第2章 开关电器互感器的原理

1、第二章 开关电器和互感器的原理第一节 开关电器 第二节 电流互感器 第三节 电压互感器 第四节 新型互感器简介 本章计划学时：5 7学时第一节 开关电器一、开关电器的灭弧原理 （一）电弧现象 电弧：是一种气体游离放电现象。产生电弧的条件：用开关电器开断电源电压大于10 20 V，电流大于80 100mA的电路时，就会发生电弧。电弧的特点：能量集中，温度很高，亮度很强；电弧是良导体。电弧的利用：电弧在工业上有很多有益的应用，例如，利用其高温的电弧焊接机，电弧炼钢炉等。电弧的危害：在开关电器中，电弧是有害的，要求尽快地熄灭，否则会烧坏开关触头，误拉隔离开关会造成相间短路和人身伤亡。 （二）电弧的产

2、生与熄灭 游离中性质点分解成自由电子和正离子。去游离电子和正离子相互吸引还原为中性质点。1. 电弧的产生（1）强电场发射：E=U / s 大于3106 V/m时，金属触头阴极表面就会发射自由电子。（2）热电子发射 ：在开关分闸时，动静触头之间的接触压力和接触面积减小，接触电阻增大，接触表面发热严重，产生局部高温，阴极金属材料中的电子获得动能而逸出成为自由电子。 （3）加速运动：自由电子，在强电场的作用下，向阳极作加速运动。（4）碰撞游离：加速运动获得动能的自由电子在运动中与中性质点发生碰撞，中性质点中的电子获得能量产生跃迁，跳到能级更高的轨道上，如果获得的能量足够大，自由电子就能脱离原子核的束

3、缚，游离成自由电子和正离子。 （5）雪崩：游离的结果导致触头间自由电子数量剧增 。（6）介质击穿产生电弧：剧增的电子形成电流，介质被击穿而产生电弧。强电场发射热电子发射加速运动碰撞游离雪崩介质击穿产生电弧（3）另一方面介质的分子和原子在高温下将产生强烈的分子热运动，获得动能的中性质点之间不断地发生碰撞，游离成自由电子和正离子，此即所谓热游离。（4）热发射和热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧的燃烧得以维持。 3电弧的熄灭 复合去游离：正离子和负离子相互吸引而中和成为中性质点的过程。 自由电子的v远大于正离子，它们直接复合的可能性很小，往往是自由电子先附着在中性质点上，形成负离子

4、，运动速度大大减慢，此时，正离子和负离子更容易复合。2电弧的维持与发展 （1）由于电弧的r小，电弧形成后，触头间的电压和电场强度很低，强电场发射停止。（2）由于电弧在燃烧过程中温度很高，可达到几千度甚至上万度，阴极表面继续进行热电子发射。游离作用等于去游离作用，新增加的带电质点数量与中和的数量相等，电弧稳定燃烧。游离作用大于去游离作用，电弧燃烧加剧。游离作用小于去游离作用，则电弧中的带电质点数量减少，最终导致电弧熄灭。（3）电弧的熄灭电弧的燃烧是由游离过程维持的，但在电弧中同时还进行着相反的使带电质点数量减少的去游离过程。 （三）交流电弧的特性 1. 电弧电流交变，每半个周期过零一次，此时电弧

5、因失去能量而自然熄灭。 由于电弧内外的电荷浓度及温差的不同，自由电子和正离子将向浓度和温度都低的周围介质中扩散，在低温处，电子和离子的v减慢而复合成为中性质点。扩散去游离：自由电子和正离子逸出电弧而进入周围介质中，被周围介质冷却而复合的过程。 2. 由于热惯性，弧柱温度的变化滞后于快速变化的电流，所以交流电弧的伏安特性是动态的，如图2-3所示。在电流增大时，温度来不及增高（温度变化慢），弧隙电阻来不及减小,因此电压较高；在电流减小时，温度来不及降低，弧隙电阻来不及增大，电压低。故图2-3a中正方向电流增大时的曲线在电流减小时的上方。A点是电弧产生时的电压，称为燃弧电压。B点是电弧熄灭时的电压，

