1、- 92 -第六章 高压互感器互感器是一种供测量仪器、仪表、继电器和其它类似电器用的特种变压器。顾名思义用于变换电流的互感器称为电流互感器，用于变换电压的互感器称为电压互感器。是电力系统中重要的电气设备之一，对继电保护、自动装置和测量仪表的准确工作，保障电力系统的可靠运行十分重要。互感器的作用主要有以下三点：a）传递信息给测量仪表和继电保护装置及控制装置，对线路的电压、电流、电能进行测量，对电力系统和设备进行保护。b）使测量仪表、继电保护装置与线路高电压隔离，以保证运行人员和二次装置的安全。c）将线路电压与电流变换成统一的标准值，以利仪表和继电保护装置的标淮化、小型化。第一节 电流互感器一、电
2、流互感器的工作原理和用途电流互感器：是一种在正常使用条件下其二次电流与一次电流实质上成正比，而其相位差在联结方法正确时接近于零的互感器。电流互感器的一次绕组串联在电力线路中，线路电流就是互感器的一次电流，二次绕组外部接有测量仪表或保护装置，作为二次绕组的负荷。电流互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘，从而保证所有低压设备与高电压相隔离。电力线路中的电流各不相同，通过电流互感器的一、二次绕组不同匝数比的配置，可以将大小悬殊的线路变换成大小相当、便于测量的标准电流值（二次电流额定值一般是 5A 或 1A） 。1.1 电流互感器的工作原理（见图 6-1）在图 1 中，当电流 P流过互感器一次绕组时，
3、建立一次磁动势， P与一次绕组匝数N1的乘积就是一次磁动势（ P N1） ，也称一次安匝。一次磁动势分为两部分，其中一小部分用于励磁，使铁心中产生磁通，称为励磁磁动势，是 exc励磁电流与一次绕组匝数 N1的乘积（ exc N1） ；另外一大部分用来平衡二次磁动势。二次磁动势也称二次安匝，是二次电流 S与二次绕组匝数乘积（ SN2） 。图 61 电磁式电流互感器工作原理- 93 -其磁动势平衡方程式为 P N1 exc N1（- S N2）即 P N1 S N2 exc N1如果忽略很小的励磁安匝，并且只考虑一、二次电流大小之间的关系，则可得出IPN1=ISN2若用额定值表示，则可写成 Ipn
4、N1=IsnN2额定一次电流与额定二次电流之比称为电流互感器的额定电流比。因此只要适当配置互感器的额定匝敞比就可以将不同的一次额定电流变换成标准的二次电流。电流互感器简化相量图如图 2 示。图 2 电流互感器简化相量图如上图可见，由于励磁电流的存在，一、二次电流在大小和相位上都出现了差别。电流大小的差别就是电流变换出现了误差，相位差别就是相位差。1.2 电流互感器的用途图 6-3 为保护用电流互感器的应用接线示意图。对于过流保护而言，当线路正常工作时，二次电流不大，继电器不会动作，断路器处于接通状态，如果线路发生短路或严重过载，线路中就有很大的电流流过互感器一次绕组，二次电流也随之增大，当二次
5、电流增长到等于或大于继电器的动作电流时，继电器动作将常开触点接通，断路器跳闸线圈流过电流，跳闸机构动作，断路器跳闸，将故障线路从电力系统中脱开。对于差动保护，是在保护区前后各装一台电流互感器， 过流保护 差动保护电流互感器二次绕组首尾相连，将保护绕组输出的和电流接入差动继电器的制 图 6-3动绕组，只有在保护区发生故障时，和电流大到足以使差动继电器动作，断路器跳闸切断故障；而在保护区外故障时。由于和电流低于差动继电器动作电流，从而实现对保护区的保护。实际上电力系统继电保护方式多种多样，接线也很复杂，这里只是以简单例子说明一下电流互感器的用法。- 94 -对测量用电流互感器，二次绕组接测量表计，
