电压互感器结构特点与选型要求剖析

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1、电压互感器基本知识与选型要求 一、电压互感器基本原理 电压互感器是一种专门用作变 换电压的特种变压器，代号 PT(Pressure Transformer)或 VT(Voltage Transformer )。电压 互感器的一次绕组并联接在电力系 统的线路中，二次绕组接有测量仪 器、仪表、继电器等设备。这些设 备就是电压互感器的二次负荷。根 据电力线路的电压等级，电压互感 器的一、二次绕组之间设置有足够 的绝缘，以保证所有低压设备与高 压隔离。 图1-1 PT工作原理图 1 一次绕组，2 二次绕组 3 铁心， 4 二次负荷 Date 1 电压互感器基本知识与选型要求 总的来说，电压互感器的主要

2、作用是将继电保护、 测量仪表和计量装置的电压回路与高压一次回路安全隔离 ，并取得固定的100V或100/3V二次标准电压。这样可 以减小仪表和继电器的尺寸，简化其规格，有利于这些设 备小型化、标准化。 1、基本工作原理 在一次电压作用下，一次绕组流过励磁电流（也称 空载电流）I0,并建立磁动势I0N1。在磁动势作用下产生的 磁通，大部分通过铁心闭合且与一、二次绕组的全部匝数 N1和N2相链，即为主磁通m，另外还有极小的一部分经过 绕组周围的非磁性介质闭合，而且并不是与绕组的全部匝 数相链的磁通称为空载漏磁通s0。主磁通在一、二次绕 组中感应出电动势E1和E2。根据电磁感应定律得 Date 2

3、电压互感器基本知识与选型要求 一次感应电势的方均根值为 二次感应电势的方均根值为 所以 电压比（变比）为 Date 3 电压互感器基本知识与选型要求 2、分类 （1）按用途分为：测量用与保护用电压互感器。 （2）按相数分为：单相与三相电压互感器。 （3）按变换原理分为：电磁式（VT）与电容式（CTV）。 （4）按绕组个数分为：双绕组、三绕组和四绕组电压互感器。 （5）按一次绕组对地状态分为：接地互感器与不接地互感器。 （6）按装置类型分为：户内型与户外型。 （7）按绝缘介质分为：液体介质（油浸式）互感器、气体介质（ SF6）互感器、固体介质（干式和浇注式）互感器。 （8）按绝缘水平分为：全绝缘

4、（互感器高压绕组的两个出线端对 地具有相同的绝缘水平）与半绝缘（互感器高压绕组的两个出线 端具有不同的绝缘水平，其中一个的绝缘水平是降低了的。） Date 4 电压互感器基本知识与选型要求 （9）按铁心状态分为：全封闭（也称全浇注，即所有绕组与铁心 完全被树脂浇注。)与半封闭（也称半浇注，即先用树脂把一、二 次绕组浇注固化，然后再安装铁心，铁心是外露的。） 3、电压互感器的构成 电压互感器同电流互感器一样，也是由绕组、铁心和绝缘 构成。常用的铁心有叠积式和卷芯式两类；绕组导线一般采用 QQ型、QZ型等圆铜漆包线，绕组结构常采用筒形层式结构、宝 塔形结构等。 电压互感器的绝缘分为内绝缘和外绝缘，

5、在油箱内或瓷套 内的绝缘为内绝缘，在空气中的绝缘为外绝缘。内绝缘又分为主 绝缘和纵绝缘。主绝缘为一次绕组及高压引线对铁心或接地部分 或对其他绕组的绝缘。纵绝缘为绕组的线匝间、层间、线段间的 绝缘。 Date 5 电压互感器基本知识与选型要求 4、电压互感器型号代码说明 （1）JDZ10-10C1 （J电压互感器，D 单相，Z浇注式， 10设计序号，10电压等级， C1结构代号） （2）JSZVR2-10C1 （J电压互感器，S三相，Z浇注式， V“V”型接线方式，R带有熔断器保护，2设计序号，10 电压等级， C1结构代号） （3）JDZX10-10C1G（J电压互感器，D 单相，Z浇注式，

