一種新型的電子式零序電壓互感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種新型的電子式零序電壓互感器，包括電子式相序電壓互感器，電子式相序電壓互感器包括二次電壓互感器T1、高壓電阻R1、高壓電阻R2和電阻D1；高壓電阻R2、電阻D1和二次電壓互感器T1的原邊并聯(lián)；高壓電阻R2的一端與高壓電阻R1連接，另一端接地；三個電子式相序電壓互感器的副邊串聯(lián)，每個電子式相序電壓互感器的副邊的輸出端均并聯(lián)有電阻R3。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)電子式電壓互感器原邊、副邊的電氣隔離，確保人體和設(shè)備安全；實(shí)現(xiàn)電子式電壓互感器原邊、副邊信號的不失真?zhèn)魉?；采用電流信號進(jìn)行傳輸，更能適應(yīng)電磁干擾環(huán)境，實(shí)現(xiàn)副邊信號遠(yuǎn)距離傳送；安裝方便。
【專利說明】一種新型的電子式零序電壓互感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電壓互感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型的電子式零序電壓互感器。

【背景技術(shù)】
[0002]電磁式零序電壓互感器是目前最常用的零序電壓互感器，其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)包括鐵心、原邊繞組和副邊繞組。以1kV零序電壓互感器為例，原邊三相繞組為星形(Y形)，中性點(diǎn)接地，副邊繞組為開口三角形(開口 Λ形)，開口電壓即為零序電壓。實(shí)際應(yīng)用時，一般做成三相五柱式電壓互感器，同時輸出零序電壓UO和UA、UB、UC三個相電壓，也可以輸出UAB、UBC、UCA三個線電壓。正常運(yùn)行時，電力系統(tǒng)的三相電壓對稱，開口三角輸出的零序電壓趨近于零；一旦發(fā)生單相接地時，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移，開口三角零序電壓抬高，說明系統(tǒng)發(fā)生單相接地。
[0003]電磁式電壓互感器的缺點(diǎn):
[0004]1.阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，零序電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊二次電壓回路有一相須可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設(shè)備事故。
[0005]2.存在鐵心飽和諧振過電壓問題。由于我國1kV配電網(wǎng)主要是中性點(diǎn)不接地(或經(jīng)消弧線圈接地)系統(tǒng)，除了變電站母線上安裝一臺三相五柱式電磁式電壓互感器(原邊繞組中性點(diǎn)接地)，一般不允許在配電線路上大量安裝中性點(diǎn)接地的電磁式電壓互感器，以避免因多個中性點(diǎn)接地而引起線路諧振過電壓事故。
[0006]3.現(xiàn)場應(yīng)用問題。在實(shí)際應(yīng)用時，線路開關(guān)配套的饋線終端單元(FTU)、開閉所終端單元(DTU)、故障電流指示裝置(FCI)等故障檢測裝置只能通過零序電流互感器的電流大小來判斷接地故障，測量不到零序電壓，計(jì)算不出零序電流的方向，容易誤報警或漏報警，準(zhǔn)確性不高。
[0007]電容或電阻分壓式零序電壓互感器是近幾年發(fā)展起來的一種電子式零序電壓互感器，在某些場合用于替代傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器。與電磁式電壓互感器相比，電子式零序電壓互感器的特點(diǎn)是阻抗高，不容易發(fā)生短路故障和諧振過電壓，對電力系統(tǒng)影響小，體積小、重量輕，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性更好。
