電壓互感器工作原理

電壓互感器本詞條由“科普中國”百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作項目

審核。電壓互感器

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（Potentialtransformer簡稱PT，Voltagetransformer也簡稱VT）和變壓器類似，是用來變換線路上的電壓的儀器。不過變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，重要是用來給測量儀表和繼電保護(hù)裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來在線路發(fā)生故障時保護(hù)線路中的寶貴設(shè)備、電機(jī)和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。詞條簡介了其基本構(gòu)造、工作原理、重要類型、接線方式、注意事項、異常與處理、以及鐵磁諧振等?；緲?gòu)造電壓互感器的基本構(gòu)造和變壓器很相似，它也有兩個繞組，一種叫一次繞組，一種叫二次繞組。兩個繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間均有絕緣，使兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間均有電氣隔離。電壓互感器在運行時，一次繞組N1并聯(lián)接在線路上，二次繞組N2并聯(lián)接儀表或繼電器。因此在測量高壓線路上的電壓時，盡管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以保證操作人員和儀表的安全。工作原理其工作原理與變壓器相似

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，基本構(gòu)造也是鐵心和原、副繞組。特點是容量很小且比較恒定，正常運行時靠近于空載狀態(tài)。電壓互感器自身的阻抗很小，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、副邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)對地高電位而導(dǎo)致人身和設(shè)備事故。測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈構(gòu)造，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。試驗室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應(yīng)測量不一樣電壓的需要。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，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(hù)作用。線圈出現(xiàn)零序電壓則對應(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及如下時）或采用三臺單相電壓互感器。對于這種互感器，第三線圈的精確度規(guī)定不高，但規(guī)定有一定的過勵磁特性（即當(dāng)原邊電壓增長時，鐵心中的磁通密度也增長對應(yīng)倍數(shù)而不會損壞）。

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電壓互感器是發(fā)電廠、變電所等輸電和供電系統(tǒng)不可缺乏的一種電器。精密電壓互感器是電測試驗室中用來擴(kuò)大量限，測量電壓、功率和電能的一種儀器。電壓互感器和變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。線路上為何需要變換電壓呢？這是由于根據(jù)發(fā)電、輸電和用電的不一樣狀況，線路上的電壓大小不一，并且相差懸殊，有的是低壓220V和380V，有的是高壓幾萬伏甚至幾十萬伏。要直接測量這些低壓和高壓電壓，就需要根據(jù)線路電壓的大小，制作對應(yīng)的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼電器。這樣不僅會給儀表制作帶來很大困難，并且更重要的是，要直接制作高壓儀表，直接在高壓線路上測量電壓，那是不也許的，并且也是絕對不容許的。重要類型1、按安裝地點可分為戶內(nèi)式和戶外式

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35kV及如下多制成戶內(nèi)式；35kV以上則制成戶外式。2、按相數(shù)可分為單相和三相式35kV及以上不能制成三相式。3、按繞組數(shù)目可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓互感器除一次側(cè)和基本二次側(cè)外，尚有一組輔助二次側(cè)，供接地保護(hù)用。4、按絕緣方式可分為干式、澆注式、油浸式和充氣式

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。干式電壓互感器構(gòu)造簡樸、無著火和爆炸危險，但絕緣強度較低，只合用于6kV如下的戶內(nèi)式裝置；澆注式電壓互感器構(gòu)造緊湊、維護(hù)以便，合用于3kV～35kV戶內(nèi)式配電裝置；油浸式電壓互感器絕緣性能很好，可用于10kV以上的戶外式配電裝置；充氣式電壓互感器用于SF6全封閉電器中。5、按工作原理電磁式電壓互感器：是運用電磁感應(yīng)原理按比例變換電壓或電流的設(shè)備。電容式電壓互感器：電容式電壓互感器（CVT）是由串聯(lián)電容器分壓，再經(jīng)電磁式互感器降壓和隔離，作為表計、繼電保護(hù)等的一種電壓互感器，電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線用于長途通信、遠(yuǎn)方測量、選擇性的線路高頻保護(hù)、遙控、電傳打字等。電子式電壓互感器