6、对线路工作电流进行量测。1.3 电流互感器的端子标志及注意事项从图 1 上可看出，当一次电流从互感器的 P1 端流入一次绕组时，二次电流从 S1 端流出，经外部回路流入 S2 端。这样的互感器的端子标志才是正确的，或者说这种接法是减极性原则。如果互感器的端子标志搞错了，不是减极性，则将使许多测量仪表和继电器的电流方向搞错，造成混乱。这一点无论在绕制绕组或装配和使用时都要注意。注意事项：电流互感器在运行中如果二次不接负荷，则必须可靠地短接，绝不许开路，因为二次开路时，二次没有电流，一次安匝全部用于励磁，铁心高度饱和，磁通变成平顶波，二次感应电动势变成峰值很高的尖顶波，高峰值的电动势对人身和设备都
7、将造成危害。二、电流互感器的分类及型号2.1 电流互感器的分类电流互感器分类方法多种多样，常用的有以下几种：a）按用途分为测量用电流互感器（指专门用于测量电流和电能的电流互感器）和保护用电流互感器（指专门用于继电保护和控制装置的电流互感器） 。b）按绝缘介质分：油绝缘（即抽浸式互感器，实际上产品内部是油和纸的复合绝缘，由用于户外户品，国内该类高压产品结构型式多为正立式） 、浇注绝缘（用环氧树脂或其它树脂为主的混合胶浇注成型的互感器，多为 35kV 以内） 、气体绝缘（即产品内部充有特殊气体，如六氟化硫气体作为绝缘的互感器，多用于高压产品，结构型式为倒立式） 。c）按产品结构形式分：正立式（二次
8、绕组装在产品下部，产品重心较低，是国内高压油浸式互感器的常用结构）倒立式（二次绕组装在产品上部，重心较高，头部较大，但一次烧组导体较短，是近年来较新的结构）和套管式。2.2 电流互感器的型号按 JBT3837-1996 要求，电流互感器的型号组成方法如下产品型号均以汉语拼音字母表示，字母的代表意义及排列顺序见标准设计序号表示同类产品的改型设计。特殊使用环境代号电压等级设计序号产品型号字母电压等级以产品额定电压的 kV 数表示，国外常用最高电压表示。例如：LVQB220W2 表示该产品为额定电压 220kV 的六氟化硫电流互感器。 （其中 L电流互感器，V倒立式结构，Q气体绝缘，B 一带有保护级
9、，W2级污秽地区） 。三、电流互感器的误差特性及电气性能3.1 常用名词术语a）额定电流：作为互感器性能基准的电流值。分为额定一次电流和额定二次电流。- 95 -额定一次电流的标准值为：10、12.5、15、20、25、30、4O、50、60、75A 认以及它们的十进位倍数或小数，有下标线的是优先值。额定二次电流的标准值为 1、2 和 5A。5A 为优先值。b）额定电流比：额定一次电流与额定二次电流之比。c）二次负荷：电流互感器二次绕组外部回路所接仪表、仪器或继电器等的阻抗和二次联接线路阻抗之和。d）额定二次负荷：确定互感器准确级所依据的二次负荷。用伏安数来表示。其标准值为 2.5、5、1O、
10、15、20、25、30、40、50、60、80、1OOVA。也有用 表示二次负荷的，可按式子毛 Zb=Sb/Isn2进行换算。式中： Zb以 值表示的二次负荷（） ；Sb以 VA 值表示的二次负荷（VA） ；Isn 额定二次电流（A） 。e）额定连续热电流：在二次绕组接有额定负荷的惰况下，一次绕组允许连续流过的一次电流值，此时，电流互感器的温升不超过规定的限值。除非另有规定，额定连续热电流就是指额定一次电流。f）电流误差（比值差）互感器在测量电流时所出现的误差，它是由于实际电流比与额定电流比不相等造成的。电流误差的百分数用下式表示：电流误差（100（ KnIsIp） Ip）式中： Kn 额定电
