【文章內(nèi)容簡介】 ② 三繞組電 壓 互感器 ， 有兩個分開的二次繞組的電壓互感器。 ③ 四繞組電壓互感器，有三個分開的二次繞組的電壓互感器 。 (5)按一次繞組對地狀態(tài)分 ① 接地電壓互感器，在一次繞組的一端準備直接接地的單相電壓互感器 ， 一次繞組的 星 形聯(lián)結(jié)點（中性點）準備直接接地的三相電壓互感器 。 ② 不接地電壓互感器 ， 一次繞組的各部分，包括接線端子在內(nèi) ，都是按額定絕緣水 平對地絕緣的電 壓 互感器。 (6)按裝置種類分 ① 戶內(nèi)型電壓互感器 ② 戶外型電壓互感器 (7)桉結(jié)構(gòu)型式分 ① 單級式電壓互感器，一、二次繞組在同一個鐵心柱上 ， 絕緣不分級的電壓互感器。 ② 串級式電壓互感器，一次繞組由幾個匝數(shù)相等、幾何尺寸相同的級繞組串聯(lián)而成， 各級繞組對地絕緣是自線路端到接地端逐級降低的電壓互感器在這種電壓互邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 10 感器中 ， 二次繞組與一次繞組的接地端級（即最下級）在同一鐵心柱上。 (8)按絕緣介質(zhì)分 ① 干 式電壓互感器 ， 其絕緣主要由紙、纖維編織材料或薄膜繞包，經(jīng)浸漆干燥而成。 ② 澆注式電壓互感器，其絕緣主要是絕緣樹脂混合膠，經(jīng)固化成型。 ③ 油浸式電壓互感器，其絕緣主要由紙、紙板等材料構(gòu)成，并沒在絕緣油中 。 ④ 氣體絕緣電壓互感器，其絕緣主要是具有一定壓力的絕緣氣體 。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 11 3 電壓互感器設計計算 計算依據(jù) 電壓互感器計算依據(jù)是： （ 1） 額定一次電壓 （ 2） 額定二次電壓 （ 3） 剩余電壓繞組（如果有）額定電壓 （ 4） 二次繞組準確級及額定電壓，極限輸出 （ 5） 剩余電壓繞組（如果有）準確級及額定電壓 （ 6） 額定頻率 （ 7） 絕緣水平 鐵心設計計算 鐵心額定磁通密度選擇 額定磁通密度是一個選擇性很強的基本設計參數(shù)。不同的電壓互感器其額定磁通密度值差別很大。選擇合適的額定磁通密度是產(chǎn)品設計中必須首先解決的問題之一，額定磁通密度與互感器誤差及過勵磁特性直接有關，其數(shù)值選取分析如下。 (1)單相及三相不接地電壓互感器通常用于測量過壓、壓保護，當系統(tǒng)發(fā)生故障時并不改變互感器相間電壓或線端與中心點的電壓。因此這兩種電壓互感器并不承受系統(tǒng)故障所引起的工頻電壓升高。它們可能承受的最大工頻電壓升高幅度一般不超過 倍額定電壓，是指發(fā)電機突然甩負荷而引起的飛轉(zhuǎn)，長線電容效應等所引起的工頻 電壓升高。此時如果鐵心過飽和，二次繞組感應電勢中將含有較大的三次諧波分量，電壓波形失真。這種電壓互感器選擇磁通密度時需滿足以下兩點要求 ① 電壓互感器在兩個極限電壓空載誤差的差值不應過大。 ② 系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應過飽和。這種電壓互感 選取額定磁通密度應不大于 。 (2)供中性點有效接地系統(tǒng)使用的單相接地電壓互感器，主要用于測量及單相接地?；ジ衅饕淮卫@組連接在相與地間，它除了承受幅度一般不超過 倍額定電壓的工頻電壓升高外，還要承受接地短路引起的工頻過電壓，其幅度一般不超過 倍額定 電壓。兩種過電壓都是瞬時的，選擇這種互感器額定磁通密度時，需滿足以下三點要求。 ① 測量用繞組在兩個極限電壓下空載誤差的差值不應過大。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 12 ② 系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應過飽和。 ③ 系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，互感器鐵心不應過飽和。 三點要求中起決定性作用的是 c 點。這種電壓互感器選取額定磁通密度時應不大于 1T。 (3)供中性點非有效接地系統(tǒng)使用的單相電壓互感器和三相電壓感器，它們所承受的過電壓也有兩種 。 倍額定電壓的工頻電壓升高和單相接地短路引起的工頻過電壓，其幅度一般不超過 倍額定電壓。前一種過電 壓是瞬時的，而后一種過電壓可持續(xù)數(shù)小時。