三相五柱式電壓互感器接線圖
什么是三相五柱式電壓互感器？
一般變壓器都是三相三柱式，也就是三相繞組別個(gè)繞制在一個(gè)鐵芯柱上，三根柱上下用鐵鄂連接起來。三相三柱式變壓器中，沒有給零序磁場留出通道，所以零序磁通只能通過空氣隙到外殼后回來，形成零序磁通回路，因此這種變壓器的零序阻抗都比較大。
所謂三相五柱變壓器，就是除了上述三相繞組有三根鐵芯柱以外，兩側(cè)還有兩根空余沒有繞組的鐵芯柱，五根鐵芯柱的上下都用鐵鄂連接起來。這樣，零序磁通就通過外面兩根鐵芯柱與上下鐵鄂形成了流通回路。這樣的變壓器零序阻抗很小。一般來講，用于實(shí)驗(yàn)室和有特殊要求的地方比較多。當(dāng)然，如果電網(wǎng)都采用這種變壓器，可以減少很多零序損耗。
三相五柱式電壓互感器是在三柱鐵芯的兩側(cè)各增加一個(gè)鐵芯柱，作為零序磁通的閉合磁路。正因?yàn)檫@種電壓互感器使零序磁通有了閉合磁路，就可以增加一組二次繞組，組成開口三角以獲得零序電壓。
三相五柱式電壓互感器的五柱式哪五柱？
三相五柱式互感器是用于高壓的電壓互感器，里面有三組線圈，高壓有一組，三個(gè)接線柱，低壓有兩組，一組為低壓電壓輸出，有三個(gè)接線柱，另一組為開口三角形接法，首尾相連，留出兩個(gè)端，主要用于單相接地或者斷線檢測用。所以共有五個(gè)接線柱。
三相五柱式互感器的接線原理
電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓對稱，開口三角繞組引出端子上的電壓Ua1，x1為三相二次電壓之相量和，其值為零，但實(shí)際上因漏磁等因素的影響，Ua1，x1一般不為零，而有幾伏的不平衡電壓。
當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電壓互感器一次側(cè)的零序電壓也感應(yīng)到二次側(cè)，因三相零序電壓大小相等、相位相同，故開口三角繞組輸出的電壓Ua1，x1＝3U0/Kμ（Kμ為電壓互感器變比）。
1）把這種接線用于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，在電網(wǎng)發(fā)生單相（如A相）接地故障時(shí)，開口三角繞組兩端的3倍零序電壓Ua1，x1為3倍相電壓。為使此時(shí)的Ua1，x1＝100V，開口三角繞組每相的電壓為100/3V。因此，電壓互感器的變比為（UN/√3）/（100/√3）/（100/3）V（UN為一次系統(tǒng)的額定電壓）。
2）把這種接線用于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，在電網(wǎng)發(fā)生單相（如A相）接地故障時(shí)，故障相A相的電壓為零，非故障相B、C相的電壓大小和相位均與故障前的相同，開口三角繞組兩端的3倍零序電壓Ua1，x1為相電壓。為使此時(shí)的Ua1，x1＝100V，故電壓互感器的變比為（UN/√3）/（100/√3）/（100）V。
三相五柱式互感器的接線方式
電壓互感器二次繞組接地方式與保護(hù)、測量表計(jì)及同步電壓回路有關(guān)，有b相接地和中性點(diǎn)接地兩種方式，其接線方式見圖1、2。
1.1電壓互感器二次繞組兩種接地方式的比較
1.1.1在同步回路中在b相接地系統(tǒng)中，對中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)，中性點(diǎn)位移，不能用相電壓同步，必須用線電壓同步。如同步點(diǎn)兩側(cè)均為b相接地，其中一相公用，同步開關(guān)檔數(shù)減少(如采用綜保，則接線更為簡單)，同步接線簡單。對中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，可用輔助二次繞組的相電壓同步。
1.1.2在保護(hù)回路中