11、流比；Ip 实际一次电流，A；Is 测量条件下通过 Ip时的二次电流，A。g）相位差一次电流与二次电流向量的相位差，向量方向是以理想互感器中的相位差为零来决定的。若二次电流向量超前一次电流向量时，相位差作为正值。它通常以分表示。注：本定义只在电流为正弦波时正确。h）复合误差当很大的电流流过互感器时，铁心的磁通密度很高，由于铁磁材料的非线性特征，励磁电流的波形发生畸变，就不能用上述的误差定义，引入复合误差这个概念。复合误差：当一次电流与二次电流的正符号与端子标志的规定相一致时，在稳态下，下列两者之差的方均根值：一次电流的瞬时值；二次电流的瞬时值乘以额定电流比，复合误差通常是按下式用一次电流方均根
12、值的百分数表示； c = - 96 -式中：K n 额定电流比；Ip 一次电流方均根值（A） ；ip 一次电流瞬时值（A） ；is 二次电流瞬时值（A） ；T 一个周波的时间（s） 。复合误差的数量值永远不会小于电流误差和相位差的相量和（后者用厘弧表示） ，因此复合误差通常表示电流误差和相位差的最大可能数值。3.2 误差特性3.2.1 稳定状态下的电流互感器的误差电流互感器应能准确地将一次电流变换为二次电流，只有这样，才能保怔测量准确或保护控制装置正确动作，因此电流互感器必须保证一定的准确度。3.2.1.1 对于测量用电流互感器标准准确级有 0.1、0.2、0.5、1、3、5；测量用电流互感器
13、的准确级，是以该准确级在额定电流下所规定的最大允许电流误差的百分效来标称。对于 0.1、0.2、0.5、1 级，在二次负荷为额定负荷 25100之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位差应不超过表 1 所列限值。表 1 误差限值相位差，在下列额定电流（）时电流误差（）在下列额定电流（）时 （） crad准确 级5 20 100 120 5 20 100 120 5 20 100 1200.1 0.4 0.2 0.1 0.1 15 8 5 5 0.45 0.24 0.15 0.150.2 0.75 0.35 0.2 0.2 30 15 10 10 0.9 0.45 0.3 0.30.5 1.5
14、 0.75 0.5 0.5 90 45 30 30 2.7 1.35 0.9 0.91 3.0 1.5 1.0 1.0 180 90 60 60 5.4 2.7 1.8 1.8对 0.2S 级和 0.5S 级特殊用途的电流互感器（特别是和特殊电表相连接。这些电表在电流为 50mA6A 之间，即在额定电流 5A 的 112O之间的某一电流下能作准确测量） ，在二次负荷为额定负荷的 25100之间任一值时，其额定频率下的电流误差和相位差应不超过表 2 所列限值。这些级别主要用于变比为 255、505 和 100/5 以及它们的十进位倍数，且额定二次电流仅为 5A。表 2 特殊用途电流互感器的误差限
15、值相位差，在下列额定电流（）时电流误差（）在下列额定电流（）时 （） crad准确 级1 5 20 100 120 1 5 20 100 120 1 5 100 1200.2S 0.75 0.35 0.2 0.2 0.2 30 15 10 10 10 0.9 0.45 0.3 0.30.5S 1.5 0.75 0.5 0.5 0.5 90 45 30 30 30 2.7 1.35 0.9 0.9- 97 -对 3 级和 5 级，在二次负荷为额定负荷的 50100之间的任一值时，其额定频率下的电流误差和相位差不应超过表 3 所列限值。表 3 误差限值电流误差（） ，在下额定电流（）时准确级50
