电压互感器的工作原理

电压互感器的工作原理电压互感器的工作原理与普通的变压器相似，仅在构造型式、所用材料、容量、误差范畴等方面有所差别。一、电压互感器：电压互感器是一种电压变换装置。它将高电压变换为低电压，方便用低压量值反映高压量值的变化。因此，通过电压互感器能够直接用普通电气仪表进行电压测量。1、电压互感器又称仪用变压器，是一种电压变换装置；2、电压互感器的容量很小，普通只有几十到几百伏安；3、电压互感器一次侧电压即电网电压，不受二次负荷影响，并且大多数状况下其负荷是恒定的；4、二次侧负荷重要是仪表、继电器线圈，它们的阻抗很大，通过的电流极少。如果无限期增加二次负荷，二次电压会减少，造成测量误错增大；5、用电压互感器来间接测量电压，能精确反映高压侧的量值，确保测量精度；6、不管电压互感器初级电压有多高，另首先级额定电压普通都是100V，使得测量仪表和继电器电压线圈制造上得以原则化。并且确保了仪表测量和继电保护工作的安全，也解决了高压测量的绝缘、制造工艺等困难；7、电压互感器惯用于变配电仪表测量和继电保护等回路。二、变压器：变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当时级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流），用于变化电压等级，负载较大电流。1、变压器种类诸多，按冷却方式、防潮方式、铁芯或线圈构造、电源相数、用途等分若干个类；2、变压器的容量由小到大，从几十伏安大到几十兆伏安；3、变压器的一次侧电压受二次负荷影响较大，负荷大时系统电压会受到影响；4、变压器二次侧负荷就是多个用电设备，通过的电流较大，含有较强的带负载能力；5、变压器一次侧电压不管多高，均可根据需要升高或减少二次电压；6、变压器的外形与体积因容量的不同有时很大；7、变压器惯用于多个场合。电流互感器和变压器原理差不多，在构造上也基本同样，都是两个绕组：一种匝数多、线径细，另外一种匝数少、线径粗。若匝数多、线径细的绕组是作为一次绕组与被测量的电路并联连接，而匝数少、线径粗的绕组接测量仪表（电压表），则该互感器就是一种电压互感器。电压互感器事实上就是一台工作在空载状态下的降压变压器（由于电压表是高阻表，电流很小，因此是空载。又由于一次绕组匝数多、二次绕组匝数少，因此是降压）若匝数少、线径粗的绕组是作为一次绕组与被测量的电路串联连接，而匝数多、线径细的绕组接测量仪表（电流表），则该互感器就是一种电流互感器。电流互感器事实上就是一台工作在短路状态下的升压变压器（由于电流表是低阻表，电流很大，因此相称于短路。又由于一次绕组匝数少、二次绕组匝数多，因此是升压，而之因此实际电流互感器的二次绕组电压没有升压，是由于它工作在短路状态）。电流互感器工作时二次绕组绝对不能开路，否则会感应高电压危及设备或人身安全，并因失去二次绕组的去磁磁势，会使铁心严重饱和而失去测量的精确性。互感器按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于220kV及下列多个电压等级。电容分压式普通用于110kV以上的电力系统,330～765kV超高压电力系统应用较多。电压互感器按用途又分为测量用和保护用两类。对前者的重要技术规定是确保必要的精确度；对后者可能有某些特殊规定，如规定有第三个绕组，铁心中有零序磁通等。电磁感应式电压互感器其工作原理与变压器相似，基本构造也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时靠近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增加而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器普通都做成单相双线圈构造，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），能够单相使用,也能够用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一种第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形（图1）开