電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)

電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)電壓互感器一電磁式電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)1電壓互感器的工作原理與技術(shù)特性電壓互感器的構(gòu)造、原理和接線都與電力變壓器相同，差別在于電壓互感器的容量小，通常只有幾十或幾百VA，二次負荷為儀表和繼電器的電壓線圈，基本上是恒定高阻抗。其工作狀態(tài)接近電力變壓器的空載運行。電壓互感器的高壓繞組，并聯(lián)在系統(tǒng)一次電路中，二次電壓U2與一次電壓成比例，反映了一次電壓的數(shù)值。一次額定電壓UIN，多與電網(wǎng)的額定電壓相同，二次額定電壓U2N，一般為100V、100/3V、100/3V。電壓互感器的一、二次繞組額定電壓之比，稱為電壓互感器的額定變比KN，則KN=NNUU21≈21UU≈21NN（2-1-1)式中N1、N2——電壓互感器原、副繞組的匝數(shù)。由式（2-1-1）知，若已知二次電壓U2的數(shù)值，便能計算出一次電壓U1的近似值，為U1=kNU2由于電壓互感器的原繞組是并聯(lián)在一次電路中，與電力變壓器一樣，二次側(cè)不能短路，否則會產(chǎn)生很大的短路電流，燒毀電壓互感器。同樣，為了防止高、低壓繞組絕緣擊穿時，高電壓竄入二次回路造成危害，必須將電壓互感器的二次繞組、鐵心及外殼接地。2電壓互感器的誤差及準確度等級與電流互感器類似，電壓互感器的誤差也分為電壓誤差和角誤差。（一）電壓誤差△U是二次電壓的測量值U2乘以額定變比KN（即一次電壓的測量值）與一次電壓的實際值U1之差，并以一次電壓實際值的百分數(shù)表示，即△U=112UUUkN×100%（2-1）（二）角誤差δ折算到一次側(cè)的二次電壓U′2，逆時針方向轉(zhuǎn)1800與一次電壓U1之間的夾δ，并規(guī)定當-U′2超前U1時，δ角為正值，反之，δ角為負值。（三）影響誤差的因素電壓互感器的誤差與其工作情況的關(guān)系，可由電壓互感器根據(jù)T形等值電路所作的向量圖加以說明，如圖2-1所示，其中二次側(cè)各量均折算到一次側(cè)，二次部分各相量省略未畫，為了使相量顯得清楚，放大了各阻抗壓降部分的比例，并畫出一條角誤差的座標軸線（一）δ——（+）δ。從圖中看出：O′A為一次電壓相量U1，是以下三部分電壓的相量和：（1）反方向的二次電壓向量即-U′2。（2）勵磁電流（空載電流）IO在一次繞組的漏阻抗上的壓降，即IO（R1+jX1）。（3）反方向的二次電流向量在原、副繞組漏阻抗的電壓降之和，即-I′2{R1+R′2}+j(X1+X′2)}從相量圖中可以看出，影響電壓互感器誤差的因素有：（1）原、副繞組的電阻R1、R′2和漏抗X1、X′2。（2）空載電流IO。（3）二次負載電流的大小I′2及其功率因數(shù)COSΦ2。圖2-1電壓互感器的相量圖前兩個因素與制造有關(guān)，第三因素決定于工作條件，即與二次負載有關(guān)。當二次電流增大功功率因素COSΦ2降低時，誤差也就增大。（四）電壓互感器的準確度等級電壓互感器根據(jù)誤差的不同，劃分為不同的準確度等級。我國電壓互感器的準確度分為四級，即0.2級、0.5級、1級、3級，每種準確度等級的誤差限值見表2-1。電壓互感器的每個準確度等級，都規(guī)定有對應的二次負荷的額定容量S2N（VA）。當實際的二次負荷超過了規(guī)定的額定容量時，電壓互感器的準確度等級就要降低。要使電壓互感器能在選定的準確度等級下工作，二次所接負荷的總?cè)萘縎2∑必須小于該準確度等級所規(guī)定的額定容量S2N。電壓互感器準確等級與對應的額定容量，可從有關(guān)電壓互感器技術(shù)數(shù)據(jù)中查取。