电压互感器

电压互感器

科技名词定义

中文名称：电压互感器

英文名称：voltage transformer，potential transformer;voltage transformer

定义1：将高电压变成低电压的互感器。在正常使用情况下，其比差和角差都应在允许范围内。

应用学科：电力（一级学科）；变电（二级学科）

定义2：利用电磁感应原理改变交流电压量值的器件。

应用学科：机械工程（一级学科）；电测量仪器仪表（二级学科）；仪用互感器（三级学科）

定义3：将交流高电压转化成可供仪表、继电器测量或应用的变压设备。

应用学科：水利科技（一级学科）；水力发电（二级学科）；水电站电气回路及变电设备（三级学科）

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电压互感器

电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感

应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。

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编辑本段电压互感器的分类

（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，干式浸绝缘胶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）此外，还有电容式电压互感器，电容式电压互感器实际上是一个单相电容分压管，由若干个相同的电容器串联组成，接在高压相线与地面之间，它广泛用于110kV～330kV的中性点直接接地的电网中。

编辑本段工作原理

电压互感器

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

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）。[1]

编辑本段注意事项

使用注意

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

电压互感器

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。

施工、安装要点

1、副边绕组连同铁心必须可靠接地。

2、副边绝对不容许短路。

编辑本段铭牌标志

电压互感器

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。

编辑本段基本作用

电压互感器

电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。简单的说就是“检测元件”。

编辑本段接线方式

电压互感器的接线方式很多，常见的有以下几种：

电压互感器

（1）用一台单相电压互感器来测量某一相对地电压或相间电压的接线方式

（2）用两台单相互感器接成不完全星形，也称V—V接线，用来测量各相间电压，但不能测相对地电压，广泛应用在20KV以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中。

（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）电容式电压互感器接线形式。

在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，为了测量相对地电压，PT一次绕组必须接成星形接地的方式。

在3~60KV电网中，通常采用三只单相三绕组电压互感器或者一只三相五柱式电压互感器的接线形式。必须指出，不能用三相三柱式电压互感器做这种测量。当系统发生单相接地短路时，在互感器的三相中将有零序电流通过，产生大小相等、相位相同的零序磁通。在三相三柱式互感器中，零序磁通只能通过磁阻很大的气隙和铁外壳形成闭合磁路，零序电流很大，使互感器绕组过热甚至损坏设备。而在三相五柱式电压互感器中，零序磁通可通过两侧的铁芯构成回路，磁阻较小，所以零序电流值不大，对互感器不造成损害。

编辑本段常见异常

（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。[2]

编辑本段电压互感器爆裂原因剖析及防范措施

1 故障现象及相关数据

6kV系统共有八段，采用的是上海华通开关厂生产的电气组合柜，该厂设备自投产以来，主部件未发生大的缺陷，但其辅助测量PT发生了8台次损坏，现象表现为本体炸裂、内部绝缘物质喷出故障，致使6kV系统的相关保护不能投运，部分自动功能无法实现。这给厂用系统的安全稳定运行带来了极大的隐患。

编辑本段2 故障原因初探

1)产品质量不好：如果由于产品本身绝缘、铁心叠片及绕制工艺不过关等，均可能致使电压互感器发热过量使绝缘长期处于高温下运行，从而导致绝缘加速老化，出现击穿。该类型的电压互感器一次侧绕组发生匝间短路，这样电流会迅速增大，铁磁也将迅速饱和从而导致谐振过电压，使绝缘击穿，高压熔断器被熔断。

2)电压互感器二次负荷偏重，一、二次电流较大，使二次侧负载电流的总和超过额定值，造成PT内部绕组发热增加，尤其是在电压高于PT额定电压(6kV)情况下，PT内部发热更加严重；再者，该系统属于中性点非有效接地系统，故一次侧电压在运行中容易发生偏斜，当某相出现高电压时，该相PT更加容易发生热膨胀爆裂。

3) 由于铁磁谐振而造成电压互感器被击穿，因为：被击穿的电压互感器所处的母线带的负荷呈感性的比较多，特别是Ⅲ、Ⅳ段，带有大容量的深井泵，在负荷分配上其感抗大于容抗，由于某种原因，而使系统电压波动(如深井泵频繁启停等)，使电路中电流和电压发生突变，可能导致电压互感器铁心迅速饱和、感抗减小，当感抗小于容抗时，将产生铁磁谐振，导致电压互感器激磁电流增大几十倍，而过电压幅值将达到近2.5Ue，甚至于达到3.5Ue以上，而且持续时间较长，电压互感器在这样大电压、大电流下运行，使本身的温度也迅速升高，导致损坏。

3 铁磁谐振的几个特点

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。

4 铁磁谐振的常用消除办法

根据以上分析配电系统铁磁谐振的特性，就不难找到加以解决的办法。

通常的解决办法有：

1)PT一次的中性点加装阻尼电阻。该方法在已广泛采用，生产定型产

品的厂家比较多，在实际运用中都取得了满意的效果。如西安电瓷厂生产

的RXQ系列消谐器，该消谐器串接于PT一次绕组中性点与地之间，内部材

料为大容量的非线性碳化硅电阻片及散热片等串联组装于瓷套内而成。其

工作原理为：在低压下消谐器呈高电阻值(可达几百千欧)使谐振在起始阶

段不易发展，单相接地时，消谐器上出现千余伏电压，它的非线性电阻下

降，使其不影响接地保护的工作。

2)在PT开口三角侧并联固定(或可变)阻尼，用于一些要求不太高的变

电所或配电所。

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(1)Vv 接线方式：广泛用于中性点绝缘系统或经消弧线圈接地的35KV及以下的高压三相系统，特别是10KV三相系统，接线来源于三角形接线，只是“口”没闭住，称为Vv接，此接线方式可以节省一台电压互感器，可满足三相有功、无功电能计量的要求，但不能用于测量相电压，不能接入监视系统绝缘状况的电压表。