[0008]電子式零序電壓互感器的原理是:原邊三相A、B、C分別串聯(lián)相同阻抗的高壓電容或電阻進(jìn)行限流，然后將電容或電阻的另一端短接在一起，組成一個“中性點(diǎn)”，該“中性點(diǎn)”對地位移電壓就等于線路零序電壓的負(fù)1/3倍。該“中性點(diǎn)”再通過兩個高壓電容或電阻串聯(lián)接地，通過電容或電阻分壓，輸出正比于零序電壓的電壓信號，供電子裝置測量采樣。
[0009]電容或電阻分壓式零序電壓互感器的缺點(diǎn)是:
[0010]1.雖然在信號輸出端加了過電壓保護(hù)措施，但是原副邊共地，電氣上沒有隔離，存在很大安全隱患。
[0011]2.中性點(diǎn)對地電壓還要經(jīng)過高壓電阻限流、分壓才能獲得零序電壓信號，因高壓電容或電阻的阻抗高、誤差大，電壓信號的測量誤差會進(jìn)一步增大，實(shí)際使用效果不太好。
[0012]3.因使用較多的高壓電容或電阻，該類電子式零序電壓互感器的體積、重量、成本將會增加，現(xiàn)場安裝不便。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有的電子式零序電壓互感器存在的如下問題:原副邊共地存在安全隱患，電壓信號的測量誤差大。
[0014]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]一種新型的電子式零序電壓互感器，包括電子式相序電壓互感器，電子式相序電壓互感器包括二次電壓互感器Tl、高壓電阻R1、高壓電阻R2和電阻Dl ;高壓電阻R2、電阻Dl和二次電壓互感器Tl的原邊并聯(lián)；高壓電阻R2的一端與高壓電阻Rl連接，另一端接地；三個電子式相序電壓互感器的副邊串聯(lián)，每個電子式相序電壓互感器的副邊的輸出端均并聯(lián)有電阻R3。
[0016]在優(yōu)選的方案中，電阻Dl是氧化鋅壓敏電阻。
[0017]在優(yōu)選的方案中，高壓電阻Rl為50ΜΩ/5(Μ的玻璃釉高壓電阻。
[0018]在優(yōu)選的方案中，高壓電阻R2為200k Ω/IW的金屬膜電阻。
[0019]在優(yōu)選的方案中，電阻R3為lkQ/0.25W的金屬膜電阻。
[0020]本發(fā)明實(shí)用新型的有益效果如下:
[0021]1.安全性更高
[0022]利用二次電壓互感器的高絕緣性能，實(shí)現(xiàn)電子式電壓互感器原邊、副邊的電氣隔離，確保人體和設(shè)備安全。
[0023]2.信號輸出精度更高
[0024]利用二次電壓互感器的高導(dǎo)磁性能，實(shí)現(xiàn)電子式電壓互感器原邊、副邊的信號的不失真?zhèn)魉汀?br> [0025]3、信號傳輸距離更遠(yuǎn)
[0026]利用二次電壓互感器的電壓-電流變換功能，采用電流信號進(jìn)行傳輸，更能適應(yīng)電磁干擾環(huán)境，實(shí)現(xiàn)電子式電壓互感器副邊信號的遠(yuǎn)距離傳送。
[0027]4、安裝更方便
[0028]本實(shí)用新型技術(shù)方案的電子式零序電壓互感器由三個獨(dú)立的電子式相序電壓互感器組成，而相序電壓互感器可以單獨(dú)安裝，二次零序電壓信號由測量裝置在線路板上合成。
[0029]5、性價比更高
[0030]基于本實(shí)用新型技術(shù)方案而研制的產(chǎn)品，體積小，重量輕，成本低，安裝、維護(hù)成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本實(shí)用新型電子式相序電壓互感器的電路圖；
[0033]圖2為本實(shí)用新型電子式零序電壓互感器的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0035]如圖1所示電子式相序電壓互感器的電路圖，本實(shí)施例的一種電子式相序電壓互感器，包括二次電壓互感器Tl、高壓電阻R1、高壓電阻R2和電阻Dl，高壓電阻R2、電阻Dl和二次電壓互感器Tl的原邊并聯(lián)；高壓電阻R2的一端與高壓電阻Rl連接，另一端接地。