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时,中性点出现位移,开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则对应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10kV及下列时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的精确度规定不高，但规定有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加对应倍数而不会损坏）。电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相似。电容分压式电压互感器在电容分压器的基础上制成。其原理接线见图2。电容C1和C2串联，U1为原边电压,Uc2为C2上的电压。空载时,电容C2上的电压Uc2为由于C1和C2均为常数，因此Uc2正比于原边电压。但事实上，当负载并联于电容C2两端时,Uc2将大大减小,以致误差增大而无法作电压互感器使用。为了克服这个缺点，在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，构成电容分压式电压互感器(图3)。电抗可赔偿电容器的内阻抗。YH有两个副绕组，第一副绕组可接赔偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以避免谐振引发的过电压。电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，减少造价。此时，它还需满足通信运行上的规定。注意：电压互感器二次回路不能短路，否则会引发烧坏线圈，为了避免二次端的短路引发主电路干扰，加空气开关K1。K1是常闭，K1跳闸时，保护装置将显示PT断线报警。三相五柱式电压互感器的工作原理[摘要]系统分析三相五柱式电压感器二次工作绕组、辅助绕组的工作特性，方便对三相五柱式电压互感器进行更加好地维护。[核心词]三相五柱式电压感器工作绕组辅助绕组电压互感器是将电力系统的一次电压按一定变比缩小为规定的二次电压，向测量表计和继电器供电，其工作原理与变压器基本相似。电压互感器普通有单相、三相三柱式、三相五柱式电压互感器等几个，由于使用办法不同，各有优、缺点。三相五柱式电压互感器，是磁系统含有五个磁柱的三相三绕组电压互感器，广泛采用于大中型公司，含有低电压、过电压保护、低电压启动等多个保护功效；备自投等全部电压继电器电压值均来自电压互感器二次。1三相五柱式电压互感器的接地方式电压互感器二次绕组接地方式与保护、测量表计及同时电压回路有关，有b相接地和中性点接地两种方式，其接线方式见图1、2。图1电压互感器二次通过b相及JB接地原理图图2电压互感器二次不接地原理图1.1电压互感器二次绕组两种接地方式的比较1.1.1在同时回路中在b相接地系统中，对中性点非直接接地系统，单相接地时，中性点位移，不能用相电压同时，必须用线电压同时。犹如步点两侧均为b相接地，其中一相公用，同时开关档数减少(如采用综保，则接线更为简朴)，同时接线简朴。对中性点直接接地系统，可用辅助二次绕组的相电压同时。1.1.2在保护回路中在b相接地系统中，①在零线上串接的隔离开关辅助触点G，如不可靠而断开时，会使10kV以上电压距离保护断线闭锁装置失去作用，这时若再发生一相或两相断线，将造成保护误动作。②由于辅助绕组的一端与b相接地点相连，由于基本二次侧绕组上有负荷电流流过，在电缆芯出上产生电压降，使正常开口三角形有电压3U0，对零序方向元件不利。若单独从接地点引接零序方向继电器回路，则接线较为复杂。在中性点接地系统中，由于中性点无任何断开触点，可靠性高。因中性点没有电流通过，无电压降，对保护无影响。1.1.3在测量表计回路中在b相接地系统中，①因大多数表计均接线电压，其中b相接地公用，引线方便。②对只需接线电压的回路，可用V-V接线电压互感器。在中性点接地系统中，表计均需三相分别接入，引线较为复杂。1.1.4在电压互感器二次接线上在b相接地系统中，①中性点需装设击穿保险器，增加了部件，正常时如击穿保险器击穿接地，将使b相绕组短路。②当A、C两相中任一相发生接地时，即构成二次绕组两相短路，两相熔断器熔断。