16、1203 3 35 5 5注：3 级和 5 级的相位差不予规定仪表保安系数（FS）：额定仪表限值一次电流对额定一次电流之比。该值推荐为 5 和 10。注：在系统故障电流通过互感器一次绕组的情况下，互感器仪表保安系数越小，由互感器供电的电器越安全。额定仪表限值一次电流 IPL 系测量用电流互感器在二次负荷等于额定负荷，且复合误差等于或大于 10时的最小一次电流值。3.2.1.2 普通保护级误差特性准确级的标称：对保护用电流互感器，准确级以该准确级在额定准确限值一次电流下的最大允许复合误差的百分数表示；其后标有字母“P” 。额定准确限值一次电流：互感器能满足复合误差要求的最大一次电流值。准确限值系
17、数（ALF）：额定准确限值一次电流与额定一次电流之比。标准准确限值系数为：5、10、15、20 和 30。保护用电流互感器的标准准确级为：5P 和 10P。可与其额定输出及额定准确限值系数一起标出，如 30VA5P20。误差限值：在额定频率及额定负荷下，电流误差、相位差和复合误差应不超过表 4所列限值。表 4 误差限值额定一次电流下的相位差准确级 额定一次电流下的电流误差 () card在额定准确限值一次电流的复合误差5P 1 60 1.810P 3 3.2.2 暂态过程中的电流误差随着电力系统容量的增加和电压的增高，要求继电保护动作时间越来越短，要在尽可能短的时间内切断故障电流。如在 500
18、kV 超高压电网中，一般都装设有快速继电保护装置，其动作时间约在 30ms 以内。当系统发生短路故障时，保护装置应在 30ms 之内动作，而在这样短的时间里，短路电流还处在暂态工作状态中，系统容量越大，暂态过程的时间越长。暂态过程中，短路电流包含两个分量：一个是按工频变化的周期性分量，另一个是按时间逐渐衰减的非周期分量（有时也称为直流分量） 。短路暂态过程中的电流波形如图 4 所示。由于短路电流的这种特性，铁心中的磁通也出现非周期分量，它与周- 98 -期性分量的相加才是铁心中的总磁通，如图 64 所示。影响电流互感器暂态特性的因素主要有铁心饱和的影响和剩磁的影响。铁心饱和的影响：理论分析和实
19、验都证明，非周期性磁通要比周期性磁通大很图 6-4多，如果铁心截面不够大，铁心会迅速饱和，误差急剧加大，显然这样的互感器满足不了快速继电保护的要求。为了保证暂态误差不超过一定的数值，互感器的铁心截面必须比普通的保护用互感器加大许多。铁心截面的增大倍数称之谓暂态面积系数。由此带来成本的急剧增加。剩磁的影响：电力系统的大部分短路故障是暂时性的，切断短路电流后可迅速消除，为提高系统运行的稳定性，在电力系统中常装有自动重合闸装置。切断短路电流0.3O.5s 后就重合闸。因为普通铁心的磁通是逐渐衰减到零的。在第一次切断电路到重合闸这样短的时间里，铁心还保留有一定的剩磁，如果重合闸后新建立的磁通与剩磁的极
20、性相同，铁心会更快重新饱和，使误差猛然增加，引起保护装置误动作。因此要求自动重合闸工作的互感器，除了要加大铁心截面外，必须来取有效措施，降低铁心中的剩磁，即来用带气隙的铁心，以保证重合闸后铁心不会饱和。具有暂态特性的保护用电流互感器有四种类型：TPX、TPY、TPZ、TPS。它们的适用场合和性能要求各不相同。TPX 级是不限制剩磁大小的互感器，铁心没有气隙，误差限值较小；TPY 级是剩磁不超过饱和磁通 10的互感器，铁心有一定的气隙，误差限值稍大一些；TPZ 级是实际上可以忽略剩磁的互感器，仅保证交流分量误差，气隙也相对较大；TPS 级互感器是一种低漏磁型电流互感器，其暂态特性由二次励磁特性和