6、称为熄弧电压。 （四）交流电弧熄灭的条件 熄灭交流电弧的最佳时机：交流电弧每半周期自然熄灭时。在电流过零后，弧隙中存在着两个恢复过程。 1) 介质强度恢复过程: 由于去游离作用的加强，弧隙间的介质逐渐恢复其绝缘性能，以耐受的电压Ud (t) 表示。 2) 弧隙电压恢复过程: 电源电压要重新作用在触头上，弧隙电压将从熄弧电压逐渐恢复到电源电压，用Ur (t) 表示。1弧隙介质强度恢复过程 起始介质强度（近阴极效应） 在电流过零后的0.1 1s 的短暂时间内，阴极附近出现150 250V的起始介质强度，称为近阴极效应。 原因：在电流过零的瞬间，弧隙电压的极性发生变化，弧隙中的自由电子立即向新阳极运

7、动，正离子质量大，基本未动，在新阴极附近就形成了只有正电荷的不导电薄层，阻碍阴极发射电子，呈现出一定的介质强度，如图2-4所示。起始介质强度出现后的介质强度的恢复 这是一个复杂的过程，它与电弧电流、介质特性、冷却条件和触头分断速度有关。 2弧隙电压恢复过程 电弧为纯电阻性质，电弧电流与弧隙电压同相位，电弧电流过零时，弧隙电压接近零；短路时电路电阻很小，电路呈感性 ，电弧电流与电源电压不同相位，电弧电流过零时，电源电压不等于零；由于电路参数L、C的存在，电弧熄灭后，弧隙电压不可能立刻由熄弧电压上升到电源电压，一般弧隙恢复电压是一个过渡过程。它将从瞬态（振荡）恢复电压逐渐过渡到工频恢复电压。 3交

8、流电弧熄灭的条件 如果弧隙电压恢复过程上升速度较快，幅值较大， 弧隙电压恢复过程大于弧隙介质强度恢复过程，介质被击穿，电弧重燃，如图2-6a所示。如果弧隙介质强度恢复过程始终大于弧隙电压恢复过 程，则电弧熄灭，如图2-6b和2-6c所示。 电流过零后，电弧能否熄灭取决于两个恢复过程作用的结果：故交流电弧熄灭的条件应为： Ud (t) Ur (t) （五）断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程 如果能够采取措施，防止弧隙恢复电压振荡，将周期性振荡特性的恢复电压转变为非周期性恢复过程，电弧就更容易熄灭，如图2-6c所示。 目的：找出恢复电压不振荡的条件及防止振荡的方法。 断路器开断短路电流时的电路

9、如图2-7a所示，其等效电路如图2-7b所示，R、L为电源和变压器的电阻和电感，C可以认为是变压器绕组及连接线对地的分布电容，r为断路器触头并联电阻。（1）熄弧后，从瞬态恢复电压过渡到电源电压的时间很短，一般不超过几百微秒，可近似认为电源电压不变，故电源用直流电源U0 来代替。 假设与初始条件：（）（）i = 0时是时间的起点，即t = 0断路器开断短路电流时的弧隙电压恢复过程相当于二阶电路过渡过程中，电容C两端的电压变化过程，即。如图2-7b所示，当开关S闭合时，有 整理得：此为二阶常系数线性微分方程，其特征根为 当特征根不等时，非齐次通解为当特征根为重根时，非齐次通解为1）当时，特征根为不

10、等负实根。可解得:代入非齐次通解可解得:一般变压器绕组电阻 ， 略去不计，得从上式可以看出，由于特征根为负实根，故弧隙电压恢复过程为非周期性的，如图2-8曲线3所示。 一般，略去不计，故上式最大值不会超过U0 ，进一步化简得 忽略R后，特征根为：根据近似计算，当x很小时，对上式微分，可得电流过零时的恢复电压上升速度(V/s )为：由上式可知，触头并联电阻r可以降低恢复电压的上升速度，r越小，恢复电压的上升速度越低。 2）当时，特征根为共轭复根。将、代入利用欧拉公式化简，得从式(2-11)可以看出，1、2为共轭复根时，弧隙电压恢复过程为衰减的周期性振荡过程，如图2-8曲线2所示，从图中曲线2可以

