CN102611092A - 电子式电压互感器突变过电压抑阻装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子式电压互感器，特别是一种电子式电压互感器突变过电压抑阻装置及其应用，包括有互感器分压电容C0两接线端n1端和a端，n1端为接地一端，该端连接第一接地系统D1，其接地线等效电感为Ld1，其结构要点在于，还包括有两个分别串联在a端和n1端的电感Lg1和Lg2，以Lg1的输出端为b端，Lg2的输出端为n2端，n2端连接第二接地系统D2，其接地线等效电感为Ld2，还包括有限压元件XYJ，其两端分别与b端和n2端连接。优点在于，从根本上解决了电子式电压互感器在高压、超高压的线路上使用时遇到突变过电压而损毁的问题，实现该互感器在高压线路上安全、可靠、高精度的测量，确保该互感器的使用优越性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子式电压互感器，特别是一种电子式电压互感器突变过电压抑阻装置及其应用。
背景技术
在电厂和变电所还处在应用模拟量作为保护、测量、信号的输入量时，所需的电压量是采用电磁式电压互感器、电容式电压互感器获得的，当要求输入电压为数字量时则经模/数转换取得。电磁式电压互感器是采用变压器原理将高电压变为低电压（0.1kV）供保护、测量、信号。其高压绕组与低压绕组间是通过磁路联系的，没有电的直接联系，一、二次绕组间的绝缘能有效隔离突发的过电压对低压二次回路绝缘的损坏。接于电容式电压互感器分压电容两端的中间变压器也具有同样的功能，其一、二次间的绝缘强度要比电磁式电压互感器低。
近些年，电厂、变电所逐渐推广智能化、数字化，在电压量测量上相应的推出电子式电压互感器，它能直接输出数字量，相对上述的输出模拟量的电磁式电压互感器或者电容式电压互感器的一次回路结构简单、可靠，造价较低，经济性好。但其二次回路应用的是电子回路组成的电路板，耐受突变性过电压（操作过电压、雷电过电压）的性能差，容易造成电路板元件击穿。在我国曾发生多起电路板损坏的事故，引起事故的原因是发生突发过电压时，由于电容电压不能突变，这突发的过电压只能由回路的电感元件承受，并按回路电感的大小成正比的分配。当互感器接地引下线的电感较大时，接地端对零电位的电压差值就较大，当大于电子电路板的绝缘耐受电压时，电路板便会损坏，具体分析如下：
参照附图1所示的 
断路器电气原理接线图，图中GM表示母线隔离开关，CB表示断路器，GS表示进、出线隔离开关，ECVT表示电子式电压互感器，CG表示隔离开关断开时动、静触头间的分布电容，CCB表示断路器断开时动、静触头间的分布电容，Ct0表示设备间连接导体对地的电容，CΣ表示系统对地电容，图中其他未作标注的部分与上述相同。
为便于分析操作设备产生的突发过电压对电子式电压互感器的影响，可将附图1化简成如附图2所示的在操作（合上）G（GM或GS）或CB时的等效电路接线图（对于单母线、双母线等接线图也可化简为相类似的等效电路）。其中，u为电力系统电源电压，Ld为电子式电压互感器接地引下线的电感，Ls为除Ld外的等效回路上的总电感，CD为不包括所操作设备的其余设备（如操作GM的时候，CB和GS为其余设备）的等效分布电容，C为电子式电压互感器的主电容，C0为电子式电压互感器的分压电容，其余符号表示的意义同附图1所示。
运行时，CΣ上电压u是按电力系统的频率交替变化的，当CΣ有较高的电压时，CG（或CCB）上的电压UGC(UCBC)也较高，合G或者CB时，UGC(UCBC)将被短接，由于CΣ>>C//C0≈C(ECVT的C0>>C)，可视CΣ两端电压不变，被短接的电压UGC(UCBC)要转加到Ls、Ld，忽略回路电阻的影响，加到Ld上的电压是：
上式中的L=Ls+Ld，
，Ud=
，
接入三相电路的ECVT，加至电路板的ud对同组三相ECVT是不相同的，当该相电源ud处在较高瞬时电压时，相应CG（CCB）上的电压UGC(UCBC)也较高，合相应的G（CB）所产生的Ud也较大，所以不是每次操作都会发生电路板被损坏，也不会出现A、B、C三相电路板同时损坏的现象。对系统操作过电压、雷电过电压对ECVT的影响，也可以运用上述的分析方法。
