五柱式三相电压互感器工作原理

    电压是将系统的一次电压按一定变比缩小为要求的二次电压，向测量表计和供电，其工作原理与变压器基本相同。通常有单相、三相三柱式、三相五柱式电压互感器等几种，由于使用方法不同，各有优、缺点。三相五柱式电压互感器，是磁系统具有五个磁柱的三相三绕组电压互感器，广泛采用于大中型企业，具有低电压、过电压保护、低电压启动等各种保护功能;备自投等所有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、测量表计及同步电压回路有关，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在同步回路中在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，不能用相电压同步，必须用线电压同步。如同步点两侧均为b相接地，其中一相公用，同步开关档数减少(如采用综保，则接线更为简单)，同步接线简单。对中性点直接接地系统，可用辅助二次绕组的相电压同步。

    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，将导致保护误动作。②因为辅助绕组的一端与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相接地的相应问题，接线较简单。

    据上分析，对于中性点非直接接地系统，因一般不装设距离和零序方向保护，b相接地对保护影响极小，而对同步回路有利，故电压互感器二次侧采用b相接地方式较为理想。而对于中性点直接接地系统，保护要求严格，中性点接地有利于提高保护的可靠性，同步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。

    1.2接地原因

    1.2.1电压互感器二次侧须接地的原因

    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各种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接地的原因分析如下。

    由于电压互感器二次侧通过b相接地，其只是为各种表计和继电器提供所需电压，不能保证当一次电压串入二次回路时的安全，所以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。所以电压互感器二次侧中性点通过一个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，达到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原因击穿，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，将引起保护误动作。

    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，引起保护误动作。

    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)的情况

    ①在二次侧开口三角的出线上一般不装熔断器。因为在正常运行时开口端无电压，无法监视熔断器的接触情况。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，目的是因为一旦保险丝熔断或接触不良，就会使绝缘监察电压表失去指示故障的作用。

    ③接自动电压调整器的电压互感器二次侧不装熔断器，目的是为了防止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合计量及保护装置，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。所以根据图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电压表指示相电压(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电压指示低于相电压，但未达到0。Uc、Ub指示高于相电压，但未达到线电压(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。故反应在开口三角两端的零序电压为Ua+Ub+Uc=0，所以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系统发生单相接地时开口三角形绕组电压向量图

    相对地电压UBd=UB+(-Uc)，由于C相接地，电压互感器一次侧的C相线圈上无电压。则UAd和UBd就是互感器一次侧A相和B相的电压。从向量图中看出，加在互感器一次侧的三相电压出现了零序电压，即UAd+UBd=3U0。此时UAd和UBd的大小都是相电压的倍，即数值上等于线电压，其合成电压即为3倍的零序电压。故在开口三角两端也同时出现了3倍的零序电压。在开口三角两端接上绝缘监察继电器，一旦系统有单相接地发生，此绝缘监察继电器即报灯光、音响信号，告诉值班人员处理(一般此继电器整定值为l5V或18V)。