电压互感器

电压互感器（Potentialtransformer简称PT，Voltagetransformer也简称VT）和变压器类似，是用来变换线路上的电压的仪器。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。词条介绍了其基本结构、工作原理、主要类型、接线方式、注意事项、异常与处理、以及铁磁谐振等。

中文名：电压互感器

外文名：Potentialtransformer

简称：PT

作用：变换线路上的电压

解释：带铁心的变压器

组成：主要由一、二次线圈、铁心和绝缘

所属领域：电力、能源

涉及学科：电学、电磁学

1、基本结构

电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电气隔离。电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。

2、工作原理

其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。

电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。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。

测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成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个第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形，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相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及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求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相应倍数而不会损坏）。

电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。精密电压互感器是电测试验室中用来扩大量限，测量电压、功率和电能的一种仪器。电压互感器和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。

线路上为什么需要变换电压呢？这是因为根据发电、输电和用电的不同情况，线路上的电压大小不一，而且相差悬殊，有的是低压220V和380V，有的是高压几万伏甚至几十万伏。要直接测量这些低压和高压电压，就需要根据线路电压的大小，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和继电器。这样不仅会给仪表制作带来很大困难，而且更主要的是，要直接制作高压仪表，直接在高压线路上测量电压，那是不可能的，而且也是绝对不允许的。

3、主要类型

1、按安装地点可分为户内式和户外式

35kV及以下多制成户内式；35kV以上则制成户外式。

2、按相数

可分为单相和三相式35kV及以上不能制成三相式。

3、按绕组数目

可分为双绕组和三绕组电压互感器，三绕组电压互感器除一次侧和基本二次侧外，还有一组辅助二次侧，供接地保护用。

4、按绝缘方式

可分为干式、浇注式、油浸式和充气式。

干式电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于6kV以下的户内式装置；浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便，适用于3kV～35kV户内式配电装置；油浸式电压互感器绝缘性能较好，可用于10kV以上的户外式配电装置；充气式电压互感器用于SF6全封闭电器中。

5、按工作原理

电磁式电压互感器：是利用电磁感应原理按比例变换电压或电流的设备。

电容式电压互感器：电容式电压互感器（CVT）是由串联电容器分压，再经电磁式互感器降压和隔离，作为表计、继电保护等的一种电压互感器，电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线用于长途通信、远方测量、选择性的线路高频保护、遥控、电传打字等。

电子式电压互感器：由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成的一种装置，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。

4、铭牌标志

电压互感器型号由以下几部分组成，各部分字母，符号表示内容：

第一个字母：J——电压互感器；

第二个字母：D——单相；S——三相

第三个字母：J——油浸；Z——浇注；

第四个字母：数字——电压等级（KV）。

例如：JDJ-10表示单相油浸电压互感器，额定电压10KV。

额定一次电压，作为互感器性能基准的一次电压值。

额定二次电压，作为互感器性能基准的二次电压值。额定变比，额定一次电压与额定二次电压之比。

准确级，由互感器系统定的等级，其误差在规定使用条件下应在规定的限值之内负荷，二次回路的阻抗，通常以视在功率（VA）表示。额定负荷，确定互感器准确级可依据的负荷值。

5、接线方式

电压互感器的常用接线方式有以下几种：

（1）单项式接线，可以用于测量35kV及以下中性点不直接接地系统的线电压或110kV以上中性点直接接地系统的相对地电压。

（2）V/V接线是将两台全绝缘单相电压互感器的高低压绕组分别接于相与相之间构成不完全三角形。这种方法常用语中性点不接地或经消弧线圈接地的35kV及以下的高压三相系统中，特别是10kV的三相系统中。

（3）用三台单相三绕组电压互感器构成YN，yn，d0或YN，y，d0的接线形式，广泛应用于3~220KV系统中，其二次绕组用于测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。用一台三相五柱式电压互感器代替上述三个单相三绕组电压互感器构成的接线，除铁芯外，其形式与图3基本相同，一般只用于3~15KV系统。

