CN204011033U - 一种新型的电子式零序电压互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种新型的电子式零序电压互感器，包括电子式相序电压互感器，电子式相序电压互感器包括二次电压互感器T1、高压电阻R1、高压电阻R2和电阻D1；高压电阻R2、电阻D1和二次电压互感器T1的原边并联；高压电阻R2的一端与高压电阻R1连接，另一端接地；三个电子式相序电压互感器的副边串联，每个电子式相序电压互感器的副边的输出端均并联有电阻R3。本实用新型能够实现电子式电压互感器原边、副边的电气隔离，确保人体和设备安全；实现电子式电压互感器原边、副边信号的不失真传送；采用电流信号进行传输，更能适应电磁干扰环境，实现副边信号远距离传送；安装方便。

Description

一种新型的电子式零序电压互感器

技术领域

本实用新型涉及电压互感器技术领域，具体涉及一种新型的电子式零序电压互感器。

背景技术

电磁式零序电压互感器是目前最常用的零序电压互感器，其工作原理与变压器相同，基本结构包括铁心、原边绕组和副边绕组。以10kV零序电压互感器为例，原边三相绕组为星形(Y形)，中性点接地，副边绕组为开口三角形(开口Δ形)，开口电压即为零序电压。实际应用时，一般做成三相五柱式电压互感器，同时输出零序电压U0和UA、UB、UC三个相电压，也可以输出UAB、UBC、UCA三个线电压。正常运行时，电力系统的三相电压对称，开口三角输出的零序电压趋近于零；一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角零序电压抬高，说明系统发生单相接地。

电磁式电压互感器的缺点：

1.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，零序电压互感器的原边接有熔断器，副边二次电压回路有一相须可靠接地，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。

2.存在铁心饱和谐振过电压问题。由于我国10kV配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接地)系统，除了变电站母线上安装一台三相五柱式电磁式电压互感器(原边绕组中性点接地)，一般不允许在配电线路上大量安装中性点接地的电磁式电压互感器，以避免因多个中性点接地而引起线路谐振过电压事故。

3.现场应用问题。在实际应用时，线路开关配套的馈线终端单元(FTU)、开闭所终端单元(DTU)、故障电流指示装置(FCI)等故障检测装置只能通过零序电流互感器的电流大小来判断接地故障，测量不到零序电压，计算不出零序电流的方向，容易误报警或漏报警，准确性不高。

电容或电阻分压式零序电压互感器是近几年发展起来的一种电子式零序电压互感器，在某些场合用于替代传统的电磁式电压互感器。与电磁式电压互感器相比，电子式零序电压互感器的特点是阻抗高，不容易发生短路故障和谐振过电压，对电力系统影响小，体积小、重量轻，经济实用性更好。

电子式零序电压互感器的原理是：原边三相A、B、C分别串联相同阻抗的高压电容或电阻进行限流，然后将电容或电阻的另一端短接在一起，组成一个“中性点”，该“中性点”对地位移电压就等于线路零序电压的负1/3倍。该“中性点”再通过两个高压电容或电阻串联接地，通过电容或电阻分压，输出正比于零序电压的电压信号，供电子装置测量采样。

电容或电阻分压式零序电压互感器的缺点是：

1.虽然在信号输出端加了过电压保护措施，但是原副边共地，电气上没有隔离，存在很大安全隐患。

2.中性点对地电压还要经过高压电阻限流、分压才能获得零序电压信号，因高压电容或电阻的阻抗高、误差大，电压信号的测量误差会进一步增大，实际使用效果不太好。

3.因使用较多的高压电容或电阻，该类电子式零序电压互感器的体积、重量、成本将会增加，现场安装不便。

实用新型内容

本实用新型要解决现有的电子式零序电压互感器存在的如下问题：原副边共地存在安全隐患，电压信号的测量误差大。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种新型的电子式零序电压互感器，包括电子式相序电压互感器，电子式相序电压互感器包括二次电压互感器T1、高压电阻R1、高压电阻R2和电阻D1；高压电阻R2、电阻D1和二次电压互感器T1的原边并联；高压电阻R2的一端与高压电阻R1连接，另一端接地；三个电子式相序电压互感器的副边串联，每个电子式相序电压互感器的副边的输出端均并联有电阻R3。