在b相接地系統(tǒng)中，①在零線上串接的隔離開關(guān)輔助觸點(diǎn)G，如不可靠而斷開時(shí)，會(huì)使10kV以上電壓距離保護(hù)斷線閉鎖裝置失去作用，這時(shí)若再發(fā)生一相或兩相斷線，將導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。②因?yàn)檩o助繞組的一端與b相接地點(diǎn)相連，由于基本二次側(cè)繞組上有負(fù)荷電流流過，在電纜芯出上產(chǎn)生電壓降，使正常開口三角形有電壓3U0，對零序方向元件不利。若單獨(dú)從接地點(diǎn)引接零序方向繼電器回路，則接線較為復(fù)雜。
在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)無任何斷開觸點(diǎn)，可靠性高。因中性點(diǎn)沒有電流通過，無電壓降，對保護(hù)無影響。
1.1.3在測量表計(jì)回路中
在b相接地系統(tǒng)中，①因大多數(shù)表計(jì)均接線電壓，其中b相接地公用，引線方便。②對只需接線電壓的回路，可用V-V接線電壓互感器。
在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，表計(jì)均需三相分別接入，引線較為復(fù)雜。
1.1.4在電壓互感器二次接線上
在b相接地系統(tǒng)中，①中性點(diǎn)需裝設(shè)擊穿保險(xiǎn)器，增加了部件，正常時(shí)如擊穿保險(xiǎn)器擊穿接地，將使b相繞組短路。②當(dāng)A、C兩相中任一相發(fā)生接地時(shí)，即構(gòu)成二次繞組兩相短路，兩相熔斷器熔斷。
在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，無b相接地的相應(yīng)問題，接線較簡單。
據(jù)上分析，對于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，因一般不裝設(shè)距離和零序方向保護(hù)，b相接地對保護(hù)影響極小，而對同步回路有利，故電壓互感器二次側(cè)采用b相接地方式較為理想。而對于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，保護(hù)要求嚴(yán)格，中性點(diǎn)接地有利于提高保護(hù)的可靠性，同步回路可用輔助繞組的相電壓，故電壓互感器二次繞組采用中性點(diǎn)接地方式較為優(yōu)越[1]。
1.2接地原因
1.2.1電壓互感器二次側(cè)須接地的原因
在運(yùn)行中，電壓互感器的一次側(cè)線圈處在高壓系統(tǒng)之中，而其二次側(cè)線圈則為一固定的低電壓(如電壓互感器一次線圈電壓為10KV時(shí)，則其二次側(cè)固定為100V)。二次側(cè)線圈所接入的各種儀表和繼電器的絕緣等級低，并且經(jīng)常與人員接觸，如果電壓互感器的一、二次線圈之間的絕緣被擊穿，一次側(cè)的高壓將直接加到二次側(cè)線圈上，極易危及人身和設(shè)備安全。故為了提高安全性，電壓互感器二次側(cè)必須接地。
1.2.2JB接地
圖1中，當(dāng)電壓互感器通過b相接地時(shí)，其中性點(diǎn)處還需要通過JB接地的原因分析如下。
由于電壓互感器二次側(cè)通過b相接地，其只是為各種表計(jì)和繼電器提供所需電壓，不能保證當(dāng)一次電壓串入二次回路時(shí)的安全，所以其二次側(cè)線圈的中性點(diǎn)也必須接地。但是，其中性點(diǎn)如果直接接地，b相線圈將通過大地短接，這樣會(huì)燒壞線圈，這是不允許的。所以電壓互感器二次側(cè)中性點(diǎn)通過一個(gè)JB(放電間隙)接地。正常運(yùn)行時(shí)JB不導(dǎo)通;當(dāng)有高壓進(jìn)入二次側(cè)時(shí)，JB擊穿使電壓互感器二次通過中性點(diǎn)接地，達(dá)到保護(hù)人身和設(shè)備安全的目的。(因b相接地點(diǎn)在保險(xiǎn)之后，故即使b相和中性點(diǎn)形成接地短路，也只會(huì)使保險(xiǎn)熔斷，不會(huì)燒壞線圈)。
2、電壓互感器二次側(cè)保險(xiǎn)的工作原理
2.1二次側(cè)無保險(xiǎn)工作分析
①在圖1中，如果JB在工作狀態(tài)下因其它原因擊穿，則電壓互感器b相繞組將被短接，b相繞組將被燒壞。
