的電力系統(tǒng),330～765kV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(hù)用兩類。對前者的重要技術(shù)規(guī)定是確保必要的精確度；對后者可能有某些特殊規(guī)定，如規(guī)定有第三個(gè)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似，基本構(gòu)造也是鐵心和原、副繞組。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)靠近于空載狀態(tài)。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增加而燒毀線圈。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)對地高電位而造成人身和設(shè)備事故。測量用電壓互感器普通都做成單相雙線圈構(gòu)造，其原邊電壓為被測電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓），能夠單相使用,也能夠用兩臺(tái)接成V-V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)測量不同電壓的需要。供保護(hù)接地用電壓互感器還帶有一種第三線圈，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(hù)繼電器的電壓線圈聯(lián)接。正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)的三相電壓對稱，第三線圈上的三相感應(yīng)電動(dòng)勢之和為零。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，從而對電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。線圈出現(xiàn)零序電壓則對應(yīng)的鐵心中就會(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心（10kV及下列時(shí)）或采用三臺(tái)單相電壓互感器。對于這種互感器，第三線圈的精確度規(guī)定不高，但規(guī)定有一定的過勵(lì)磁特性（即當(dāng)原邊電壓增加時(shí)，鐵心中的磁通密度也增加對應(yīng)倍數(shù)而不會(huì)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似。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(shí),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。但事實(shí)上，當(dāng)負(fù)載并聯(lián)于電容C2兩端時(shí),Uc2將大大減小,以致誤差增大而無法作電壓互感器使用。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在電容C2兩端并聯(lián)一帶電抗的電磁式電壓互感器YH，構(gòu)成電容分壓式電壓互感器(圖3)。電抗可賠償電容器的內(nèi)阻抗。YH有兩個(gè)副繞組，第一副繞組可接賠償電容Ck供測量儀表使用；第二副繞組可接阻尼電阻Rd，用以避免諧振引發(fā)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)，減少造價(jià)。此時(shí)，它還需滿足通信運(yùn)行上的規(guī)定。注意：電壓互感器二次回路不能短路，否則會(huì)引發(fā)燒壞線圈，為了避免二次端的短路引發(fā)主電路干擾，加空氣開關(guān)K1。K1是常閉，K1跳閘時(shí)，保護(hù)裝置將顯示PT斷線報(bào)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、輔助繞組的工作特性，方便對三相五柱式電壓互感器進(jìn)行更加好地維護(hù)。[核心詞]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規(guī)定的二次電壓，向測量表計(jì)和繼電器供電，其工作原理與變壓器基本相似。電壓互感器普通有單相、三相三柱式、三相五柱式電壓互感器等幾個(gè)，由于使用辦法不同，各有優(yōu)、缺點(diǎn)。三相五柱式電壓互感器，是磁系統(tǒng)含有五個(gè)磁柱的三相三繞組電壓互感器，廣泛采用于大中型公司，含有低電壓、過電壓保護(hù)、低電壓啟動(dòng)等多個(gè)保護(hù)功效；備自投等全部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(hù)、測量表計(jì)及同時(shí)電壓回路有關(guān)，有b相接地和中性點(diǎn)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在同時(shí)回路中在b相接地系統(tǒng)中，對中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)，中性點(diǎn)位移，不能用相電壓同時(shí)，必須用線電壓同時(shí)。猶如步點(diǎn)兩側(cè)均為b相接地，其中一相公用，同時(shí)開關(guān)檔數(shù)減少(如采用綜保，則接線更為簡樸)，同時(shí)接線簡樸。對中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，可用輔助二次繞組的相電壓同時(shí)。1.1.2在保護(hù)回路中在b相接地系統(tǒng)中，①在零線上串接的隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)G，如不可靠而斷開時(shí)，會(huì)使10kV以上電壓距離保護(hù)斷線閉鎖裝置失去作用，這時(shí)若再發(fā)生一相或兩相斷線，將造成保護(hù)誤動(dòng)作。②由于輔助繞組的一端與b相接地點(diǎn)相連，由于基本二次側(cè)繞組上有負(fù)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(dú)從接地點(diǎn)引接零序方向繼電器回路，則接線較為復(fù)雜。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)無任何斷開觸點(diǎn)，可靠性高。因中性點(diǎn)沒有電流通過，無電壓降，對保護(hù)無影響。1.1.3在測量表計(jì)回路中在b相接地系統(tǒng)中，①因大多數(shù)表計(jì)均接線電壓，其中b相接地公用，引線方便。