11、看出，周期性振荡过程的恢复电压上升速度较快，幅值较大，给电弧的熄灭带来困难 。如果断路器触头没有装设并联电阻，即r=时，忽略R， 周期性振荡过程中的弧隙恢复电压最大值可达2U0 ，如图2-8曲线1所示。 上升速度取固有振荡频率的半个周期内的平均速度 ，由 3）当时，为相等的负实根(重根)。根据初始条件和公式 及其微分表达式，可求得不计R，从而得 得当 r rcr 时，弧隙电压恢复过程为非周期性。在断路器触头间并联低值电阻（几至几十欧），可以改变弧隙电压恢复过程的上升速度和幅值，可以将弧隙恢复电压由周期性振荡特性恢复电压转变为非周期性恢复电压，大大降低了恢复电压的上升速度和幅值，改善了断路器的灭

12、弧条件 。 当 r rcr 时，弧隙电压恢复过程为周期振荡性过程，对电弧熄灭不利。由罗彼塔法则可知：时，故当在此种情况下，弧隙电压恢复过程仍是非周期性的，如图2-8曲线3所示，但处在临界情况。忽略R，临界并联电阻值为结论：（六）熄灭交流电弧的基本方法 加强弧隙的去游离、提高介质强度的恢复速度和降低弧隙电压的上升速度与幅值，是高压断路器中熄灭电弧的基本方法。 1利用灭弧介质 在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。 2吹弧 吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，使高温分解的气体或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。 3采

13、用特殊金属材料作灭弧触头 采用铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。 4提高断路器触头的分离速度 加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。 5采用多断口灭弧 某些电压等级较高的断路器采用多个灭弧室串联的多断口灭弧方式。（1）多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加了电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。（2）使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上升速度和

14、幅值，提高了灭弧能力。 加装均压电容，来解决各断口的电压分配不均衡的问题：（1）不装均压电容时断口等效电容： 两断口连接处对地的等效电容：分配在两断口上的电压为(CQ C0 ) ： 可以看出，第一个断口的工作条件比第二个要恶劣，如其电弧不能熄灭，电压将全部加在第二断口上，它也将被击穿。 （2）在断口上并联均压电容C 时C=2000pF，远大于C0 (几十pF)，则 可见并联均压电容后，断口上的电压分布均匀，在 i 过零后，两断口上的电弧可以同时熄灭。 6在断路器主触头两端加装低值并联电阻 主触头Q1先断开，产生电弧，因有并联电阻，恢复电压为非周期性，降低了恢复电压的上升速度和幅值，主触头上的电

15、弧很快熄灭。 接着断开的辅助触头Q2，由于r的限流和阻尼作用，辅助触头上的电弧也容易熄灭。 二、高压断路器 （一）高压断路器的作用和类型 1高压断路器的作用 高压断路器内有灭弧介质和灭弧装置，可以熄灭接通或开断电路时产生的电弧，其作用是:(1)在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；(2)在电气设备出现故障时，能够在继电保护装置的控制下自动切断短路电流。 2高压断路器的分类 根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。 （1）油断路器 以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质的断路器。 多油断路器：断路器中的油除作为灭弧介质外，还作为触头断开后的间隙绝缘介质和带电部分与接地外壳间的绝缘介质。

16、 少油断路器：油只作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质，而带电部分对接地之间采用固体绝缘（例如瓷绝缘）。 （2）六氟化硫(SF6)断路器 采用SF6气体作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器 。SF6气体是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，具有优良的灭弧性能和绝缘性能。 （3）真空断路器 以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘的断路器。 （4）压缩空气断路器 采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。 SF6断路器分瓷柱式、落地罐式和全封闭组合电器用断路器三类。 落地罐式六氟化硫断路器(110kV及以上电压等级)除具有一般瓷柱式六氟化硫断路器的优点外，还具耐地震能力强

17、、自带电流互感器、可单相操作，也可三相电气联动操作、结构紧凑、占地面积小、耐重污秽特点。 35kV多油断路器瓷柱式SF6断路器与电流互感器(110kV)SF6断路器(220kV)SF6罐式断路器 (500kV)1额定电压 额定电压是指高压断路器长期正常工作的线电压有效值，该参数表征了断路器长期正常工作的绝缘能力。 2额定电流 额定电流是指高压断路器在规定条件下，可以长期通过的最大电流，该参数表征了断路器承受长期工作电流产生的发热量的能力。 3额定开断电流 在额定电压下，高压断路器能可靠开断的最大短路电流有效值，该参数表征了断路器的灭弧能力。 4额定关合电流 额定关合电流是指在规定条件下，断路器