[0036]如圖2所示電子式零序電壓互感器的電路圖，三個圖1所示電子式相序電壓互感器的副邊串聯(lián)，每個電子式相序電壓互感器的副邊的輸出端并聯(lián)有電阻R3。
[0037]本實(shí)施例案擬采用二次電壓互感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子式零序電壓互感器的原邊、副邊電氣隔離，確保人身和設(shè)備安全。二次電壓互感器采用絕緣性能非常高的非晶合金材料，在非晶合金材料的導(dǎo)磁環(huán)上分別繞兩個相同匝數(shù)比的線圈，二次電壓互感器在環(huán)氧樹脂灌封后的兩個線圈之間的耐壓可以達(dá)到1kV以上，從可以實(shí)現(xiàn)電子式零序電壓互感器的電氣隔離，提高產(chǎn)品使用的安全性。
[0038]另外，本實(shí)施例的技術(shù)方案利用二次電壓互感器技術(shù)來提高電子式零序電壓互感器的信號測量精度。非晶合金材料的導(dǎo)磁性能非常好可作為鐵芯，本實(shí)施例中兩個線圈都繞2000匝，可以實(shí)現(xiàn)2mA以下電流信號的1:1不失真?zhèn)魉汀?br> [0039]圖1所示電子式相序電壓互感器的電路原理如下:
[0040]1.電路原理說明
[0041](I)電阻R1、R2是高壓電阻，Rl和R2串聯(lián)；電阻Dl是氧化鋅壓敏電阻，Tl是二次電壓互感器(PT)，電阻R2、DU Tl原邊并聯(lián)。Ul是電阻Rl高壓側(cè)對地電壓，U2是Tl原邊線圈兩端電壓，Il是Tl副邊線圈輸出電流。
[0042](2)電阻Rl的作用主要是降壓、限流，將高電壓信號Ul轉(zhuǎn)換為大小為U1/R1小電流信號；電阻R2的作用是電壓鉗位，在雷電浪涌沖擊時能快速鉗位住電壓，防止尖峰過電壓擊穿二次PT線圈，確保到二次側(cè)設(shè)備和人身安全。
[0043]電阻Rl選用50ΜΩ/5(Μ、1%或2%精度的玻璃釉高壓電阻，電阻長度為130mm，直徑為18mm，兩端管腳帶引線。線路正常運(yùn)行時的電阻電流為0.12mA，對應(yīng)各相的相電壓為6kV (峰峰值為8kV)，電阻功耗為0.8W ;單相接地以后各相的電阻電流為O?0.2mA，對應(yīng)各相的相電壓為O?1kV (峰峰值為14kV)，電阻功耗O?2W。
[0044]電阻R2選用200kQ/lW、l%精度的金屬膜電阻，電阻長度11mm、直徑4mm。線路正常運(yùn)行時，則R2上的壓降低于24V(峰峰值為34V)，電阻功耗小于0.008W。單相接地以后，R2電阻壓降在O?42V(峰峰值為58V)之間，電阻功耗為O?0.04W。
[0045]電壓U2和電流11計(jì)算方法如下:
[0046]當(dāng)Tl 原邊意外開路時，U2 = [R2/(R1+R2)] XU1。已知 Ul = 6kV，R2 = 50MΩ，Rl=200k Ω，此時 U2 = 24Vο
[0047]當(dāng)Tl原邊回路正常時，因Tl原邊內(nèi)阻小于200 Ω，Tl與R2 (R2 = 200k Ω )并聯(lián)以后的電阻(設(shè)為R0)會小于200Ω，此時U2 = [R0/(R1+R0)] XUl ^ 0V。
[0048]當(dāng)Tl原邊回路正常、副邊接100?1000 Ω電阻時，Tl副邊電流Il ^ U1/R1。
[0049](3)電阻Dl的作用是工頻耐壓或慢速過電壓保護(hù)。電阻Dl和Rl共同組成過電壓保護(hù)電路。
[0050]電阻Dl的耐壓參數(shù)主要由線路正常運(yùn)行時二次PT原邊電壓U2可能出現(xiàn)的最大值決定，當(dāng)Tl原邊開路時，U2為最大值24V (峰峰值為34V)。本實(shí)施例選用5kA/100V氧化鋅壓敏電阻，壓敏電阻直徑為14mm。其特點(diǎn)是工頻過電壓保護(hù)效果好，不會將有用的信號短路。
[0051](4) Tl選用優(yōu)質(zhì)非晶合金材料磁環(huán)，在磁環(huán)上分別用0.1mm線徑的漆包線繞兩個2000匝線圈，兩個線圈分別為原邊和副邊，原邊、副邊線圈距離20mm以上，用環(huán)氧樹脂澆注以后的工頻耐壓在1kV以上。
