電壓互感器（Potential transformer 簡稱PT，Voltage transformer也簡稱VT）和變壓器類似，是用來變換線路上的電壓的儀器。但是變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來線上路發生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。詞條介紹了其基本結構、工作原理、主要類型、接線方式、注意事項、異常與處理、以及鐵磁諧振等。
基本介紹
- 中文名：電壓互感器
- 外文名：Potential transformer
- 簡稱：PT
- 作用：變換線路上的電壓
- 解釋：帶鐵心的變壓器
- 組成：主要由一、二次線圈、鐵心和絕緣
- 所屬領域：電力、能源
- 涉及學科：電學、電磁學
基本結構,工作原理,主要類型,銘牌標誌,接線方式,注意事項,異常與處理,常見異常,處理方法,鐵磁諧振,主要特點,消除辦法,
基本結構
電壓互感器的基本結構和變壓器很相似，它也有兩個繞組，一個叫一次繞組，一個叫二次繞組。兩個繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電氣隔離。電壓互感器在運行時，一次繞組N1並聯接線上路上，二次繞組N2並聯接儀表或繼電器。因此在測量高壓線路上的電壓時，儘管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以確保操作人員和儀表的安全。
工作原理
其工作原理與變壓器相同，基本結構也是鐵心和原、副繞組。特點是容量很小且比較恆定，正常運行時接近於空載狀態。
電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現對地高電位而造成人身和設備事故。
測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結構，其原邊電壓為被測電壓（如電力系統的線電壓），可以單相使用，也可以用兩台接成V-V形作三相使用。實驗室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適應測量不同電壓的需要。供保護接地用電壓互感器還帶有一個第三線圈，稱三線圈電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的兩引出端與接地保護繼電器的電壓線圈聯接。
正常運行時，電力系統的三相電壓對稱，第三線圈上的三相感應電動勢之和為零。一旦發生單相接地時，中性點出現位移，開口三角的端子間就會出現零序電壓使繼電器動作，從而對電力系統起保護作用。
線圈出現零序電壓則相應的鐵心中就會出現零序磁通。為此，這種三相電壓互感器採用旁軛式鐵心（10KV及以下時）或採用三台單相電壓互感器。對於這種互感器，第三線圈的準確度要求不高，但要求有一定的過勵磁特性（即當原邊電壓增加時，鐵心中的磁通密度也增加相應倍數而不會損壞）。
電壓互感器是發電廠、變電所等輸電和供電系統不可缺少的一種電器。精密電壓互感器是電測試驗室中用來擴大量限，測量電壓、功率和電能的一種儀器。電壓互感器和變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。
線路上為什麼需要變換電壓呢？這是因為根據發電、輸電和用電的不同情況，線路上的電壓大小不一，而且相差懸殊，有的是低壓220V和380V，有的是高壓幾萬伏甚至幾十萬伏。要直接測量這些低壓和高壓電壓，就需要根據線路電壓的大小，製作相應的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼電器。這樣不僅會給儀表製作帶來很大困難，而且更主要的是，要直接製作高壓儀表，直接在高壓線路上測量電壓，那是不可能的，而且也是絕對不允許的。