仅从以上的分析可知，要降低Ud对电路板的影响，若采用加隔离变压器，即原直接加至电路板的电压经隔离变压器隔离后加至电路板，此隔离变压器的一、二次绕组间的绝缘水平只能与其体积大小相应提高，因此其绝缘强度被限制在一定范围内，加上隔离变压器之后还会影响ECVT的测量精度，与电容式电压互感器相比，就没有明显的优越性了，况且还只能防止一般性操作引起的突变过电压，对于操作空载线路引起的过电压，雷电过电压等比较严重的过电压就有局限性。此外还要考虑配电装置型式不同时，各种原因产生的突变过电压也不同，对于全部为电缆进出线的全封闭组合电器配电装置突变过电压值最高，其次是HGIS配电装置，进出线均为架空线的空气绝缘的配电装置（AIS）突变过电压值最低。
现有技术中还采用尽量减少接地引下线的长度、增加接地线并联根数、应用非磁性铜等良导体、适当加大接地线的截面积等方法，可显著地减少接地线的电感Ld值及相应的Ud值，但仍不能可靠、有效地将突变的电压Ud限制（或者降到）对ECVT足够安全的数值。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种可靠、有效的防止突变过电压对ECVT造成损坏、保证测量精度和使用优越性的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置及其应用。
本发明所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置是通过以下途径来实现的：
电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，包括有互感器分压电容C0两接线端n1端和a端，n1端为接地一端，该端连接第一接地系统D1，其接地线等效电感为Ld1，其结构要点在于，还包括有两个分别串联在a端和n1端的电感Lg1和Lg2，以Lg1的输出端为b端，Lg2的输出端为n2端，n2端连接第二接地系统D2，其接地线等效电感为Ld2，还包括有限压元件XYJ，其两端分别与b端和n2端连接。
抑阻装置的原理为：正常运行时的分压电容C0两端电压有效值仅1.5V左右，出现突变过电压时，因C0电压不能突变，C0两端n1端和a端对地的突变电压均可视为Ud1，此时串接在C0引出线上的电感Lg1和Lg2将能有效地阻隔突变的高频谐波电流，承受了突变电压Ud1的大部分电压，而第二接地系统的等效电感Ld2只承受很小部分的突变电压，当出现操作空载线路引起的过电压或者雷电过电压等较严重的过电压时，只要Lg1（Lg2）/Ld1（Ld2）的比值满足要求，就能确保各种过电压情况下，ECVT的电路板不会受到高电压的冲击而损坏。限压元件XYJ在此起到对电路板的限压作用，防止突变过电压对电路板的冲击。实现ECVT在高压线路上安全、可靠、高精度的测量，以及ECVT的使用优越性。
本发明可以进一步具体为：
电子式电压互感器突变过电压抑阻装置与互感器的电路板安装在同一箱体，抑阻装置中的两电感Lg1和Lg2线圈在空间相互垂直分布，二者均安装在箱体的外壳上，并垂直于该外壳面，同时，线圈外露在箱体外壳上的长度S大于所连接线路可能出现的最大Ud1对应的空气绝缘距离。
最大Ud1对应的空气绝缘距离可参照标准（如不大于7kV/cm）进行计算，例如，7万伏的突变电压对应的空气绝缘距离便为10cm以上，也就是相应的电感线圈在外壳上的高度要大于10cm，因而需将电感线圈Lg1和Lg2的绝大部分，或者是全部外露在箱体外，并垂直于箱体外壳安装，首先是可以避免电感线圈的输入端对箱体外壳进行放电，从而影响箱体内电子元件的正常工作，其次，也避免了高频谐波电流在电感线圈中产生的电、磁场干扰到箱体内电子元件。
本发明还可以进一步具体为：
限压元件包括两并联限压回路，两限压回路均由二极管和稳压管串接而成，并联的两限压回路中的二极管和稳压管极性相反。
这样，在交流测量中可以为电路板提供不超过3×1.5V的电压，防止电路板遭受过电压的冲击。
还可以是：
限压元件包括有并联的两限压回路，每条限压回路均具有复数个二极管顺序串接组成，但两条限压回路中的管极性相反。