表2-1電壓互感器的準確等級和誤差限值準確度等級最大容許誤差一次電壓和二次負荷電壓誤差（±%）角誤差（±分）3電壓互感器的類型及基本結(jié)構(gòu)電壓互感器種類較多，按繞組數(shù)分為雙繞組和三繞組兩種，三繞組電壓互感器除了一、二次繞組外還有一組（個）輔助二次繞組供絕緣監(jiān)測及零序回路。按相數(shù)分為單相和三相式，額定電壓35kV及以上的電壓互感器均制造為單相式。按安裝地點分為戶內(nèi)和戶外式，35kV及以下多制成戶內(nèi)式。按絕緣及冷卻方式可分為干式、澆注式，油浸式和充氣式，干式（浸絕緣膠）結(jié)構(gòu)簡單、無著火爆炸危險，但絕緣強度較低，只適用于6kV以下的戶內(nèi)裝置；澆注式結(jié)構(gòu)緊湊、維護方便，適用于3～35kV戶內(nèi)配電裝置；油浸式絕緣性能好，可用于10kV以上的戶內(nèi)外配電裝置；充氣式用于SF6全封閉組合電器中。此外還有電容式電壓互感器。（1）JDZJ—10型電壓互感器JDZJ-10型電壓互感器為環(huán)氧樹脂澆鑄絕緣，外形結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。這種電壓互感器為單相三繞組，環(huán)氧樹脂澆注絕緣的戶內(nèi)型互感器?？捎萌齻€電壓互感器組成三個YN/yn/d接線，供中性點不接地系統(tǒng)的電壓、電能測量及接地保護之用，可取代老型號的JSJW型三相五柱電壓互感器。1－一次出線2—套管3—主絕緣4—鐵心5—二次出線圖2-2（2）JDJ-10型電壓互感器JDJ-10型電壓互感器為單相油浸式電壓互感器，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。鐵心和線圈裝在充滿變壓器油的油箱內(nèi)，線圈出線通過固定在箱蓋上的套管引出。用于戶外配電裝置。1－鐵心2—線圈3—一次出線4—二次出線圖2-3（3）JSJW-10型電壓互感器JSJW-10型電壓互感器為三相五柱式電壓互感器，其外形及鐵芯、繞組接線，如圖2-4所示。繞組分別繞在中間在個鐵心上，兩側(cè)有兩個輔助鐵芯柱，作為單相接地時的零序磁通通道，使原繞組的零序阻抗增大，從而大大限制了單相接地時通過互感器的零序電流，而不致危害互感器。每個鐵心柱均繞有三個繞組，一次繞組接成星形并引出中線，因此在油箱蓋上有四個高壓瓷瓶端子。每相有兩個二次繞組，一組為基本繞組接成星形，中性點也引出，接線端子為a、b、c、o；另一組為輔助繞組接成開口三角形，引出兩個接線端子a1、x1。廣泛用于小接地電流系統(tǒng)，作為測量相、線電壓和絕緣監(jiān)察之用。圖2-4（4）JCC-110型電壓互感器JCC-110型電壓互感器是采用串級式結(jié)構(gòu)，參數(shù)相同的原繞組線圈單元分別套在鐵心上下兩柱上，串接在相線和地之間，兩個線圈單元的連接點與鐵心連接在瓷箱內(nèi)，鐵心與底座絕緣。瓷箱兼作油箱和出線套管，減輕了重量和體積，如圖2-5所示。由于每個單元參數(shù)相同，電壓在各個單元上均勻分布，所以，每一級只處在該裝置這一部分電壓之下。鐵心和線圈采用分級絕緣，因此，可大量節(jié)約絕緣材料。在中性點直接接地系統(tǒng)中，每個線圈單元上的電壓與相電壓Uxg成正比，最末一個與地連接的線圈單元具有副繞組，因而能成比例地反映系統(tǒng)相電壓Uxg的變化。當副繞組開路時，由于鐵芯中的磁通相等，使電壓在各單元線圈上分布均勻，如圖2-6（a）所示，每一線圈單元與鐵芯的電位差只有Uxg/2。但鐵芯與外殼之間存在Uxg/2的電位差，所以必須絕緣。由于瓷外殼是絕緣的，且絕緣的最大計算電壓不超過Uxg/2，所以容易做到，而普通結(jié)構(gòu)的互感器，必須按全電壓Uxg設(shè)計絕緣。當副繞組接通負荷后，由于副繞組電流產(chǎn)生去磁磁勢，產(chǎn)生漏磁通，使上、下鐵芯柱內(nèi)的磁通不相等，破壞了電壓在各線圈單元的均勻分