主要類型
1、按安裝地點可分為戶內式和戶外式
35kV及以下多製成戶內式；35kV以上則製成戶外式。
2、按相數
可分為單相和三相式35kV及以上不能製成三相式。
3、按繞組數目
可分為雙繞組和三繞組電壓互感器，三繞組電壓互感器除一次側和基本二次側外，還有一組輔助二次側，供接地保護用。
4、按絕緣方式
可分為乾式、澆注式、油浸式和充氣式。
乾式電壓互感器結構簡單、無著火和爆炸危險，但絕緣強度較低，只適用於6kV以下的戶內式裝置；澆注式電壓互感器結構緊湊、維護方便，適用於3kV～35kV戶內式配電裝置；油浸式電壓互感器絕緣性能較好，可用於10kV以上的戶外式配電裝置；充氣式電壓互感器用於SF6全封閉電器中。
5、按工作原理
電磁式電壓互感器：是利用電磁感應原理按比例變換電壓或電流的設備。
電容式電壓互感器：電容式電壓互感器（CVT）是由串聯電容器分壓，再經電磁式互感器降壓和隔離，作為表計、繼電保護等的一種電壓互感器，電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線用於長途通信、遠方測量、選擇性的線路高頻保護、遙控、電傳打字等。
電子式電壓互感器：由連線到傳輸系統和二次轉換器的一個或多個電壓或電流感測器組成的一種裝置，用以傳輸正比於被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。
銘牌標誌
電壓互感器型號由以下幾部分組成，各部分字母，符號表示內容：
第一個字母：J——電壓互感器；
第二個字母：D——單相；S——三相
第三個字母：J——油浸；Z——澆注；
第四個字母：數字——電壓等級（KV）。
例如：JDJ-10表示單相油浸電壓互感器，額定電壓10KV。
額定一次電壓，作為互感器性能基準的一次電壓值。
額定二次電壓，作為互感器性能基準的二次電壓值。額定變比，額定一次電壓與額定二次電壓之比。
準確級，由互感器系統定的等級，其誤差在規定使用條件下應在規定的限值之內負荷，二次迴路的阻抗，通常以視在功率（VA）表示。額定負荷，確定互感器準確級可依據的負荷值。
接線方式
電壓互感器的常用接線方式有以下幾種：
（1）單項式接線，可以用於測量35kV及以下中性點不直接接地系統的線電壓或110kV以上中性點直接接地系統的相對地電壓。
（2）V/V接線是將兩台全絕緣單相電壓互感器的高低壓繞組分別接於相與相之間構成不完全三角形。這種方法常用語中性點不接地或經消弧線圈接地的35kV及以下的高壓三相系統中，特別是10kV的三相系統中。
（3）用三台單相三繞組電壓互感器構成YN，yn，d0或YN，y，d0的接線形式，廣泛套用於3~220KV系統中，其二次繞組用於測量相間電壓和相對地電壓，輔助二次繞組接成開口三角形，供接入交流電網絕緣監視儀表和繼電器用。用一台三相五柱式電壓互感器代替上述三個單相三繞組電壓互感器構成的接線，除鐵芯外，其形式與圖3基本相同，一般只用於3~15KV系統。
（4）三相三繞組五柱式電壓互感器，其一次繞組和主二次繞組接成星形，並且中性點接地，輔助二次繞組接成開口三角形。故此種電壓互感器可以測量線電壓和相對地電壓，輔助二次繞組可以介入交流電網絕緣監視用的繼電器和信號指示器。
注意事項
1．電壓互感器在投入運行前要按照規程規定的項目進行試驗檢查。例如，測極性、連線組別、搖絕緣、核相序等。
2．電壓互感器的接線應保證其正確性，一次繞組和被測電路並聯，二次繞組應和所接的測量儀表、繼電保護裝置或自動裝置的電壓線圈並聯，同時要注意極性的正確性。
3．接在電壓互感器二次側負荷的容量應合適，接在電壓互感器二次側的負荷不應超過其額定容量，否則，會使互感器的誤差增大，難以達到測量的正確性。