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：由連接到傳播系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一種或多種電壓或電流傳感器構(gòu)成的一種裝置，用以傳播正比于被測量的量，供應(yīng)測量儀器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置。銘牌標(biāo)志電壓互感器型號由如下幾部分構(gòu)成

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，各部分字母，符號表達(dá)內(nèi)容：第一種字母：J——電壓互感器；第二個字母：D——單相；S——三相第三個字母：J——油浸；Z——澆注；第四個字母：數(shù)字——電壓等級（KV）。例如：JDJ-10表達(dá)單相油浸電壓互感器，額定電壓10KV。額定一次電壓，作為互感器性能基準(zhǔn)的一次電壓值。額定二次電壓，作為互感器性能基準(zhǔn)的二次電壓值。額定變比，額定一次電壓與額定二次電壓之比。精確級，由互感器系統(tǒng)定的等級，其誤差在規(guī)定使用條件下應(yīng)在規(guī)定的限值之內(nèi)負(fù)荷，二次回路的阻抗，一般以視在功率（VA）表達(dá)。額定負(fù)荷，確定互感器精確級可根據(jù)的負(fù)荷值。接線方式電壓互感器的常用接線方式有如下幾種

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：（1）單項式接線，可以用于測量35kV及如下中性點不直接接地系統(tǒng)的線電壓或110kV以上中性點直接接地系統(tǒng)的相對地電壓。（2）V/V接線是將兩臺全絕緣單相電壓互感器的高下壓繞組分別接于相與相之間構(gòu)成不完全三角形。這種措施常用語中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的35kV及如下的高壓三相系統(tǒng)中，尤其是10kV的三相系統(tǒng)中。（3）用三臺單相三繞組電壓互感器構(gòu)成YN，yn，d0或YN，y，d0的接線形式，廣泛應(yīng)用于3~220KV系統(tǒng)中，其二次繞組用于測量相間電壓和相對地電壓，輔助二次繞組接成開口三角形，供接入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視儀表和繼電器用。用一臺三相五柱式電壓互感器替代上述三個單相三繞組電壓互感器構(gòu)成的接線，除鐵芯外，其形式與圖3基本相似，一般只用于3~15KV系統(tǒng)。（4）三相三繞組五柱式電壓互感器，其一次繞組和主二次繞組接成星形，并且中性點接地，輔助二次繞組接成開口三角形。故此種電壓互感器可以測量線電壓和相對地電壓，輔助二次繞組可以介入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視用的繼電器和信號指示器。\o"電壓互感器"電壓互感器(4張)注意事項1．電壓互感器在投入運行前要按照規(guī)程規(guī)定的項目進(jìn)行試驗檢查。例如，測極性、連接組別、搖絕緣、核相序等

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。2．電壓互感器的接線應(yīng)保證其對的性，一次繞組和被測電路并聯(lián)，二次繞組應(yīng)和所接的測量儀表、繼電保護(hù)裝置或自動裝置的電壓線圈并聯(lián)，同步要注意極性的對的性。3．接在電壓互感器二次側(cè)負(fù)荷的容量應(yīng)合適，接在電壓互感器二次側(cè)的負(fù)荷不應(yīng)超過其額定容量，否則，會使互感器的誤差增大，難以到達(dá)測量的對的性。4．電壓互感器二次側(cè)不容許短路。由于電壓互感器內(nèi)阻抗很小，若二次回路短路時，會出現(xiàn)很大的電流，將損壞二次設(shè)備甚至危及人身安全。電壓互感器可以在二次側(cè)裝設(shè)熔斷器以保護(hù)其自身不因二次側(cè)短路而損壞。在也許的狀況下，一次側(cè)也應(yīng)裝設(shè)熔斷器以保護(hù)高壓電網(wǎng)不因互感器高壓繞組或引線故障危及一次系統(tǒng)的安全。5．為了保證人在接觸測量儀表和繼電器時的安全，電壓互感器二次繞組必須有一點接地。由于接地后，當(dāng)一次和二次繞組間的絕緣損壞時，可以防止儀表和繼電器出現(xiàn)高電壓危及人身安全。6、電壓互感器副邊絕對不容許短路。