?、诋?dāng)A、C兩相任一相有過載時(shí)，將造成電壓互感器繞組燒壞。當(dāng)A、B、C三相繞組內(nèi)部有故障時(shí)，將引起保護(hù)誤動(dòng)作。
③在圖2中，當(dāng)電壓互感器二次側(cè)A、B、C三相中的任一相出口處有接地發(fā)生時(shí)，均會(huì)造成電壓互感器繞組短路運(yùn)行而燒壞。
④當(dāng)電壓互感器二次側(cè)A、B、C三相中的任一相發(fā)生過載時(shí)，也有可能燒壞繞組，引起保護(hù)誤動(dòng)作。
在上述工作狀態(tài)下，電壓互感器二次側(cè)A、B、C三相出口處，都需加裝二次側(cè)保險(xiǎn)。
2.2不加保險(xiǎn)(熔斷器)的情況
?、僭诙蝹?cè)開口三角的出線上一般不裝熔斷器。因?yàn)樵谡＿\(yùn)行時(shí)開口端無電壓，無法監(jiān)視熔斷器的接觸情況。一旦熔斷器接觸不良，則系統(tǒng)接地時(shí)不能發(fā)出接地信號。但是，供零序過電壓保護(hù)用的開口三角出線例外。
?、谥行跃€上不裝熔斷器，目的是因?yàn)橐坏┍ｋU(xiǎn)絲熔斷或接觸不良，就會(huì)使絕緣監(jiān)察電壓表失去指示故障的作用。
?、劢幼詣?dòng)電壓調(diào)整器的電壓互感器二次側(cè)不裝熔斷器，目的是為了防止熔斷器接觸不良或熔絲熔斷時(shí)電壓互感器誤動(dòng)作。
3、三相五柱式電壓互感器工作繞組的工作狀態(tài)分析
3.1正常時(shí)工作繞組的工作狀態(tài)
如圖3所示，由于三相五柱式電壓互感器為配合計(jì)量及保護(hù)裝置，其二次線電壓為恒定的100V。為配合絕緣監(jiān)察，其二次側(cè)對地電壓為100/V;100V/V、0V。所以根據(jù)圖3可得出，Ua、Ub、Uc三相相電壓為Ua=l00/V=Ub=Uc,線電壓為Uab=Uac=Ucb=100V。正常運(yùn)行時(shí)，Ua0=Ub0=Uc0電壓表指示相電壓(10kV系統(tǒng)為5.8kV)。
圖3
3.2故障時(shí)工作繞組的工作狀態(tài)
?、佼?dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時(shí)(如A相)，則該相對地電壓為O，即電壓瓦感器的A相一次線圈對地?zé)o電壓。接在二次和接地相對應(yīng)的絕緣監(jiān)察電壓表Ua=0，而其它兩相Ub、Uc的電壓升高到倍，即上升到線電壓(10KV系統(tǒng)為10KV)。此時(shí)工作線圈二次側(cè)對地電壓為Ua=0、Ub=0、Uc=100V。
?、诋?dāng)A相經(jīng)電弧或高電阻接地時(shí)，則Ua電壓指示低于相電壓，但未達(dá)到0。Uc、Ub指示高于相電壓，但未達(dá)到線電壓(當(dāng)b相接地時(shí)，Ub=O)。
4輔助繞組的工作狀態(tài)分析
輔助繞組，即開口三角形。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)三相電壓UA、UB、UC是對稱的，互感器二次線圈中的三個(gè)電壓Ua、Ub、Uc也對稱。故反應(yīng)在開口三角兩端的零序電壓為Ua+Ub+Uc=0，所以開口三角兩端的電壓為零。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如C相接地(見圖4)，顯然C相對地電壓Uc，加上中性點(diǎn)對C相端頭電壓-Uc，即UAd=UA+(-Uc)。同理，B
相對地電壓UBd=UB+(-Uc)，由于C相接地，電壓互感器一次側(cè)的C相線圈上無電壓。則UAd和UBd就是互感器一次側(cè)A相和B相的電壓。從向量圖中看出，加在互感器一次側(cè)的三相電壓出現(xiàn)了零序電壓，即UAd+UBd=3U0。此時(shí)UAd和UBd的大小都是相電壓的倍，即數(shù)值上等于線電壓，其合成電壓即為3倍的零序電壓。故在開口三角兩端也同時(shí)出現(xiàn)了3倍的零序電壓。在開口三角兩端接上絕緣監(jiān)察繼電器，一旦系統(tǒng)有單相接地發(fā)生，此絕緣監(jiān)察繼電器即報(bào)燈光、音響信號，告訴值班人員處理(一般此繼電器整定值為l5V或18V)。