21、匝数比误差确定，对剩磁无限制。在我国，采用较多的是 TPY 级，其次是 TPZ 级，只有这两种互感器才用于自动重合闸系统。他们的误差均用最大峰值瞬时误差表示。各特性级的误差限值见表 5。表 5 误差限值在额定一次电流下 在准确限值条件下相位差级 比值差 () card最大峰值瞬时误差TPX 0.5 30 0.9 10TPY 1 60 1.8 10TPZ 1 18018 5.30.6 10（交流分量）- 99 -从以上可以看出，保护用电流互感器有一般 P 级保护电流互感器和用于暂态保护的TP 级保护电流互感器。3.2.3 误差计算及其补偿根据误差及定义和互感器相量图，可推导出误差计算公式如下：电
22、流误差 f = - sin(+)100= - sin(+)100相位差 = cos(+)3440= cos(+)3440复合误差 c = I excN1/IpN1式中符号含义略。从以上式子可以看出，为了减小误差，在产品结构上就要尽可能减小二次绕组阻抗，减小磁路长度，增加铁心载面，选用磁导率高的铁心材料，增加一次安匝数等。但以上因素相互制约，需综合考虑各因素的影响。没有补偿的电流互感器的电流误差是负值，补偿方法常用的有以下几种：1）减匝补偿：即减少二次绕组匝数，达到增加二次电流以维持磁动势的目的，从而减少误差。减匝补偿对电流误差的补偿计算值为fbN b100N 2m式中：N b补偿匝数，即二次绕
23、组中需减去的匝数；N2n额定二次匝数。补偿后的误差为 f 1=f+fb式中：f未补偿时的误差。2）分数匝朴偿：当二次绕组匝数较少，采用减整匝的方法使补偿值过大时，可采用分数匝补偿。分数匝补偿的方法有以下几种：双线并绕：可得到半匝补偿。理论上可以实现任意的分数匝补偿，但实际操作可能比较困难。双铁心补偿或穿孔补偿：原理同上。3）磁分路补偿和短路匝补偿：以上减匝补偿和分数匝补偿的方法只能朴偿电流误差，而且在不同的电流下其补偿值是不变的。若采用磁分路补偿，则可达到电流不同，补偿效果不同的目的。若再加上短路匝补偿，还可对相位差进行补偿。但磁分路补偿计算麻烦，因材料性能和工艺条件有差别而不准确。需通过试验
24、调整。3.3 电流互感器的绝缘特性- 100 -电流互感器在运行中要长期承受电力系统工作电压的作用，还可能受到过电压的袭击，因此每台产品都要经受相应的耐受电压试验。GB 1208 中做了相应规定试验项目。对于二次绕组也有相关试验要求。此外还有局部放电水平和介质损耗因数两个指标。户外产品的湿耐压等。3.4 电流互感器的热特性和力学特性热特性是指长期正常工作时的发热特性，即温升要求和短路电流流过时的短时发热特性（又称热稳定性） 。衡量长期工作时的发热特性有两个指标：一是额定连续热电流；二是在额定连续热电流下的温升限值。衡量短时发热特性，以额定短时热电流（I th）和短时最高允许发热温度二个指标来衡
25、量。所谓额定短时热电流是指：在二次绕组短路情况下，电流互感器在 Is 内能承受且无损伤的最大一次电流方均根值。力学特性就是动稳定性，以额定动稳定电流（I dyn）来衡量。额定动稳定电流是指在二次绕组短路的情况下，电流互感器在一秒种内能承受且无损伤的最大一次电流方均根值。四、电流互感器的结构以产品（见图 5）LVQB110W2 为例，简要说明电流互感器产品的结构特点。该产品为倒立式，由器身、瓷套、底座三部分组成。器身与一次回路等电位，通过瓷套与底座绝缘；一次绕组与二次绕组装在上部器身上，一次绕组与二次绕组之间、二次绕组与器身壳体之间均采用电场分布均匀的同轴圆柱形结构，期间充以六氟化硫气体绝缘，二