在中性点接地系统中，无b相接地的对应问题，接线较简朴。据上分析，对于中性点非直接接地系统，因普通不装设距离和零序方向保护，b相接地对保护影响极小，而对同时回路有利，故电压互感器二次侧采用b相接地方式较为抱负。而对于中性点直接接地系统，保护规定严格，中性点接地有助于提高保护的可靠性，同时回路可用辅助绕组的相电压，故电压互感器二次绕组采用中性点接地方式较为优越[1]。1.2接地因素1.2.1电压互感器二次侧须接地的因素在运行中，电压互感器的一次侧线圈处在高压系统之中，而其二次侧线圈则为一固定的低电压(如电压互感器一次线圈电压为10KV时，则其二次侧固定为100V)。二次侧线圈所接入的多个仪表和继电器的绝缘等级低，并且经常与人员接触，如果电压互感器的一、二次线圈之间的绝缘被击穿，一次侧的高压将直接加到二次侧线圈上，极易危及人身和设备安全。故为了提高安全性，电压互感器二次侧必须接地。1.2.2JB接地图1中，当电压互感器通过b相接地时，其中性点处还需要通过JB接地的因素分析以下。由于电压互感器二次侧通过b相接地，其只是为多个表计和继电器提供所需电压，不能确保当一次电压串入二次回路时的安全，因此其二次侧线圈的中性点也必须接地。但是，其中性点如果直接接地，b相线圈将通过大地短接，这样会烧坏线圈，这是不允许的。因此电压互感器二次侧中性点通过一种JB(放电间隙)接地。正常运行时JB不导通；当有高压进入二次侧时，JB击穿使电压互感器二次通过中性点接地，达成保护人身和设备安全的目的。(因b相接地点在保险之后，故即使b相和中性点形成接地短路，也只会使保险熔断，不会烧坏线圈)。2电压互感器二次侧保险的工作原理2.1二次侧无保险工作分析①在图1中，如果JB在工作状态下因其它因素击穿，则电压互感器b相绕组将被短接，b相绕组将被烧坏。②当A、C两相任一相有过载时，将造成电压互感器绕组烧坏。当A、B、C三相绕组内部有故障时，将引发保护误动作。③在图2中，当电压互感器二次侧A、B、C三相中的任一相出口处有接地发生时，均会造成电压互感器绕组短路运行而烧坏。④当电压互感器二次侧A、B、C三相中的任一相发生过载时，也有可能烧坏绕组，引发保护误动作。在上述工作状态下，电压互感器二次侧A、B、C三相出口处，都需加装二次侧保险。2.2不加保险(熔断器)的状况①在二次侧开口三角的出线上普通不装熔断器。由于在正常运行时开口端无电压，无法监视熔断器的接触状况。一旦熔断器接触不良，则系统接地时不能发出接地信号。但是，供零序过电压保护用的开口三角出线例外。②中性线上不装熔断器，目的是由于一旦保险丝熔断或接触不良，就会使绝缘监察电压表失去批示故障的作用。③接自动电压调节器的电压互感器二次侧不装熔断器，目的是为了避免熔断器接触不良或熔丝熔断时电压互感器误动作。3三相五柱式电压互感器工作绕组的工作状态分析3.1正常时工作绕组的工作状态如图3所示，由于三相五柱式电压互感器为配累计量及保护装置，其二次线电压为恒定的100V。为配合绝缘监察，其二次侧对地电压为100／V；100V／V、0V。因此根据图3可得出，Ua、Ub、Uc三相相电压为Ua=l00／V=Ub=Uc,线电压为Uab=Uac=Ucb=100V。正常运行时，Ua0=Ub0=Uc0电压表批示相电压(10kV系统为5.8kV)。图3正常工作时电压互感器二次接线原理图3.2故障时工作绕组的工作状态①当系统发生单相金属性接地时(如A相)，则该相对地电压为O，即电压瓦感器的A相一次线圈对地无电压。接在二次和接地相对应的绝缘监察电压表Ua=0，而其它两相Ub、Uc的电压升高到倍，即上升到线电压(10KV系统为10KV)。此时工作线圈二次侧对地电压为Ua=0、Ub=0、Uc=100V。②当A相经电弧或高电阻接地时，则Ua电压批示低于相电压，但未达成0。Uc、Ub批示高于相电压，但未达成线电压(当b相接地时，Ub=O)。4辅助绕组的工作状态分析辅助绕组，即开口三角形。在系统正常运行时，由于系统三相电压UA、UB、UC是对称的，互感器二次线圈中的三个电压Ua、Ub、Uc也对称。故反映在开口三角两端的零序电压为Ua+Ub+Uc=0，因此开口三角两端的电压为零。当系统发生单相接地故障时，如C相接地(见图4)，显然C相对地电压Uc，加上中性点对C相端头电压-Uc，即UAd=UA+(-Uc)。同理，B图4