4．電壓互感器二次側不允許短路。由於電壓互感器內阻抗很小，若二次迴路短路時，會出現很大的電流，將損壞二次設備甚至危及人身安全。電壓互感器可以在二次側裝設熔斷器以保護其自身不因二次側短路而損壞。在可能的情況下，一次側也應裝設熔斷器以保護高壓電網不因互感器高壓繞組或引線故障危及一次系統的安全。
5．為了確保人在接觸測量儀表和繼電器時的安全，電壓互感器二次繞組必須有一點接地。因為接地後，當一次和二次繞組間的絕緣損壞時，可以防止儀表和繼電器出現高電壓危及人身安全。
6、電壓互感器副邊絕對不容許短路。
異常與處理
常見異常
（1）三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相正常，線電壓不正常，或伴有聲、光信號，可能是互感器高壓或低壓熔斷器熔斷；
（2）中性點非有效接地系統，三相電壓指示不平衡：一相降低（可為零），另兩相升高（可達線電壓）或指針擺動，可能是單相接地故障或基頻諧振，如三相電壓同時升高，並超過線電壓（指針可擺到頭），則可能是分頻或高頻諧振；
（3）高壓熔斷器多次熔斷，可能是內部絕緣嚴重損壞，如繞組層間或匝間短路故障；
（4）中性點有效接地系統，母線倒閘操作時，出現相電壓升高並以低頻擺動，一般為串聯諧振現象；若無任何操作，突然出現相電壓異常升高或降低，則可能是互感器內部絕緣損壞，如絕緣支架繞、繞組層間或匝間短路故障；
（5）中性點有效接地系統，電壓互感器投運時出現電壓表指示不穩定，可能是高壓繞組N（X）端接地接觸不良。
（6）電壓互感器迴路斷線處理。
處理方法
1. 根據繼電保護和自動裝置有關規定，退出有關保護，防止誤動作。
2. 檢查高、低壓熔斷器及自動空氣開關是否正常，如熔斷器熔斷、應查明原因立即更換，當再次熔斷時則應慎重處理。
3.檢查電壓迴路所有接頭有無鬆動、斷開現象，切換迴路有無接觸不良現象。
鐵磁諧振
磁鐵諧振的產生是在進行操作或系統發生故障時，由於鐵心飽和而引起的一種躍變過程，電網中發生的鐵磁諧振分為並聯鐵磁諧振和串聯鐵磁諧振。
主要特點
1）對於鐵磁諧振電路，在相同的電源電勢作用下迴路可能不只一種穩定的工作狀態。電路到底穩定在哪種工作狀態要看外界衝擊引起的過渡過程的情況。
2)PT的非線性鐵磁特性是產生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件的飽和效應本身也限制了過電壓的幅值。此外迴路損耗也使諧振過電壓受到阻尼和限制。當迴路電阻大於一定的數值時，就不會出現強烈的鐵磁諧振過電壓。
3）串聯諧振電路來說，產生鐵磁諧振過電壓的的必要條件是ω0=1/L0C<；ω。因此鐵磁諧振可在很大的範圍內發生。
4）維持諧振振盪和抵償迴路電阻損耗的能量均由工頻電源供給。為使工頻能量轉化為其它諧振頻率的能量，其轉化過程必須是周期性且有節律的，即…1/2(1，2，3…）倍頻率的諧振。
5）鐵磁諧振對PT的損壞。電磁諧振（分頻）一般應具備如下三個條件。
①鐵磁式電壓互感器（PT）的非線性效應是產生鐵磁諧振的主要原因。
②PT感抗為容抗的100倍以內，即參數匹配在諧振範圍。
③要有激發條件，如PT突然合閘、單相接地突然消失、外界對系統的干擾或系統操作產生的過電壓等。
據試驗分頻諧振的電流為正常電流的240倍以上，工頻諧振電流為正常電流的40～60倍左右，高頻諧振電流更小。在這些諧振中，分頻諧振的破壞最大，如果PT的絕緣良好，工頻和高頻一般不會危及設備的安全，而6kV系統存在上述條件。
消除辦法
從技術上考慮，為了避免鐵磁諧振的發生，可以採取以下措施：選擇勵磁特性好的Tv或改用電容式TV；在同一個10kV配電系統中，應儘量減少TV的台數；在三相TV一次側中性點串接單相TV或在TV二次開口三角處接入阻尼電阻；在母線上接入一定大小的電容器，使容抗與感抗的比值小於0.01，避免諧振,；系統中性點裝設消弧線圈；採用自動調諧原理的接地補償裝置，通過過補、全補和欠補的運行方式，來較好地解決此類問題。