18、能关合不致产生触头熔焊及其他妨碍继续正常工作的最大电流峰值。 高压断路器的技术性能常用以下技术参数来表征： （二）高压断路器的技术参数 热稳定电流是指在断路器在合闸位置t（单位为秒）时间所能承受的最大电流有效值。5热稳定电流 该参数表征了断路器耐受短路电流热效应的能力。t 称为热稳定时间。6动稳定电流 动稳定电流是指断路器在合闸位置所能承受的最大电流峰值，该参数表征了断路器承受短路电流电动力效应的能力。 7分闸时间 分闸时间（也称全开断时间）是指断路器从接到分闸命令起到各相触头电弧完全熄灭为止的一段时间，它等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和。固有分闸时间是指从接到分闸命令起到触头刚刚分离的

19、一段时间。燃弧时间从触头分离到各相电弧均熄灭的一段时间。 8合闸时间 合闸时间是指断路器从接到合闸命令起到各相触头完全接触为止的一段时间。 三、隔离开关 隔离开关没有专门的灭弧装置，不能用来接通或切断负荷电流和短路电流，否则，将产生强烈的电弧，造成人身伤亡，设备损坏或引起相间短路故障。隔离开关的作用： （1）隔离电源。在检修电气设备时，为了安全，需要用隔离开关将停电检修的设备与带电运行的设备隔离，形成明显可见的断口。隔离电源是隔离开关的主要用途。 （2）倒闸操作。在双母线接线倒换母线或接通旁路母线时，某些隔离开关可以在“等电位”的情况下进行分、合闸，配合断路器完成改变运行方式的倒闸操作。 （3

20、）分、合小电流电路。可用来合电压互感器、避雷器和空载母线；分、合励磁电流小于2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路 。2隔离开关的型式 隔离开关的型式较多，按装设地点可分为屋内式（GN型）和屋外式（GW型）；按绝缘支柱的数目可分为单柱式、双柱式和三柱式；按极数屋内式可分为单极和三极式。 GW5-35kV隔离开关GW5-110kV隔离开关GW4-110kV隔离开关220kV三柱式隔离开关(GW7A220型三柱式隔离开关)GW17-220隔离开关 GW16户外单臂伸缩型隔离开关(断开状态)GW16户外单臂伸缩型隔离开关(闭合状态)第二节 电流互感器 电流互感器的作用： 变换：将一次回路

21、的大电流变为二次回路的小电流（5A或1A），供电给测量仪表和保护装置继电器的电流线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜。隔离：使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。一、电磁式电流互感器的工作原理 1. 工作原理 与变压器相似。图2-13所示为电磁式电流互感器的原理结构与接线图。2. 特点 TA的一次绕组串联于电气一次电路中，且匝数很少，流过一次绕组的电流就是负荷电流，与二次绕组中的电流大小无关。 二次负载的阻抗(电流线圈)都非常小，所以正常情况下，TA二次侧接近于短路状态下运行。 3. 额定电流比 电流互感器额定一次电流IN

22、1与额定二次电流IN2之比。它近似等于二次绕组匝数N2与一次绕组匝数N1的比值，即 可以看出：与 在数值上和相位上都不相等，测量结果有误差。激磁电流与磁饱和是产生误差的原因。 ki =IN1 / IN2 N2 / N1 二、电流互感器的误差 1电流互感器的误差分析 由TA的等效电路得从相量图上可见，I2N2 - I1N1= 。电流误差 于是得到相位误差 2. 电流互感器TA的运行参数对误差的影响 根据电磁感应定律有E2 = 4.44BSf N2 和等效电路中二次回路电压方程E2 = I2(Z2+Z2L) 及 I2 = I1 / ki ，得计及和运行参数对误差的影响 1) 一次电流I1的影响 当

23、一次电流为额定电流时，(磁导率)值最大，误差最小。 得电流互感器二次绕组开路时，I 2 = 0, 2) 二次负荷阻抗Z2L及功率因数cos2 的影响故在选择TA时，一定要使一次电流I1接近于TA的IN1 。Z2L增大fi和i都增大。 cos2降低 2增大 (二次总阻抗角)增大 fi增大和i减小；反之，fi减小和i增大。 电流互感器在运行中，二次绕组不允许开路。 原因：一次安匝全部变成激磁安匝，铁心严重饱和， 变为平顶波。二次绕组的感应电动势e2 与磁通的变化率d /dt成正比，因此磁通过零时，磁通的变化率d /dt很大，在二次绕组感应产生很高的尖顶波电动势e2 ，如图217所示。1) 危及人身