在优选的方案中，电阻D1是氧化锌压敏电阻。

在优选的方案中，高压电阻R1为50MΩ/50W的玻璃釉高压电阻。

在优选的方案中，高压电阻R2为200kΩ/1W的金属膜电阻。

在优选的方案中，电阻R3为1kΩ/0.25W的金属膜电阻。

本发明实用新型的有益效果如下：

1.安全性更高

利用二次电压互感器的高绝缘性能，实现电子式电压互感器原边、副边的电气隔离，确保人体和设备安全。

2.信号输出精度更高

利用二次电压互感器的高导磁性能，实现电子式电压互感器原边、副边的信号的不失真传送。

3、信号传输距离更远

利用二次电压互感器的电压-电流变换功能，采用电流信号进行传输，更能适应电磁干扰环境，实现电子式电压互感器副边信号的远距离传送。

4、安装更方便

本实用新型技术方案的电子式零序电压互感器由三个独立的电子式相序电压互感器组成，而相序电压互感器可以单独安装，二次零序电压信号由测量装置在线路板上合成。

5、性价比更高

基于本实用新型技术方案而研制的产品，体积小，重量轻，成本低，安装、维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型电子式相序电压互感器的电路图；

图2为本实用新型电子式零序电压互感器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示电子式相序电压互感器的电路图，本实施例的一种电子式相序电压互感器，包括二次电压互感器T1、高压电阻R1、高压电阻R2和电阻D1，高压电阻R2、电阻D1和二次电压互感器T1的原边并联；高压电阻R2的一端与高压电阻R1连接，另一端接地。

如图2所示电子式零序电压互感器的电路图，三个图1所示电子式相序电压互感器的副边串联，每个电子式相序电压互感器的副边的输出端并联有电阻R3。

本实施例案拟采用二次电压互感器技术实现电子式零序电压互感器的原边、副边电气隔离，确保人身和设备安全。二次电压互感器采用绝缘性能非常高的非晶合金材料，在非晶合金材料的导磁环上分别绕两个相同匝数比的线圈，二次电压互感器在环氧树脂灌封后的两个线圈之间的耐压可以达到10kV以上，从可以实现电子式零序电压互感器的电气隔离，提高产品使用的安全性。

另外，本实施例的技术方案利用二次电压互感器技术来提高电子式零序电压互感器的信号测量精度。非晶合金材料的导磁性能非常好可作为铁芯，本实施例中两个线圈都绕2000匝，可以实现2mA以下电流信号的1:1不失真传送。

图1所示电子式相序电压互感器的电路原理如下：

1.电路原理说明

(1)电阻R1、R2是高压电阻，R1和R2串联；电阻D1是氧化锌压敏电阻，T1是二次电压互感器(PT)，电阻R2、D1、T1原边并联。U1是电阻R1高压侧对地电压，U2是T1原边线圈两端电压，I1是T1副边线圈输出电流。

(2)电阻R1的作用主要是降压、限流，将高电压信号U1转换为大小为U1/R1小电流信号；电阻R2的作用是电压钳位，在雷电浪涌冲击时能快速钳位住电压，防止尖峰过电压击穿二次PT线圈，确保到二次侧设备和人身安全。

电阻R1选用50MΩ/50W、1％或2％精度的玻璃釉高压电阻，电阻长度为130mm，直径为18mm，两端管脚带引线。线路正常运行时的电阻电流为0.12mA，对应各相的相电压为6kV(峰峰值为8kV)，电阻功耗为0.8W；单相接地以后各相的电阻电流为0～0.2mA，对应各相的相电压为0～10kV(峰峰值为14kV)，电阻功耗0～2W。

电阻R2选用200kΩ/1W、1％精度的金属膜电阻，电阻长度11mm、直径4mm。线路正常运行时，则R2上的压降低于24V(峰峰值为34V)，电阻功耗小于0.008W。单相接地以后，R2电阻压降在0～42V(峰峰值为58V)之间，电阻功耗为0～0.04W。

电压U2和电流I1计算方法如下：

当T1原边意外开路时，U2＝[R2/(R1+R2)]×U1。已知U1＝6kV，R2＝50MΩ，R1＝200kΩ，此时U2＝24V。

当T1原边回路正常时，因T1原边内阻小于200Ω，T1与R2(R2＝200kΩ)并联以后的电阻(设为R0)会小于200Ω，此时U2＝[R0/(R1+R0)]×U1≈0V。