本发明还可以进一步具体为：
电感Lg1和Lg2的电感值相等。
这样可以确保抑阻装置不会对电子式电压互感器的使用产生影响。
本发明所述电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用，包括如下步骤：
提供一种如上所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其与互感器的电路板安装在同一箱体；
安装时，箱体外壳与电子式电压互感器本体外壳在空气中的绝缘距离同电感Lg1/Lg2输入端与抑阻装置外壳之间的空气距离，也就是线圈外露在箱体外壳上的长度S；
箱体采用具有与Ud1相对应绝缘水平的支柱绝缘子支撑以安装在地面上；
由抑阻装置n2端引出的接地线是具有与支柱绝缘子相同绝缘水平的绝缘线，接地线根数大于2根，并联分接到第二接地系统D2；
由电路板引出的初始段线路长度与由n2引出的Ld2接地线长度一致，绝缘水平也与Ld2接地线一致；
由抑阻装置n1端引出的接地线为大于2根的铜绞线，且并联分接到第一接地系统D1；
所连接的第一接地系统D1和第二接地系统D2在地中的距离大于10m；电感Lg1/Lg2大于20倍以上的Ld1/ Ld2；
将电子式电压互感器接到待测的电网线路中，合隔离开关或者断路器，进行测量。
所述电路板引出的初始段线路是指：由安装抑阻装置和电路板的箱体引出的最初一段线路。
将抑阻装置与电子式电压互感器的电路板安装到同一箱体中，是因为抑阻装置本身为一种电子电路构造，其中的限压元件更是由二极管或者稳压管组成，与互感器的电路板安装在一起，首先是能够简化结构，抑阻装置无需另外采用箱体来包装，且不用考虑抑阻装置与互感器电路板之间的外围连接线路问题，另外，也带来了意料之外的技术效果，即抑阻装置和电路板均分别要连接到第二接地系统D2中，安装在同一箱体中的抑阻装置和电路板可以直接在线路连接点上引出接地线，而无需分开引接地线，而分开引接地线的接线更为复杂，且要考虑引出点电位一致的问题，使得应用上更为简单、便捷。
所述的分接是指将大于2根的铜绞线连接在同一接地系统中的两个不同的接入点。关于Lg(Lg1/Lg2)与Ld（Ld1/ Ld2）的比值参考如下要素：要将对电路板的过电压限制在所要求的安全值，对于不同电压等级、不同配电装置型式，Lg与Ld的比值（倍数）是不同的，电压等级越高，要求的倍数也就越大，GIS配电装置的Lg/Ld值要比其他配电装置型式（如HGIS、AIS）大。正常运行时，C0两端的电压UC0大大于n1端引出的Ld1接地线的电压降Ud1，即UC0>>Ud1，合理地加大Lg/Ld的倍数，由于串入Lg1、Lg2后可减小电源UC0的等效内阻抗，有利于提高ECVT的测量精度，从而实现电子式电压互感器在高压线路上安全、可靠、高精度的测量，确保电子式电压互感器的使用优越性。
综上所述，本发明提供了一种电子式电压互感器突变过电压抑阻装置及其应用，抑阻装置由限制高频过电压的两电感及限压元件组成，同时，该抑阻装置需要连接两个接地系统，要求接地系统的等效电感值越小越好。这样，先是从电路上抑制了高频过电压，其次采用限压元件对电路板进行限压保护，最后通过减小接地电感减小突变过电压对电子式电压互感器的影响，从根本上解决了电子式电压互感器在高压、超高压的线路上使用时遇到突变过电压而损毁的问题，从而实现电子式电压互感器在高压线路上安全、可靠、高精度的测量，确保电子式电压互感器的使用优越性。
附图说明
图1所示为本发明背景技术中所述的
断路器电气原理接线图。
图2所示为本发明背景技术中所述在操作（合上）G（GM或GS）或CB时的等效电路接线图。
图3所示为本发明所述电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的等效电路示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例
最佳实施例：