24、安全和仪表、继电器绝缘； 2) 由于磁感应强度剧增，引起铁心和绕组过热； 3) 在铁心中产生剩磁，使互感器特性变坏。 三、电流互感器的准确级和额定容量 1. 电流互感器的准确级 电流互感器的准确级：指在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差百分数。 根据用途的不同，可分为测量级和保护级。 测量级 按测量与计量表计的不同，划分为若干准确级次，如0.2级、0.5级、1级、3级等。0.2级用于精密测量； 0.5级用于电度计量；1、3级用于其他盘式仪表。 避免TA二次绕组开路的措施：拆除仪表前先将二次线圈短路。 此高电压会造成 ：2) 保护级 新型号的电流互感器产品将保护级分为静态保护

25、级(P)和暂态保护级(TP)两种类型。静态保护用电流互感器的准确级常用的有5P和10P。 额定准确限值一次电流：复合误差等于准确级限值的一次短路电流。额定准确限值系数：额定准确限值一次电流（一次短路电流）与额定一次电流IN1的比值。复合误差：电流（短路电流）瞬时值绝对误差的有效值与对应一次电流（短路电流）有效值比值的百分数。T等于一个周期的时间。例如5P20表示互感器为5P级，额定准确限值系数为20，只要一次电流不超过额定准确限值一次电流20IN1，互感器的最大复合误差不会超过5%。 当继电保护带有时限且时限较长的情况下，短路电流已达稳态，电流互感器只要满足稳态下的误差要求即可，这类继电保护使

26、用静态保护级(P)的电流互感器。暂态保护用电流互感器(TP)的准确级分为TPX、TPY、TPZ等级别。 TPX：铁心没有气隙，剩磁较大，暂态误差较大，超高压系统主保护一般不用。 TPY：铁心有小气隙，铁心不容易饱和，直流分量衰减快，但稳态误差略高。超高压，大机组保护广泛应用 TPZ：铁心有较大的气隙，没有剩磁，暂态误差最小，常用于仅反映交流分量的保护。 高压和超高压系统短路时的时间常数大，加之快速继电保护的使用，短路切除时，电流还未达到稳定，这就要求电流互感器在暂态过程中应有足够的准确性,电流误差不大于10%，并能不受短路电流直流分量的影响。 2. 电流互感器的额定容量SN2 电流互感器的额定

27、容量SN2：指在额定二次电流IN2 （5A）和额定二次负荷阻抗ZN2下运行时，二次绕组所输出的容量，即对同一台电流互感器来说，由于误差随二次负荷阻抗变化，电流互感器所接二次负荷阻抗不同时，误差（测量精度）也不同。为了使用户知道所接二次负荷(阻抗)下的误差(准确级) ，对老式互感器厂家一般给出几个不同准确级(误差)下的额定二次负荷阻抗供用户比对。例如，LMZ1103000/5型电流互感器在0.5级工作时，ZN21.6（40VA）；在1级工作时，ZN22.4（60VA）， 当Z2L ZN2时，TA的准确级将下降。 Z2L =1.5时为0.5级， Z2L =1.7时为1级，Z2L =2.5时误差大于

28、1级。四、电流互感器的分类与结构1电流互感器的分类 按安装地点可分为屋内式和屋外式。 按一次绕组匝数可分为单匝式(一次绕组为一匝，又可分为贯穿式与母线式)和复匝式(又称多匝式，一次线圈为多匝)。 按绝缘可分为干式(用绝缘胶浸渍，用于屋内低压)、浇注式(用环氧树脂浇注，用于35kV及以下的屋内式)、油浸式(铁心和绕组放于铁箱或磁箱内，用油浸泡，多用于屋外式)和气体式(用SF6气体绝缘，多用于110kV及以上的屋外式) 。2.电流互感器的结构 图2-19示出了单匝式和复匝式电流互感器的结构示意图。 在同一回路中，往往需要多只电流互感器，用以供给各种测量与各种保护。为了节约材料和降低投资，高压电流互