26、次绕组由环氧树脂浇注件支撑。二次绕组引线经金属屏蔽管由底座中二次接线盘引出，供用户连接测量或保护用负载。第二节 电压互感器一、电压互感器的工作原理及用途电压互感器：种互感器，其二次电压在正常使用 图 5 LVQB-110W2产 品 总 装 图条件下与一次电压实际成正比，而其相位差在联结方法正确时接近于零。电压互感器的一次绕组并联在高压线路上，线路电压就是互感器的一次电压。二次绕组外部接有测量仪表、仪器及保护继电器等设备的电压线圈，作为电压互感器的负荷，它们都是并联联接的。电压互磁器的一、二次绕组之间有足够的绝缘，从而保证所有低压设备与电力线路的高电压相隔离。电力系统有不同的额定电压等级，通过电
27、压互感器的一、二次绕组匝数的适当配置，可以将不同的一次电压变换成较低的标准二次电压值，一般是 1OOV 或者说 1003 V，这样可以减小仪表和继电器的尺寸，简化其规格，有利于仪表和继电器小型化、标准化。1、电磁式电压互感器的工作原理下面以单相双绕组电压互感器为例，说明电磁式电压互感器的工作原理。在图 6 中，- 101 -当一次电压 P加在一次绕组上，就有一次电流 IP经一次绕组，电流与一次绕组匝数 N1的乘积 IPN1为一次磁动势。一次磁动势分为两部分：一部分用于励磁，使铁心中产生磁通 0；另外一部分用来平衡二次磁动势。二次磁动势是二次电流 Is 二次绕组 N2的乘积。电压互图 6 电压互
28、感器工作原理图感器的磁动势矢量平衡方程为一次和二次感应电动势的大小分别为EP4.44fN 1 0ES4.44fN2 0由此得出 E PE SN 1N 2 PN1 exeN1（ SN2）即 PN1T SN2 exeN1如果忽略很小的阻抗压降，则可得出 UPU sN1N 2，若以额定值表示，即为 Upn/UsnN 1/N2从上式可看出，只要适当配制额定匝数比，就可将不同的额定一次电历变换成标准的二次电压。电压互感器按一次绕组按地方式有不接地电压互感器和接地电压互感器两种。不接地电压互感器一次绕组按在三相系统中相与相之间。一次绕组两个出线端 A、X都是对地绝缘的，其额定电压为线电压。接地电压互感器，
29、一次绕组接在三相系统中相与地之间，其额定电压为相电压，二次绕组中一般有剩余电压绕组。图 7 即为三台单相三绕组电压互感器组成的三相组接线图，其中一次绕组和二次绕组均接成星形，中性点接地，剩余电压绕组在使用时接成开口角。当三相系统正常工作时，三个剩余电压相量和等于零，当三相系统发生单相接地故障时，开口角端会出现电压。- 102 -图 7 单相三绕组电压互感器接线图开口角端电压一般为 100V，在中性点有效接地系统中，剩余电压绕组的额定电压为100V；在中性点非有效接地系统中，剩余电压绕组的额定电压为 1003V。2、电容式电压互感器的工作原理电容式电压互感器（以下简称 CVT）是由电容分压器和电
30、磁单元组成的具有独特结构的电器设备。它可以兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能。图 8 电容式电压互感器电气原理图图 8 为 CVT 的电气原理图，CVT 包括电容分压器和电磁装置两部分。由高压电容器C1（主电容器）和串联电容器 C2（分压电容器）组成，电容分压器由 13 节耦合电容器串联叠装而成，其主要作用就是电容分压，将系统高压变为中压（一般为 13kV） ；电磁装置由中间变压器和补偿电抗器组成，中间变压器将分压电容器上的电压降低到所需的二次电压值。近几年，CVT 由于其结构简单、不易发生铁磁谐振，成本低，瞬变响应速度也可达到 5以下，因此，在各个电压等级尤其是
