电压互感器结构特点与选型要求

2020/2/151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(PressureTransformer)或VT(VoltageTransformer)。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。4321U1I1I2ZbU2xaXAm图1-1PT工作原理图1—一次绕组，2—二次绕组3—铁心，4—二次负荷2020/2/152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Φm，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Φs0。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2020/2/153电压互感器基本知识与选型要求VfNEm,2211VfNEm,2222212121UUNNEE2112UUk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2020/2/154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（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。）2020/2/155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，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。2020/2/156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，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，N—N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）2020/2/157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。2020/2/158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/√3，二次绕组额定电压为100/√3V。标准GB1207—1997与IEC60044—2对绝缘水平的要求（kV)额定一次电压3610152035GB1207-1997、GB311.13.6/25/407.2/32/6012/42/7517.5/50/9524/70/12540.5/95/200IEC60044-23.6/10/407.2/20/6012/28/7517.5/38/9524/50/12536/70/1702020/2/159电压互感器基本知识与选型要求2、电压互感器的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：,%100112UUUKn电压误差式中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。2020/2/1510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100.5V，则电压误差为[（100X100.5–10000）/10000]X100%=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。2020/2/1511电压互感器基本知识与选型要求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)0.10.150.150.20.2100.30.50.5200.61.01.0401.23.03.0不规定不规定3P31203.56P62407.0其中3P与6P是表示保护用电压互感器的等级要求2020/2/1512电压互感器基本知识与选型要求AS1243—1998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)0.1L0.10.10.2L0.2M0.20.20.5L0.5M0.50.51L1M1P112M2P225M5P551R153R315L—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—1.12020/2/1513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。2020/2/1514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。2020/2/1515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：2020/2/1516电压互感器基本知识与选型要求GB1207—1997额定电压因数标准值额定电压因数额定时间一次绕组连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1.530s1.2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1.930s1.2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2020/2/1517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。(2)电压互感器有额定电压的规定，这个参数实际是针对接地电压互感器的，对不接地电压互感器，额定电压因数均取1.2。接地电压互感器的额定电压因数与系统接地方式有关。除了在额定电压因数1.2情况下，长期连续运行外，不同接地方式下的接地电压互感器对额定电压因数另有规定。1)额定电压因数是在可能的最高工作电压下，发生单相接地故障时，系统完好相对地电压对额定电压的比值。根据这一定义，额定电压因数取决单相接地情况下的系统完好相对地电压，显然，该电压取决于系统接地