（4）三相三绕组五柱式电压互感器，其一次绕组和主二次绕组接成星形，并且中性点接地，辅助二次绕组接成开口三角形。故此种电压互感器可以测量线电压和相对地电压，辅助二次绕组可以介入交流电网绝缘监视用的继电器和信号指示器。

电压互感器

6、注意事项

1．电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如，测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。

2．电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联，同时要注意极性的正确性。

3．接在电压互感器二次侧负荷的容量应合适，接在电压互感器二次侧的负荷不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。

4．电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。

5．为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。因为接地后，当一次和二次绕组间的绝缘损坏时，可以防止仪表和继电器出现高电压危及人身安全。

6、电压互感器副边绝对不容许短路。

7、异常与处理

常见异常

（1）三相电压指示不平衡：一相降低（可为零），另两相正常，线电压不正常，或伴有声、光信号，可能是互感器高压或低压熔断器熔断；

（2）中性点非有效接地系统，三相电压指示不平衡：一相降低（可为零），另两相升高（可达线电压）或指针摆动，可能是单相接地故障或基频谐振，如三相电压同时升高，并超过线电压（指针可摆到头），则可能是分频或高频谐振；

（3）高压熔断器多次熔断，可能是内部绝缘严重损坏，如绕组层间或匝间短路故障；

（4）中性点有效接地系统，母线倒闸操作时，出现相电压升高并以低频摆动，一般为串联谐振现象；若无任何操作，突然出现相电压异常升高或降低，则可能是互感器内部绝缘损坏，如绝缘支架绕、绕组层间或匝间短路故障；

（5）中性点有效接地系统，电压互感器投运时出现电压表指示不稳定，可能是高压绕组N（X）端接地接触不良。

（6）电压互感器回路断线处理。

处理方法

1.根据继电保护和自动装置有关规定，退出有关保护，防止误动作。

2.检查高、低压熔断器及自动空气开关是否正常，如熔断器熔断、应查明原因立即更换，当再次熔断时则应慎重处理。

3.检查电压回路所有接头有无松动、断开现象，切换回路有无接触不良现象。

8、铁磁谐振

磁铁谐振的产生是在进行操作或系统发生故障时，由于铁心饱和而引起的一种跃变过程，电网中发生的铁磁谐振分为并联铁磁谐振和串联铁磁谐振。

主要特点

1）对于铁磁谐振电路，在相同的电源电势作用下回路可能不只一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况。

2)PT的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时，就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。

3）串联谐振电路来说，产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0=1/L0C<；ω。因此铁磁谐振可在很大的范围内发生。

4）维持谐振振荡和抵偿回路电阻损耗的能量均由工频电源供给。为使工频能量转化为其它谐振频率的能量，其转化过程必须是周期性且有节律的，即…1/2(1，2，3…）倍频率的谐振。

5）铁磁谐振对PT的损坏。电磁谐振（分频）一般应具备如下三个条件。

①铁磁式电压互感器（PT）的非线性效应是产生铁磁谐振的主要原因。

②PT感抗为容抗的100倍以内，即参数匹配在谐振范围。

③要有激发条件，如PT突然合闸、单相接地突然消失、外界对系统的干扰或系统操作产生的过电压等。

据试验分频谐振的电流为正常电流的240倍以上，工频谐振电流为正常电流的40～60倍左右，高频谐振电流更小。在这些谐振中，分频谐振的破坏最大，如果PT的绝缘良好，工频和高频一般不会危及设备的安全，而6kV系统存在上述条件。

消除办法

从技术上考虑，为了避免铁磁谐振的发生，可以采取以下措施：选择励磁特性好的Tv或改用电容式TV；在同一个10kV配电系统中，应尽量减少TV的台数；在三相TV一次侧中性点串接单相TV或在TV二次开口三角处接入阻尼电阻；在母线上接入一定大小的电容器，使容抗与感抗的比值小于0.01，避免谐振,；系统中性点装设消弧线圈；采用自动调谐原理的接地补偿装置，通过过补、全补和欠补的运行方式，来较好地解决此类问题。