29、感器常由多个没有磁联系的独立铁心和二次绕组与共用的一次绕组构成具有同一电流比、多个二次绕组的电流互感器，如图2-21b所示为具有3个二次绕组的电流互感器结构。 按安装方式可分为支持式(安装在支柱上)、穿墙式(安装在墙壁、楼板或金属结构的孔中)和装入式(套装在变压器或高压断路器的引出套管中)。 图2-19 电流互感器结构原理图a) 单匝式 b) 多匝式1 一次绕组 2 绝缘 3 铁心 4 二次绕组第三节 电压互感器 电压互感器的作用： 变换：将一次回路的高电压变为二次回路的低电压(100 V)，供电给测量仪表和保护装置继电器的电压线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜。隔离：

30、使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。一、电磁式电压互感器 1. 电磁式电压互感器的工作原理 其工作原理与变压器相同，相当于一台小容量变压器。 电磁式电压互感器的特点 电压互感器一次绕组匝数很多，与被测电路并联。二次侧所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，近于开路（空载）状态运行。 UN2已统一为100V或100/ V。 额定变压比：电压互感器一次、二次绕组额定电压之比称为额定变压比，即 ku =UN1/UN22. TV的误差 由等效电路可得 可以看出，测量有误差，误差由励磁电流和内阻抗造成。根据上述关系可画出电压相量图如图2-21所示。 相

31、位误差 电压误差 即，电压误差 = 空载电压误差 + 负载电压误差即，相位误差 = 空载相位差 + 负载相位差 由电压相量在横坐标轴上的投影得由电压相量在纵坐标轴上的投影得电压互感器的电压误差和相位误差均与一次电压U1、二次负载电流I2和功率因数 cos2 这些运行参数有关。二次负载电流I2增大时，fu增大，u也相应变化。 4. 电压互感器的准确级 电压互感器TV的准确级：是指在规定的一次电压和二次负载变化范围内，负荷功率因数为额定值时，最大电压误差的百分数。 与电流互感器相似，电压互感器的准确级是根据电压误差的大小划分的。对于测量级分为0.2、0.5、1和3级；对于保护级分为3P和6P。 5

32、. 电压互感器的额定容量 电压互感器的额定容量SN2，通常是指在规定的最高准确级下所对应的二次容量。 同一台电压互感器在不同的准确级下具有不同的容量，准确级越高，对应的容量越小；当二次负荷大于SN2时，TV的准确级随之下降。6. 电压互感器的分类 按安装地点可分为屋内式(35kV及以下)和屋外式(多为110kV及以上)。 按相数可分为单相式(任何电压级)和三相式(20kV及以下)。 按绕组数可分为双绕组(35kV及以下)和三绕组(任何电压级)。 按绝缘可分为干式(用绝缘胶浸渍，多用于屋内低压)、浇注式(用于335kV的屋内式)、油浸式(多用于110kV及以上的屋外式)和SF6气体绝缘式(110

33、kV及以上)。 7. 电压互感器的结构 （1） 三相式结构 三相式结构的电压互感器仅适用于20kV及以下电压等级，有三相三柱式和三相五柱式两种结构，如图2-25所示。 图2-23 三相式电压互感器结构原理示意图a) 三相三柱式结构 b) 三相五柱式结构三相三柱式电压互感器只能用来测量线电压，由于它的一次侧中性点不允许接地，故不能用来测量相对地电压。 原因：要测量相对地电压，它的一次侧中性点必须接地，当系统发生接地故障时，三相绕组中的零序电流同时流向中性点，产生的三相零序磁通同相位，在三个铁心柱中不能构成零序磁通通路，只能通过气隙和铁外壳构成回路，由于磁阻很大，使得零序电流比正常励磁电流大很多倍

34、，使互感器绕组过热甚至烧毁。 三相五柱式电压互感器由于两个边柱为零序磁通提供了通路，其一次绕组中性点可以接地。这种结构与接线的电压互感器可用来测量线电压，也可以用测量相对地电压。（2）单相式结构 单相电压互感器可以构成单相、三相电压互感器，适用于任何电压等级。分为普通式和串级式，其结构原理图如图2-26所示。 1) 35kV及以下TV采用普通式结构，它与普通小容量变压器相似，图2-26a和图2-26b所示分别为单相双绕组和单相三绕组TV结构原理示意图。 2) 110kV及以上的电磁式电压互感器普遍制成串级式结构，其特点是：铁心与绕组采用分级绝缘，节省了绝缘材料，减小了重量和体积，降低了成本。互