信息来源:https://www.360docs.net/doc/2810029563.html,

(2)Y,yn接线方式：主要采用三铁芯柱三相电压互感器，多用于小电流接地的高压三相系统，二次侧中性接线引出接地，此接线为了防止高压侧单相接地故障，高压侧中性点不允许接地，故不能测量对地电压。信息请登陆:输配电设备网

(3)YN,yn接线方式：多用于大电流接地系统。信息来源:https://www.360docs.net/doc/2810029563.html,

(4)YN,yn,do接线方式：也称为开口三角接线，在正常运行状态下，开口三角的输出端上的电压均为零，如果系统发生一相接地时，其余两个输出端的出口电压为每相剩余电压绕组二次电压的3倍，这样便于交流绝缘监视电压继电器的电压整定，但此接线方式在10KV及以下的系统中不采用。

电流互感器接线方式

电流互感器在交流回路中使用，在交流回路中电流的方向随时间在改变。电流互感器的极性

指的是某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、或同时为负，称此极

性为同极性端或同名端，用符号"*"、"-" 或"."表示。（也可理解为一次电流与二次电流的

方向关系）。按照规定，电流互感器一次线圈首端标为 L1，尾端标为 L2；二次线圈的首

端标为 K1，尾端标为 K2。在接线中 L1 和 K1 称为同极性端，L2 和 K2 也为同极性端。

其三种标注方法如图 1 所示。电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同。较

简单的方法例如用 1.5V 干电池接一次线圈，用一高内阻、大量程的直流电压表接二次线

圈。当开关闭合时，如果发现电压表指针正向偏转，可判定 1 和 2 是同极性端，当开关

闭合时，如果发现电压表指针反向偏转，可判定1 和 2 不是同极性端。

3 电流互感器的极性与常用电流保护以及易出错的二次接线

3.1 一相接线

图 1 电流互感器的三种极性标注

图 2 一相接线

一相式电流保护的电流互感器主要用于测量对称三相负载或相负荷平衡度小的三相装

置中的一相电流。电流互感器的接线与极性的关系不大，但需注意的是二次侧要有保护接地，防止一次侧发生过电流现象时，电流互感器被击穿，烧坏二次侧仪表、继电设备。但是严禁多点接地。两点接地二次电流在继电器前形成分路，会造成继电器无动作。因此在《继电保护技术规程》中规定对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地。如变压器的差动保护，并且几组电流互感器组合后只有一个独立的接地点。

3.2 两相式不完全星形接线

两相式不完全星形接线用于相负荷平衡和不平衡的三相系统中。如图 3 所示。若有一相二次极性那么流过 3KA 的电流为 I A I e ，由向量差得其电流值为 Ia 的 3 倍，相位滞后 I a 300 角，如果三只继电器整定值是一样的，3KA 会提前动作，造成保护误动。

图 3 二相式接线

图 4 两相电流差接线

3.3 两相电流差接线方式

图4 中流过继电器 KA 的电流为I A I e ，其接线系数为 3 。如 C 相二次极性接反，故流过继电器 KA 的电流为 I A I e 。当 A、C 相发生短路故障时，一次电流 I AD 和I CD 变为大小相等方向相反。即I AD =- I CD ，假定 I AD 的参考方向为正，变换到二次侧的电流流经继电器 KA 的电流则为 0。这就说明由于 C 相二次极性接反，当一次侧 A、C 相短路后继电器 KA 有可能不动作。

3.4 三相完全星形接线

三相完全星形接线如图 5 所示。用于相负荷平衡度大的三相负荷的电流测量以及电压为 380/220V 的三相四线制测量仪表，监视每相负荷不对称情况，若任一相极性接反，流过中性线的电流将增大。若缺少中性零线的星形连接，其缺陷是在运行中当负荷不平衡时，将造成二次侧中性点位移，三相完全星形接线使流过继电器的电流不能正确反映出该相电流

的大小，同样会造成误动。

4 继电保护用的电流互感器接线

继电保护用的电流互感器接线，通常是用于中性点直接接地的电力系统中的保护装置时，采用星形接线。在中性点非直接接地的电力系统中，由于允许短时间单相接地运行，并且大多数情况下都装设有单相接地信号装置，所以广泛采用不完全星形接线方式。保护用电流互感器的三角形接线应用于Y/△接线的变压器差动保护。

5 电流互感器运行中应注意的问题

（1）电流互感器在运行中二次侧不得开路，一旦二次侧开路,，由于铁损过大，温过高而烧毁，或使副绕组电压升高而将绝缘击穿，发生高压触电的危险。所以在换接仪表时如调换电流表、有功表、无功表等应先将电流回路短接后再进行计量仪表调换。当表计调好后，先将其接入二次回路再拆除短接线并检查表计是否正常。如果在拆除短接线时发现有火花，此时电流互感器已开路，应立即重新短接，查明计量仪表回路确无开路现象时，方可重新拆除短接线。在进行拆除电流互感器短接工作时，应站在绝缘皮垫上，另外要考虑停用电流互感器回路的保护装置，待工作完毕后，方可将保护装置投入运行。

（2）如果电流互感器有嗡嗡声响，应检查内部铁心是否松动，可将铁心螺栓拧紧。

（3）电流互感器二次侧的一端，外壳均要可靠接地。

（4）当电流互感器二次侧线圈绝缘电阻低于 10~20 兆欧时，必须进行干燥处理，使绝缘恢复后，方可使用。