参照附图3；电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，包括有互感器分压电容C0两接线端n1端和a端，n1端为接线端，该端连接第一接地系统D1，其接地线等效电感为Ld1。还包括有两个分别串联在a端和n1端的电感Lg1和Lg2，电感Lg1和Lg2的电感值相等。以Lg1的输出端为b端，Lg2的输出端为n2端，n2端连接第二接地系统D2，其接地线等效电感为Ld2，还包括有限压元件XYJ，其两端分别与b端和n2端连接。
限压元件包括有并联的两限压回路，每条限压回路均具有复数个二极管（或者由二极管和稳压管串联）顺序串接组成，但两条限压回路中的管极性相反。
电子式电压互感器突变过电压抑阻装置与互感器的电路板安装在同一箱体上，抑阻装置中的两电感Lg1和Lg2线圈在空间相互垂直分布，二者均安装在箱体的外壳上，并垂直于该外壳面，同时，线圈外露在箱体外壳上的长度S大于所连接线路可能出现的最大Ud1对应的空气绝缘距离。
电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用方法包括如下步骤：
提供一种如上所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其与互感器的电路板安装在同一箱体上，
安装时，箱体外壳与电子式电压互感器本体外壳在空气中的绝缘距离同电感Lg1/Lg2输入端与抑阻装置外壳之间的空气距离，也就是线圈外露在箱体外壳上的长度S，
箱体采用具有与Ud1相对应绝缘水平的支柱绝缘子支撑以安装在地面上，
由抑阻装置n2端引出的接地线是具有与支柱绝缘子相同绝缘水平的绝缘线，接地线根数大于2根，并联分接到第二接地系统D2；
由电路板引出的初始段线路长度与由n2引出的Ld2接地线长度一致，绝缘水平也与Ld2接地线一致；
由抑阻装置n1端引出的接地线为大于2根的铜绞线，且并联分接到第一接地系统D1；
所连接的第一接地系统D1和第二接地系统D2在地中的距离大于10m；电感Lg1/Lg2大于20倍以上的Ld1/ Ld2；
将电子式电压互感器接到待测的电网线路中，合隔离开关或者断路器，进行测量。
上述的第一接地系统D1和第二接地系统D2的接地线在地中接入点的距离为10m-12m，连接D1接地系统的接地线采用裸铜绞线，连接D2接地系统的接地线采用绝缘铜绞线，横截面积大于50平方毫米；接地线根数大于2根，分接至D1/D2接地系统，以减小接地电感，减小对地突变电压。连接D2接地系统的绝缘铜绞线的绝缘水平应与严重过电压下的Ud1电压相配合（或者说相匹配）。
其次Lg1和Lg2电感值相等，两电感的线圈长度s大于突变过电压Ud1对应的空气绝缘距离，并且两线圈在空间上相互垂直分布，防止两电感磁通交互。抑阻装置与ECVT电路板安装在同一箱体，箱体外壳与ECVT本体外壳、箱体外壳与其安装地面的空气绝缘距离及电路板引出线路的绝缘水平均应与Ud1相匹配。
本发明未述部分与现有技术相同。
Claims (10)
1.电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，包括有互感器分压电容C0两接线端n1端和a端，n1端为接地一端，该端连接第一接地系统D1，其接地线等效电感为Ld1，其特征在于，还包括有两个分别串联在a端和n1端的电感Lg1和Lg2，以Lg1的输出端为b端，Lg2的输出端为n2端，n2端连接第二接地系统D2，其接地线等效电感为Ld2，还包括有限压元件XYJ，其两端分别与b端和n2端连接。
2.根据权利要求1所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其特征在于，电子式电压互感器突变过电压抑阻装置与互感器的电路板安装在同一箱体，抑阻装置中的两电感Lg1和Lg2线圈在空间相互垂直分布，二者均安装在箱体的外壳上，并垂直于该外壳面，同时，线圈外露在箱体外壳上的长度S大于所连接线路可能出现的最大Ud1对应的空气绝缘距离。
3.根据权利要求1所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其特征在于，限压元件包括两并联限压回路，两限压回路均由二极管和稳压管串接而成，并联的两限压回路中的二极管和稳压管极性相反。