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異常與處理常見異常（1）三相電壓指示不平衡：一相減少（可為零），另兩相正常，線電壓不正常，或伴有聲、光信號，也許是互感器高壓或低壓熔斷器熔斷

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；（2）中性點非有效接地系統(tǒng)，三相電壓指示不平衡：一相減少（可為零），另兩相升高（可達(dá)線電壓）或指針擺動，也許是單相接地故障或基頻諧振，如三相電壓同步升高，并超過線電壓（指針可擺到頭），則也許是分頻或高頻諧振；（3）高壓熔斷器多次熔斷，也許是內(nèi)部絕緣嚴(yán)重?fù)p壞，如繞組層間或匝間短路故障；（4）中性點有效接地系統(tǒng)，母線倒閘操作時，出現(xiàn)相電壓升高并以低頻擺動，一般為串聯(lián)諧振現(xiàn)象；若無任何操作，忽然出現(xiàn)相電壓異常升高或減少，則也許是互感器內(nèi)部絕緣損壞，如絕緣支架繞、繞組層間或匝間短路故障；（5）中性點有效接地系統(tǒng)，電壓互感器投運時出現(xiàn)電壓表指示不穩(wěn)定，也許是高壓繞組N（X）端接地接觸不良。（6）電壓互感器回路斷線處理。

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處理措施1.根據(jù)繼電保護(hù)和自動裝置有關(guān)規(guī)定，退出有關(guān)保護(hù)，防止誤動作。2.檢查高、低壓熔斷器及自動空氣開關(guān)與否正常，如熔斷器熔斷、應(yīng)查明原因立即更換，當(dāng)再次熔斷時則應(yīng)謹(jǐn)慎處理。3.檢查電壓回路所有接頭有無松動、斷開現(xiàn)象，切換回路有無接觸不良現(xiàn)象。

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鐵磁諧振磁鐵諧振的產(chǎn)生是在進(jìn)行操作或系統(tǒng)發(fā)生故障時，由于鐵心飽和而引起的一種躍變過程，電網(wǎng)中發(fā)生的鐵磁諧振分為并聯(lián)鐵磁諧振和串聯(lián)鐵磁諧振。

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重要特點1）對于鐵磁諧振電路，在相似的電源電勢作用下回路也許不只一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。電路究竟穩(wěn)定在哪種工作狀態(tài)要看外界沖擊引起的過渡過程的狀況

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。2)PT的非線性鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的主線原因，但鐵磁元件的飽和效應(yīng)自身也限制了過電壓的幅值。此外回路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當(dāng)回路電阻不小于一定的數(shù)值時，就不會出現(xiàn)強烈的鐵磁諧振過電壓。3）串聯(lián)諧振電路來說，產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1/L0C<；ω。因此鐵磁諧振可在很大的范圍內(nèi)發(fā)生。4）維持諧振振蕩和抵償回路電阻損耗的能量均由工頻電源供應(yīng)。為使工頻能量轉(zhuǎn)化為其他諧振頻率的能量，其轉(zhuǎn)化過程必須是周期性且有節(jié)律的，即…1/2(1，2，3…）倍頻率的諧振。5）鐵磁諧振對PT的損壞。電磁諧振（分頻）一般應(yīng)具有如下三個條件。①鐵磁式電壓互感器（PT）的非線性效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的重要原因。②PT感抗為容抗的100倍以內(nèi)，即參數(shù)匹配在諧振范圍。③要有激發(fā)條件，如PT忽然合閘、單相接地忽然消失、外界對系統(tǒng)的干擾或系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓等。據(jù)試驗分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，假如PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會危及設(shè)備的安全，而6kV系統(tǒng)存在上述條件。消除措施從技術(shù)上考慮，為了防止鐵磁諧