②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(diǎn)接地系統(tǒng)中，表計(jì)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)中，①中性點(diǎn)需裝設(shè)擊穿保險(xiǎn)器，增加了部件，正常時(shí)如擊穿保險(xiǎn)器擊穿接地，將使b相繞組短路。②當(dāng)A、C兩相中任一相發(fā)生接地時(shí)，即構(gòu)成二次繞組兩相短路，兩相熔斷器熔斷。在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，無b相接地的對應(yīng)問題，接線較簡樸。據(jù)上分析，對于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，因普通不裝設(shè)距離和零序方向保護(hù)，b相接地對保護(hù)影響極小，而對同時(shí)回路有利，故電壓互感器二次側(cè)采用b相接地方式較為抱負(fù)。而對于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，保護(hù)規(guī)定嚴(yán)格，中性點(diǎn)接地有助于提高保護(hù)的可靠性，同時(shí)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(diǎn)接地方式較為優(yōu)越[1]。1.2接地因素1.2.1電壓互感器二次側(cè)須接地的因素在運(yùn)行中，電壓互感器的一次側(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(shí)，則其二次側(cè)固定為100V)。二次側(cè)線圈所接入的多個(gè)儀表和繼電器的絕緣等級(jí)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。1.2.2JB接地圖1中，當(dāng)電壓互感器通過b相接地時(shí)，其中性點(diǎn)處還需要通過JB接地的因素分析以下。由于電壓互感器二次側(cè)通過b相接地，其只是為多個(gè)表計(jì)和繼電器提供所需電壓，不能確保當(dāng)一次電壓串入二次回路時(shí)的安全，因此其二次側(cè)線圈的中性點(diǎn)也必須接地。但是，其中性點(diǎn)如果直接接地，b相線圈將通過大地短接，這樣會(huì)燒壞線圈，這是不允許的。因此電壓互感器二次側(cè)中性點(diǎn)通過一種JB(放電間隙)接地。正常運(yùn)行時(shí)JB不導(dǎo)通；當(dāng)有高壓進(jìn)入二次側(cè)時(shí)，JB擊穿使電壓互感器二次通過中性點(diǎn)接地，達(dá)成保護(hù)人身和設(shè)備安全的目的。(因b相接地點(diǎn)在保險(xiǎn)之后，故即使b相和中性點(diǎn)形成接地短路，也只會(huì)使保險(xiǎn)熔斷，不會(huì)燒壞線圈)。2電壓互感器二次側(cè)保險(xiǎn)的工作原理2.1二次側(cè)無保險(xiǎn)工作分析①在圖1中，如果JB在工作狀態(tài)下因其它因素?fù)舸?，則電壓互感器b相繞組將被短接，b相繞組將被燒壞。②當(dāng)A、C兩相任一相有過載時(shí)，將造成電壓互感器繞組燒壞。當(dāng)A、B、C三相繞組內(nèi)部有故障時(shí)，將引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作。③在圖2中，當(dāng)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(shí)，均會(huì)造成電壓互感器繞組短路運(yùn)行而燒壞。④當(dāng)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(shí)，也有可能燒壞繞組，引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)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(xiǎn)。2.2不加保險(xiǎn)(熔斷器)的狀況①在二次側(cè)開口三角的出線上普通不裝熔斷器。由于在正常運(yùn)行時(shí)開口端無電壓，無法監(jiān)視熔斷器的接觸狀況。一旦熔斷器接觸不良，則系統(tǒng)接地時(shí)不能發(fā)出接地信號(hào)。但是，供零序過電壓保護(hù)用的開口三角出線例外。②中性線上不裝熔斷器，目的是由于一旦保險(xiǎn)絲熔斷或接觸不良，就會(huì)使絕緣監(jiān)察電壓表失去批示故障的作用。③接自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的電壓互感器二次側(cè)不裝熔斷器，目的是為了避免熔斷器接觸不良或熔絲熔斷時(shí)電壓互感器誤動(dòng)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(shí)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累計(jì)量及保護(hù)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。因此根據(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=100V。正常運(yùn)行時(shí)，Ua0=Ub0=Uc0電壓表批示相電壓(10kV系統(tǒng)為5.8kV)。圖3正常工作時(shí)電壓互感器二次接線原理圖3.2故障時(shí)工作繞組的工作狀態(tài)①當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時(shí)(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?zé)o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(shí)工作線圈二次側(cè)對地電壓為Ua=0、Ub=0、Uc=100V。②當(dāng)A相經(jīng)電弧或高電阻接地時(shí)，則Ua電壓批示低于相電壓，但未達(dá)成0。Uc、Ub批示高于相電壓，但未達(dá)成線電壓(當(dāng)b相接地時(shí)，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(yùn)行時(shí)，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(gè)電壓Ua、Ub、Uc也對稱。故反映在開口三角兩端的零序電壓為Ua+Ub+Uc=0，因此開口三角兩端的電壓為零。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如C相接地(見圖4)，顯然C相對地電壓Uc，加上中性點(diǎn)對C相端頭電壓-Uc，即UAd=UA+(-Uc)。同理，B圖4