另外，中性點非有效接地系統(tǒng)中互感器可能引起并聯(lián)鐵磁諧振，僅以鐵磁諧振要求，鐵心額定磁通密度愈小愈好。 選取這種電壓互感器額定磁通密度時，需滿足以下四點要求。 ① 測量用繞組在兩個極限電壓下空載誤差的差值不應過大。 ② 系統(tǒng)出現(xiàn)工頻電壓升高時，互感器鐵心不應過飽和。 ③ 系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，互感器鐵心不應過飽和。 ④ 互感器具有良好的過勵磁特性，以盡量防止并聯(lián)鐵磁諧振發(fā)生。 四點要求中起決定性作用的是 c、 d 兩點，這種電壓互感器選取的額定磁通密度應大于 。必須指出，三相 鐵心不對稱，三相勵磁特性不相同，這對防止鐵磁諧振不利。為此，三相磁路不對稱的三相接地電壓互感器，額定磁通密度還應適當降低，選取應不大于 。 鐵心截面確定 按磁通密度確定鐵心截面 根據(jù)選定的磁通密度，初步計算電壓互感器鐵心直徑確定的原理和方法與變壓器相似。為了出所需要的心柱及鐵軛的截面積。為了確定鐵心 D 必須選取合適的磁通密度 BN 與每匝電勢 et。 心柱截面積： ctc fBeA 10 4?? （ ） FCNiKB eD ? （ ） 鐵軛截面積： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 13 yty fBeA 10 4?? （ ） 如 : ??D= 式中 et 繞組的每匝電壓， V/匝 ， 取 D=115mm(標準直徑 ) et每匝電壓， V f 額定頻率， HZ NB 額定磁通密度， T BC 鐵心柱磁通密度， T FCK 心柱空間利用系數(shù) By 鐵軛磁通密度， T (經(jīng)驗值取 ) 疊片鐵心的心柱疊裝成呈外接圓型的多級形狀，級數(shù)愈多，心柱填充繞線筒內(nèi)孔空間的填充系數(shù)愈大，填充系數(shù) α=外接圓面積 /鐵心柱截面積。用積分方法計算出不同級數(shù)時，填充系數(shù)最大時的各級鐵心片寬。為了便于生產(chǎn)管理，硅鋼片合理剪裁，使鐵心片寬標準化，片寬取整數(shù)且為 5mm 進級， 如片寬為 2 3 40mm 等等。計算出的片寬大多數(shù)不是標準值，此時應取與其數(shù)值相近的標準片寬，每級厚度也應盡量取成整數(shù)。根據(jù)確定的尺寸計算鐵心柱的有效截面積?！驳谝患墸ê穸?片寬）＋第二級（厚度 片寬）＋第三級（厚度 片寬級）＋第四級 …… 〕疊片系數(shù)。 疊片系數(shù)是鐵心柱或鐵軛有效截面積與其幾何截面積的比值。硅鋼片厚度一定時，疊片系數(shù)與鐵心疊片的波浪度，絕緣厚度與鐵心夾緊程度有關。對于 厚冷軋硅鋼片疊片系數(shù)為 ～ ， 對于 厚熱軋硅鋼片疊片系數(shù)為～ 。 矩形卷鐵心， “c”型鐵心及疊片鐵心的鐵軛多為矩形截面，其有效截面為：鐵心片寬 鐵心厚度 疊片系數(shù)，鐵心片寬應取標準尺寸。 根據(jù)需要的 AC 和 Ay， 選取心柱及鐵軛標準尺寸。如果 AC、 Ay 與標準尺寸的截面積有差別，應調(diào)整 BC、 By 使二著截面積相同，但標準尺寸的截面積應不小于 AC、 Ay。 通常 Ay 應大于 AC5%～ 10%。 鐵芯尺寸確定 根據(jù)繞組的高度、直徑，繞組到鐵心各部分的絕緣距離以及繞組之間的絕緣距離，來確定鐵心總的尺寸。確定鐵心尺寸還應考慮油箱形狀及產(chǎn)品選型的要求。 鐵心柱及鐵軛磁密的確定：對單相雙柱鐵心和三相三 柱鐵心（忽略三相磁路不對稱的影響。） 心柱磁密 （ T） 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 14 ctc fAeB ?2 10 4?? （ ） 鐵軛磁密 （ T） Be = AC BC/Ae （ ） 單相單柱帶雙旁軛鐵心，鐵軛截面積按心柱的 1/2 再適當放大；而三相三柱帶雙旁軛鐵心，鐵軛截面則按心柱截面的 1/3 再作適當放大。 鐵心重量計算 (1)單相雙柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=2HAC g? 103 （ ） 鐵軛重量： Gy=2MOAy g? 103+2HyAC g? 103 () 鐵心重量： G= Gc+Gy , kg 式中 g? 