31、超高压电网中已成为上佳的选择。3、电压互感器的用途1）用作商业计算。主要接于变电所的线路出口和入口上，常用于网与网之间，所与所之间的电量结算用；2）用作继电保护的电压信号源；3）用作合闸或重合闸检同期、检无压信号。二、电压互感器的分类及型号1 电压互感器的分类1）按相数分有单相电压互感器和三相电压互感器；2）按结构原理分有电磁式电压互感器和电容式电压互感器。2 电压互感器型号简介按 JBT38371996 要求，电压互感器的型号组成方法如下- 103 -产品型号均以汉语拼音字母表示，字母的代表意义及排列顺序见标准。设计序号表示同类产品的改型设计。三、电压互感器的误差特性及电气性能1 常用名词术
32、语：a）额定一次电压：作为电压互感器性能基准的一次电压值。接在三相系统线间的特殊使用环境代号电压等级设计序号产品型号字母单相电压互感器，其额定一次电压为系统电压。接在三相系统相与地之间的单相电压互感器，其额定电压为相电压。b） 额定二次电压：作为电压互感器性能基准的二次电压值。按到三相系统线间的单相互感器的标准值为 100V。 接在三相系统相与地间的单相互感器，其额定电压为1003。c）额定电压比：额定一次电压与额定二次电压之比。d）额定负荷：确定互感器准确级所依据的负荷值（电压互感器二次回路的阻抗） 。其标准值为 10，15，25，3O，50，75，100，150，200，250，300，4
33、00，500VA。其中有下划线的为优先值。e）额定电压因数：互感器在规定时间内仍能满足热性能和准确级要求的最高一次电压和额定一次电压的比值。额定电压因数为 1.2 时，互感器能持续工作；互感器用于中性点有效接地系统中相与地之间，要求在额定电压因数为 1.5 时，互感器可持续工作 30s；互感器用于中性点有效接地系统中相与地之间（没有自动切除对地故障的装置） ，要求在额定电压因数为 1.9时，互感器可持续工作 8h。电压误差 100式中：Kn 额定电压比；Up 实际一次电压，V；Us 在测量条件下，施加 Up 时的实际二次电压，V。f）电压误差：互感器在测量电压时所出现的误差。它是由实际电压比不
34、等于额定电压比而造成的。以百分值表示的电压误差用下式表示：g）相位差：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。2 电压互感器的误差特性- 104 -电压互感器应能准确地将一次电压变换为二次电压，才能保证测量精确和保护装置正确地动作，因此，电压互感器必须保证一定的准确度。2.1 对于测量用电压互感器准确级是以额定电压及该准确级所规定的额定负荷下的最大允许电压误差的百分数来标称。其标准准确级有：0.1，0.2，0.5，1.0 和 3.0 级。在额定频率和 80120额定电压之间的任一电压和功率因数为
35、0.8（滞后）的二 次负荷在 25100间的任意值下，电压互感器的电压误差和相位差不应超过表 5 所列限值。表 5 电压误差和相位差的限值相位差准确级 电压误差 （） crad0.1 0.1 5 0.150.2 0.2 10 0.30.5 0.5 20 0.61.0 1.0 40 1.23.0 不规定 不规定2.2 对于保护用电压互感器准确级是以该准确级在 5额定电压到额定电压因数相对应的电压范围内最大允许电压误差的百分数标称，其后标以字母“P” 。其标准准确级为 3P 和 6P。在 5额定电压及额定电压乘以额定电压因数的电压下，当负荷为 25100额定 负荷的任一值，且功率因数为 0.8（滞
36、后）时，在额定频率时的电压误差和相位差不应超过表 6 所列限值。在 2额定电压下，当负荷为 25IO0额定负荷的任一值，且功率因数为0.8（滞 后）时，其电压误差和相位差的限值应不超过表 6 所列限值的两倍。表 6 电压误差和相位差的限值相位差准确级 电压误差 （） crad3P 3.0 120 3.56P 6.0 240 7.0剩余电压绕组的准确级为 6P 级。2.3 电压互感器误差的影响因素影响误差的因素有两方面，一是外部参数，即二次负载及一次电压，另一个是互感器本身的内部参数，即励磁电流和绕组的阻抗。要减小互感器的误差，就要在经济合理的前题下尽可能减小绕组的阻抗和铁心的励磁电流。未经补偿