6、X带有剩余电压绕组，10设计序号，10电压等级， C1 结构代号，G全绝缘） （4）JDZX10-10N （J电压互感器，D 单相，Z浇注式， X带有剩余电压绕组，10设计序号，10电压等级，NN中性 点PT） （5）JDZX11-10S （J电压互感器，D 单相，Z浇注式， X带有剩余电压绕组，11设计序号，10电压等级，S三绕 组） Date 6 电压互感器基本知识与选型要求 二、电压互感器的主要技术参数 1、额定电压和额定电压比 电压互感器的误差、发热以及绝缘性能要求都是以额定电压 为基数做出相应规定的，因此额定电压是作为互感器性能基准的 电压值。对一次绕组而言，就是一次额定电压。对二次

7、绕组而言 ，就是二次额定电压。 额定一次电压与额定二次电压之比称为额定电压比。实际一 次电压与实际二次电压之比称为实际电压比。由于电压互感器存 在误差，额定电压比与实际电压比是不等的。 互感器的额定一次电压依电力系统的额定电压而定。因为电 力系统的额定电压是以相间电压（线电压）标称的，所以单相不 接地电压互感器一次绕组额定电压是系统的额定电压，二次额定 电压为100V。 Date 7 电压互感器基本知识与选型要求 单相接地电压互感器一次绕组额定电压是电力系统额定电 压的1/3，即额定相电压，二次绕组额定电压为100/3V。三相 电压互感器一次绕组额定电压是电力系统额定线电压的1/3，二 次绕组

8、额定电压为100/3V。 标准GB12071997与IEC600442对绝缘水平的要求（kV) 额定一次电 压 3610152035 GB1207- 1997、 GB311.1 3.6 / 25 / 40 7.2 / 32 / 60 12 / 42 / 75 17.5 / 50 / 95 24 / 70 / 125 40.5 / 95 / 200 IEC60044-2 3.6 / 10 / 40 7.2 / 20 / 60 12 / 28 / 75 17.5 / 38 / 95 24 / 50 / 125 36 / 70 / 170 Date 8 电压互感器基本知识与选型要求 2、电压互感器的

9、误差 由于电压互感器存在阻抗压降，使得一、二次电压之比不等 于一、二次匝数比，同时一、二次电压在相位上也有差异。这就 是说 电压互感器出现了误差。在数值上的差别称为电压误差（比 值差），在相位上的差异称为相位差。国家标准1207-1997对电压 误差的定义是：以百分数表示的电压误差用下式表示： 式中 Kn 额定电压比； U1 实际一次电压，V； U2 在测量条件下，施加U1时的实际二次电压，V 。 用文字来表述就是：电压误差等于实际二次电压乘以额定电 压比后与一次电压之差，并以后者的百分数表示。 Date 9 电压互感器基本知识与选型要求 例如某变比为10/0.1kV的PT二次实际电压为100

10、.5V，则电 压误差为（100 X 100.5 10000）/10000 X 100%=0.5%。 GB1207对相位差的定义是：互感器一次电压相量与二次电 压相量的相位之差。相量方向是以理想互感器中的相位差为零来 决定的。若二次电压相量超前一次电压相量，则相位差为正值。 它通常用分（）或者厘弧度（crad)表示。 电压误差和相位差的限值 在额定频率和80%120%（测量用）或者5%150%或 190% （保护用）额定电压之间的任一电压和功率因数为0.8（滞 后）的二次负荷在25%100%间的任意值下，电压互感器的电压 和相位差不应超过下表所列限值。 Date 10 电压互感器基本知识与选型要

11、求 GB1207-1997与IEC60044-2对电压误差和相位差限值如下 准确级电压误 差 % 相位差 ()(crad) 0.10.150.15 0.20.2100.3 0.50.5200.6 1.01.0401.2 3.03.0不规定不规定 3P31203.5 6P62407.0 其中3P与6P是表示保护用电压 互感器的等级要求 Date 11 电压互感器基本知识与选型要求 AS12431998标准对电压误差与相位差的限值如下 准确级电压误 差 % 相位差 (crad) 0.1L0.10.1 0.2L 0.2M0.20.2 0.5L 0.5M0.50.5 1L 1M 1P11 2M 2P2