硅鋼片比重， g/cm3 (2) 單相三柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=HAC g? 103 () 鐵軛重量： Gy=(MB+H+2Hy)Ay g? 103 () 鐵心重量： G= Gc+Gy , kg 式中 g? 硅鋼片比重， g/cm3 (3) 三相三柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=HAC g? 103 () 鐵軛重量： Gy=2MOAy g? 103+HyAC g? 103 () 鐵心重量： G= 3Gc+2Gy , kg 式中 g? 硅鋼片比重， g/cm3 (4) 三相五柱鐵心 其重量計算如下： 鐵心柱重量： Gc=2HAC g? 103 () 主鐵軛重量： Gy=2MOAy g? 103 () 旁鐵軛重量： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 15 Gb=(2MOb+H+Hb)Ab g? 103 () 鐵心重量： G= 3Gc+2Gy+2Gb () 繞組設計計算 一次繞組 (1) 匝數(shù)確定 首先需要選取合理的每匝電壓 et。 et 值直接影響產(chǎn)品的誤差性能和經(jīng)濟指標。在確定磁通密度已經(jīng)確定的情況下， et 值愈大鐵心愈大，硅鋼片用量多，空載誤差大， et 值愈小繞組匝數(shù)愈多，導線用量多，繞組阻抗壓降大，誤差大。用多方案計算比較，以求得到最 佳每匝電壓值。選擇 et 值還應使二次繞組為整數(shù)匝，剩余電壓繞組、保護繞組和其它二次繞組亦應盡量為整數(shù)匝，以減少因非整數(shù)匝所造成的誤差。一次繞組額定匝數(shù)計算公式為 N1n=U1n/et 匝。在選擇每匝電壓時，要特別注意使輸出側(cè)的二次繞組和三次繞組的匝數(shù)都接近整數(shù)匝，以減少匝數(shù)比的誤差。在輸出容量和準確定給定（約束條件）時，最佳變量的組合可獲得成本最低和重量最輕的最優(yōu)方案；而在幾何尺寸和準確度給定時，則可獲得輸出容量最大的最佳方案。 (2) 導線選擇 電壓互感器一次繞組采用漆包圓銅線，因額定負荷及極限輸出都很小，不 能完全根據(jù)溫升限值選擇導 尺寸。應著重考慮導線的機械強度和短路電流。一般導線直徑不小于 過細繞線時容易拉斷，或在繞線過程線徑變細而影響產(chǎn)品性能。如果有性能良好的繞線設備，也可以選擇線徑更小的導線，但在二次短路時銅導線的電流密度不應大于 160/： S1=πr12,mm2 r1—導線半徑 , mm. (3) 一次繞組設計與絕緣計算 電壓互感器大都采用多層同心圓筒式繞組。根據(jù)造型需要，一次繞組可以布置成軸向尺寸大于徑向尺寸，也可以使徑向尺寸大于軸向尺寸。徑向尺寸大的繞組其導線電阻及 漏電抗較大。為了增加繞組至主鐵軛的距離，一次繞組也可布置成截面為寶塔形狀。總之，需要綜合考慮各種因素而設計繞組形狀。 計算多層同心圓筒繞組尺寸，首先選定每層線匝數(shù)，再計算導線層數(shù)及層間絕緣，最后計算繞組軸向和徑向尺寸。調(diào)整每層匝數(shù)，改變繞組軸向和徑向尺寸，直到滿足要求為止。 設計一次繞組應進行下列計算： 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 16 ① 線層高度計算 一次繞組加靜電屏補償后，一般情況下 ， 2 型縮醛漆包線和 QZ2 型聚酯漆包線可以滿足各種電壓互感器一、二次繞組匝間絕緣的要求。有時二次繞組及剩余電壓繞組采用截面大的紙包線，紙包線的絕緣厚 度 δ 為 、 、 、 mm等。根據(jù)繞組匝間絕緣要求選用不同的紙層厚度。如果繞組直徑很大或漆包線針孔較多，還應在漆包線外增加絲包絕緣層或紗包絕緣層。每層導線高度 = 導線絕緣直徑 （每層匝數(shù) +1） 脹包系數(shù) 。式中的脹包系數(shù)與導線的絕緣直徑有關， 及以下導線脹包系數(shù)為 ～ ， 以上導線脹包系數(shù)為 ～ 。對于澆注互感器及干式互感器，線層高度應盡可能小，樹脂或絕緣漆容易充滿繞組線層之間。 ① 層間絕緣厚度計算 首先需確定產(chǎn)品安全運行所允許的層間絕緣平均電場強 度 。一次繞組加靜電補償后 ,經(jīng)實驗驗證，在工頻試驗電壓下，油紙絕緣層間平均電場強度推薦選用 6～,中壓互感器取較小值，高壓互感器取較大值；漆紙絕緣層間平均電場強度推薦選用 3KV/mm，紙、聚脂薄膜、樹脂絕緣的層間平均電場強度推薦選用 ～4KV/mm。層間絕緣厚度 =層間電壓 /允許平均電場強度， 式中層間電壓 =