4.根据权利要求1所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其特征在于，限压元件包括有并联的两限压回路，每条限压回路均具有复数个二极管顺序串接组成，但两条限压回路中的管极性相反。
5.根据权利要求1所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其特征在于，电感Lg1和Lg2的电感值相等。
6.电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用，其特征在于，包括如下步骤： 提供一种如上权利要求1所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置，其与互感器的电路板安装在同一箱体； 安装时，箱体外壳与电子式电压互感器本体外壳在空气中的绝缘距离同电感Lg1/Lg2输入端与抑阻装置外壳之间的空气距离； 箱体采用具有与Ud1相对应绝缘水平的支柱绝缘子支撑以安装在地面上； 由抑阻装置n2端引出的接地线是具有与支柱绝缘子相同绝缘水平的绝缘线，接地线根数大于2根，并联分接到第二接地系统D2； 由电路板引出的初始段线路长度与由n2引出的Ld2接地线长度一致，绝缘水平也与Ld2接地线一致； 由抑阻装置n1端引出的接地线为大于2根的铜绞线，且并联分接到第一接地系统D1； 所连接的第一接地系统D1和第二接地系统D2在地中的距离大于10m；电感Lg1/Lg2大于20倍以上的Ld1/ Ld2； 将电子式电压互感器接到待测的电网线路中，合隔离开关或者断路器，进行测量。
7.根据权利要求6所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用，其特征在于，抑阻装置中的两电感Lg1和Lg2线圈在空间相互垂直分布，二者均安装在箱体的外壳上，并垂直于该外壳面，同时，线圈外露在箱体外壳上的长度S大于所连接线路可能出现的最大Ud1对应的空气绝缘距离。
8.根据权利要求6所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用，其特征在于，限压元件包括两并联限压回路，两限压回路均由二极管和稳压管串接而成，并联的两限压回路中的二极管和稳压管极性相反。
9.根据权利要求6所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用，其特征在于，限压元件包括有并联的两限压回路，每条限压回路均具有复数个二极管顺序串接组成，但两条限压回路中的管极性相反。
10.根据权利要求6所述的电子式电压互感器突变过电压抑阻装置的应用，其特征在于，电感Lg1和Lg2的电感值相等。
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| SEMICONDUTOR COMPONENTS INDUSTRIES,LLC: "Transient Overvoltage Protection", 《ON-SEMI公司网页》 * |
| 罗苏南等: "基于电容分压的电子式电压互感器的研究", 《高电压技术》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111447727A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-24 | 南京国电南自维美德自动化有限公司 | 一种二次回路抗干扰电路板装置 |
| CN111447727B (zh) * | 2020-04-01 | 2021-04-27 | 南京国电南自维美德自动化有限公司 | 一种二次回路抗干扰电路板装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102611092B (zh) | 2014-06-04 |
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