35、感器由两个铁心(元件)组成，两个铁心互相绝缘；一次绕组分成匝数相等的四部分，分别绕在两个铁心的上、下铁心柱上，按磁通相加方向顺序串联，接于相与地之间，每个铁心上的两个绕组的中点与铁心相连。 结构原理如图2-24c所示： 连耦绕组4平衡绕组3一次绕组2二次绕组5每段绕组对铁心的最高电压为Uph/4，所以每段绕组对铁心的绝缘只需按Uph/4设计，比普通结构的TV减少了3/4的绝缘。 连耦绕组的作用:问题：当二次绕组流过负载电流时会产生去磁磁通，使末级铁心(下部铁心)内的磁通小于上部铁心内的磁通，造成各段线圈感抗不等，电压分布不均匀。解决方法：在两铁心相邻的铁心柱上，绕有匝数相等、绕向相同、反向对接

36、的连耦绕组4。当两个铁心中磁通不相等时，连耦绕组内出现环流，使磁通较大的铁心去磁和磁通较小的铁心助磁，从而两个铁心内磁通大致相等，各段绕组电压分布均匀。 平衡绕组的作用:问题：同一铁心的两个铁心柱，由于位置不同，漏磁通路有差异，会使两铁心柱中磁通不等，此两铁心柱上的两段线圈的电压分布不匀。解决方法：在同一铁心的上下铁心柱上绕有匝数相等、绕向相同、反向对接的平衡绕组3。三、电压互感器的接线方式a)、b)一台单相式电压互感器接线 c)两台单相双绕组电压互感器V-V接线 d)三台单相三绕组电压互感器（或一台三相五柱式电压互感器）接线 e)电容式电压互感器接线两柱中不等的磁通在平衡绕组内产生平衡电流，

37、使磁通大者去磁，磁通小者助磁，从而使两柱中磁通相等，两段线圈电压分布均匀。 三台单相式电压互感器构成的完全星形接线方式 如图2-26d所示，在3220kV系统中得到广泛应用，由于其一次和二次侧中性点均接地，故可以用来测量相间电压和相对地电压。 一台单相式电压互感器接线方式 图2-26a是由一台单相电压互感器测量相对地电压，这种接线适用于110220kV中性点直接接地系统中，其额定一次电压UN1=UNS/ 。其UN2=100V。 图2-26b是由一台单相电压互感器测量相间电压，适用于335kV中性点不接地系统中。其额定一次电压UN1为所接电网的额定电压UNS。其额定二次电压UN2=100V。 两

38、台单相式电压互感器不完全星形(即VV)接线方式 如图2-26c所示，两台单相电压互感器分别接于母线的A相B相和B相C相之间，用来测量相间电压，这种接线常用于320kV小电流接地系统中。其额定一次电压UN1为所接系统母线的额定电压UNS，即UN1=UNS。其额定二次电压UN2=100V。 单相金属性接地时(例如A相)：B、C相电压上升为线电压，开口三角电压为：二次绕组的额定电压UN2=100/ V。辅助二次绕组（开口三角形接线）用于小电流接地系统的绝缘监察装置时，每相辅助二次绕组的额定电压为100/3V。若每相辅助二次绕组的额定电压为100/3V，则单相金属性接地时，开口三角两端之间电压为100

39、V。正常运行时：开口三角两端之间电压为：其额定一次电压UN1 =UNS / 。辅助二次绕组（开口三角形接线）用于大电流接地系统的接地保护时，每相辅助二次绕组的额定电压为100V。正常运行时，开口三角两端之间电压为0V；单相金属性接地时，开口三角两端之间电压为100V。 正常运行时：单相金属性接地时(例如A相)：相电压没有变，开口三角电压为：若每相辅助二次绕组的额定电压为100V，则单相金属性接地时，开口三角两端之间电压为100V。(4) 三相五柱式电压互感器 接线与图2-28d类似，可用来测量相间电压和相对地电压，它只用于320kV系统中。这种电压互感器在其内部已完成了绕组的连接，故UN1=UNS；UN2=100V（二次绕组线电压）；每相辅助二次绕组的额定电压为100/3V。 (5) 电压互感器与电力系统的连接 3 35kV的电压互感器需经隔离开关和熔断器接入高压电网。高压侧熔断器的作用