当T1原边回路正常、副边接100～1000Ω电阻时，T1副边电流I1≈U1/R1。

(3)电阻D1的作用是工频耐压或慢速过电压保护。电阻D1和R1共同组成过电压保护电路。

电阻D1的耐压参数主要由线路正常运行时二次PT原边电压U2可能出现的最大值决定，当T1原边开路时，U2为最大值24V(峰峰值为34V)。本实施例选用5kA/100V氧化锌压敏电阻，压敏电阻直径为14mm。其特点是工频过电压保护效果好，不会将有用的信号短路。

(4)T1选用优质非晶合金材料磁环，在磁环上分别用0.1mm线径的漆包线绕两个2000匝线圈，两个线圈分别为原边和副边，原边、副边线圈距离20mm以上，用环氧树脂浇注以后的工频耐压在10kV以上。

2.制作过程注意事项

(1)各元件R1、R2、D1、T1管脚之间的焊接要牢靠，不能开路和短路。

(2)注意二次电压互感器T1原边、副边的同名端标识，不要焊反。

(3)接好地线，高压端对大地、高压端对信号地应通过42kV工频耐压试验。

图2所示三相电子式零序电压互感器的电路原理如下：

利用以上电路原理制作三个电子式相序电压互感器，分别在A、B、C三相的电子式相序电压互感器的信号输出端并联一个相同阻值的取样电阻R3，然后将三个R3电阻串联，可求解得知串联电阻的两端电压正比于零序电压。求解过程如下：

设系统零序电压为(矢量)，A相电压为(矢量)，B相电压为(矢量)，C相电压为(矢量)，则按照零序电压的定义，

$\stackrel{\·\·}{U}0=\stackrel{\·\·}{U}A+\stackrel{\·\·}{U}B+\stackrel{\·\·}{U}B$

其中，(为A相电子式电压互感器原理图(图1)中I1的矢量表达)

(为B相电子式电压互感器原理图(图1)中I1的矢量表达)

(为C相电子式电压互感器原理图(图1)中I1的矢量表达)

则

另外，设A、B、C三相电子式电压互感器的信号输出端接电阻R3以后的电压分别是再设三个R3电阻串联以后电阻两端输出电压为则

可求得 $\stackrel{\·\·}{U}R30=\stackrel{\·\·}{U}R3A+\stackrel{\·\·}{U}R3B+\stackrel{\·\·}{U}R3C$

其中，

将代入(1)式，可求得：

R3选用1kΩ、1/4W、1％精度的金属膜电阻。10kV线路正常运行时，相电压为6kV左右(有效值)，A、B、C三相电子式零序电压互感器的电阻R3两端电压0.12V左右(有效值)，三个电阻R3串联以后的两端电压趋近于0V。单相接地以后，接地相上的电子式电压互感器R3电阻两端电压趋近于0V，非接地相上的电子式电压互感器R3电阻两端电压趋近于0.2V，三个R3电阻串联以后的两端电压趋近于0.12V。

基于本实用新型构思的电子式零序电压互感器具有良好的线性度，能够满足3％的保护精度和故障检测要求，将会在配电网逐步替代传统的电磁式零序电压互感器和不带电气隔离的电子式电压互感器。如果要求该产品达到1％或0.5％的测量精度，则必须采用硬件或软件误差补偿方法，具体实现方法不是本实用新型保护范畴。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型的电子式零序电压互感器，包括电子式相序电压互感器，其特征在于：电子式相序电压互感器包括二次电压互感器T1、高压电阻R1、高压电阻R2和电阻D1；高压电阻R2、电阻D1和二次电压互感器T1的原边并联；高压电阻R2的一端与高压电阻R1连接，另一端接地；三个电子式相序电压互感器的副边串联，每个电子式相序电压互感器的副边的输出端均并联有电阻R3。

2.根据权利要求1所述的一种新型的电子式零序电压互感器，其特征在于：电阻D1是氧化锌压敏电阻。

3.根据权利要求1所述的一种新型的电子式零序电压互感器，其特征在于：高压电阻R1为50MΩ/50W的玻璃釉高压电阻。

4.根据权利要求1所述的一种新型的电子式零序电压互感器，其特征在于：高压电阻R2为200kΩ/1W的金属膜电阻。

5.根据权利要求1所述的一种新型的电子式零序电压互感器，其特征在于：电阻R3为1kΩ/0.25W的金属膜电阻。