12、2 5M 5P55 1R15 3R315 L 试验用互感器； M 测量用互感器； P 保护用互感器； R 剩余电压用互感器 ； 其中1 (crad) = 34.4 () L、P对应的一次电压范 围是0.05 1.5； M、R对应的一次电压范 围是0.9 1.1Date 12 电压互感器基本知识与选型要求 3、额定输出 在额定二次电压及接有额定负荷的条件下，互感器供给二次 回路的视在功率值,以伏安表示。国家标准GB1207-1997电压互 感器规定的标准值为：10、15、25、30、50、75、100、150 、200、250、300、400、500VA。 对于给定的一台互感器，如果它的一个额定

13、输出是标准值并 符合一个标准准确级，则在规定其他额定输出时，可允许其是非 标准值，但要求其符合另一个标准准确级。例如可以取45VA0.2级 ，但不能取50VA0.3级，因为0.3级不是标准准确级。 Date 13 电压互感器基本知识与选型要求 4、额定电压因数 接地电压互感器的额定电压因数与系统中性点接地方式密切 相关，三相系统的中性点有以下几种不同接地方式： 中性点绝缘系统 除经保护、测量用的高阻抗接地外，中性 点不接地的系统。在这种系统发生单相接地故障时，接地短路电 流也就是对地电容电流很小，系统线电压的对称不被破坏，可以 维持较长时间的运行，以便运行人员寻找故障点并设法消除故障 。 中性

14、点经阻抗（例如消弧线圈或适当的阻抗）接地系统 随 着线路的增长和电压的提高，中性点绝缘系统发生单相接地故障 时，接地短路电流增加，接地电弧往往发生重燃，出现过电压。 为此，在系统中性点和地之间接入一消弧线圈以补偿电容电流， 减少流经故障点的电流。中性点经消弧线圈接地的系统又称谐振 接地系统。 Date 14 电压互感器基本知识与选型要求 上述两种系统又称中性点非有效接地系统，或小接地电流系 统。在我国，额定电压66kV及以下电力系统都是中性点非有效接 地系统。 中性点直接接地系统 又称大接地电流系统。因为中性点直 接接地，当发生单相接地故障时，短路电流很大。为了限制短路 电流，往往只将部分变压

15、器的中点接地，或经低阻抗接地。这种 系统又称中性点有效接地系统。在我国，额定电压220kV及以上系 统都是中性点有效接地系统。110kV系统大多是中性点有效接地系 统，只在少数雷击较频繁地区的110kV系统才采用中性点非有效接 地系统 为了满足不同系统的使用要求，GB1207规定了电压互感器的 额定电压因数的要求。额定电压因数是一个与额定一次电压相乘 的系数，用以确定互感器必须满足规定时间内的有关热性能要求 并满足有关准确级要求的最高电压。额定电压因数的标准值列于 下表： Date 15 电压互感器基本知识与选型要求 GB12071997额定电压因数标准值 额定电压因 数 额定时间一次绕组连

16、接方式和系统接地方式 1.2连续 任一电网的相间 任一电网中的变压器中性点与地之间 1.2连续中性点有效接地系统中的相与地之间 1.530s 1.2连续带有自动切除对地故障装置的中性点 非有效接地系统中的相与地之间 1.930s 1.2连续无自动切除对地故障装置的中性点绝 缘系统或无自动切除对地故障装置的 中性点共振接地系统中的相与地间 1.98h 注：按制造厂与用户协议 ，表中所列的额定时间允许缩短 Date 16 电压互感器基本知识与选型要求 (1) 按系统接地方式，电压互感器分为接地电压互感器和不接地电压 互感器。注意，这里所指的“接地”是一次绕组接地。二次绕组无论哪种 互感器都是要求接地的。不接地电压互感器的一次绕组对地是绝缘的。 为了检测接地故障，一般都采用接地电压互感器。接地电压互感器 均设有剩余电压绕组，利用剩余电压绕组的输出电压，检测系统的接地 与否或对地绝缘状况。