37、的电压互感器的电压误差是负值，因此，最常用也是最减便的补偿方法是适当减少一次匝数，即所谓的减匝补偿。四、电压互感器的绝缘特性与一般高压设备一样，电压互感器在运行中要长期承受电力系统的工作电压和可能遭受的过电压的袭击，因此要进行相应的绝缘性能试验。试验具体要求见 GB 1207 中相- 105 -关规定。五、电压互感器的热特性和力学特性热特性是指长期正常工作时和在规定的额定电压因数和额定时间内的发热特性，即温 升要求。由于正常工作时电压互感器的额定二次输出比较小，因此，通常都对电压互感器规定了一个热极限输出，即在额定一次电压下温升不超过限值的前题下，互感器二次绕组所能供给的以额定电压为基准的视在
38、功率值。为考核在二次回路外部短路时电压互感器的机械特性，GB1207 还规定：当互感器在额定电压下励磁时，应能承受 1s 外部短路的机械效应和热效应而无损伤。六、电压互感器的结构图 9 为 GIS 配套使用的六氟化硫电压互感器为例，简要说明电压互感器的结构。电压互感器的器身由一次绕组、二次绕组、剩余电压绕组和铁心组成。低压绕组为层状结构，一次绕组为宝塔形。绕组层绝缘采用聚脂薄膜。铁心内侧设有屏蔽电极以改善绕组与铁心间的电场。独立式六氛化硫电压互感相比该结构主要是增加了高压引 图 9 电压互感器结构示意图出线部分。第三节 高压互感器的发展趋势电力工业是国家经济建设的基础工业，在国民经济建设中有举
39、足轻重的地位。随着国民经济的迅速发展，对电力的需求也日益增大。现代电网的发展趋势是高电压、大容量、小型化以及配电系统的自动化。而且随着计算机的广泛运用，传统的电磁式继电保护将逐步转变为微处理机分级监控保护。因此，为适应电力系统未来大发展的需要，必须研究和发展新型的高压设备，高压互感器就是其中之一。目前，在电力系统中广泛应用的传统互感器，采用电磁感应原理制成，存在铁芯和线圈，其暂态响应特性较差，而且随着电压等级的提高，绝缘问题的解决，必然使体积增大，成本增高，设备变得极为笨重。由于存在以上缺点，在科技发达的国象都寻求把光电子学技术用于超高压大电网中，近年来随着科学技术的进步及新技术的应用，新型的
40、光电式电流互感器（OCT） 、光电式电压互感器（OVT）均取得了很大进展。光电互感器的原理和结构主要集中在无源型互感器、有源型互感器、全光纤型互感器三大类。无源型互感器：该型互感器由光学材料、起偏器、检偏器和其它一些光学元件组成，工作不需要电源，且光纤在系统中仅起传光作用，因此属于传光型无源互感器。有源型互感器：该型互感器是有源的，而且能量通过互感器或其它方法取自高压电网，利用光纤的耐高压特性，把光纤仅作为信号传输通道来研制的光电互感器。例如：用空心线圈作一次侧高压大电流检测的 OCT；用电容分压原理制作的 OVT。- 106 -全光纤型互感器：由特殊光纤构成，所需光学元件和接头较少，但由于特殊光纤制造难度大，要求高，且尚不成熟，因此，相比以上两种，全光纤型互感器离实用化还有相当的距离。与传统的电磁式电流互感器相比，光电式互感器具有体积小、无磁饱和、抗干扰能力强、暂态响应范围大、频率响应范围宽，能适应电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的需要，在高压领域中有取代传统互感器的可的，市场发展前景广阔。