[0052]2.制作過程注意事項(xiàng)
[0053](I)各元件Rl、R2、D1、T1管腳之間的焊接要牢靠，不能開路和短路。
[0054](2)注意二次電壓互感器Tl原邊、副邊的同名端標(biāo)識，不要焊反。
[0055](3)接好地線，高壓端對大地、高壓端對信號地應(yīng)通過42kV工頻耐壓試驗(yàn)。
[0056]圖2所示三相電子式零序電壓互感器的電路原理如下:
[0057]利用以上電路原理制作三個電子式相序電壓互感器，分別在A、B、C三相的電子式相序電壓互感器的信號輸出端并聯(lián)一個相同阻值的取樣電阻R3，然后將三個R3電阻串聯(lián)，可求解得知串聯(lián)電阻的兩端電壓正比于零序電壓。求解過程如下:
[0058]設(shè)系統(tǒng)零序電壓為?ο (矢量)，α相電壓為Oa (矢量)，β相電壓為Ob (矢量)，c相電壓為(Ic (矢量)，則按照零序電壓的定義，
[0059]Co=Ca+Cb+0b
[0060]其中，(]A=ilAXRl ( --為A相電子式電壓互感器原理圖(圖1)中Il的矢量表達(dá))
[0061]CB=HBXRl (?1為B相電子式電壓互感器原理圖(圖1)中Il的矢量表達(dá))
[0062]Cc=ilCXRl (--為C相電子式電壓互感器原理圖(圖1)中Il的矢量表達(dá))
[0063]貝Ij
?θ=?Α+?；Β+?Β=? IA X RI +? IB X RI +? IC X Rl=〔i I Α+? ΙΒ+? IC) X RI (I)
[0064]另外，設(shè)A、B、C三相電子式電壓互感器的信號輸出端接電阻R3以后的電壓分別是i)R3A、0R3B、i)R3C，再設(shè)三個R3電阻串聯(lián)以后電阻兩端輸出電壓為(]R30，則
[0065]可求得i]R30=i)R3A+i]R3B+ijR3C
[0066]其中，CR3Α=?.1A X R3
[0067] ]':R3B='ilBXR3
[0068]
UR3C=:1lCXR3
[0069]
0R3O=ilR3A+ilR3B+UR3B=i IA X R3+ilB X R3+'ilC X R3=('ilA+'ilB+'ilC)XR3 (2)
[0070]將(?1Α+? ΙΒ+? IC)= CR30/R3 代入(I)式，可求得:
[0071]
?0=(? I Α+i 1Β+? IC) X RI =L:R30/R3 X RI(3)
[0072]R3選用lkQ、l/4W、l%精度的金屬膜電阻。1kV線路正常運(yùn)行時，相電壓為6kV左右(有效值)，A、B、C三相電子式零序電壓互感器的電阻R3兩端電壓0.12V左右(有效值)，三個電阻R3串聯(lián)以后的兩端電壓趨近于0V。單相接地以后，接地相上的電子式電壓互感器R3電阻兩端電壓趨近于0V，非接地相上的電子式電壓互感器R3電阻兩端電壓趨近于0.2V，三個R3電阻串聯(lián)以后的兩端電壓趨近于0.12V。
[0073]基于本實(shí)用新型構(gòu)思的電子式零序電壓互感器具有良好的線性度，能夠滿足3%的保護(hù)精度和故障檢測要求，將會在配電網(wǎng)逐步替代傳統(tǒng)的電磁式零序電壓互感器和不帶電氣隔離的電子式電壓互感器。如果要求該產(chǎn)品達(dá)到1%或0.5%的測量精度，則必須采用硬件或軟件誤差補(bǔ)償方法，具體實(shí)現(xiàn)方法不是本實(shí)用新型保護(hù)范疇。
[0074]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型的電子式零序電壓互感器，包括電子式相序電壓互感器，其特征在于:電子式相序電壓互感器包括二次電壓互感器Tl、高壓電阻R1、高壓電阻R2和電阻Dl ;高壓電阻R2、電阻Dl和二次電壓互感器Tl的原邊并聯(lián)；高壓電阻R2的一端與高壓電阻Rl連接，另一端接地；三個電子式相序電壓互感器的副邊串聯(lián)，每個電子式相序電壓互感器的副邊的輸出端均并聯(lián)有電阻R3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的電子式零序電壓互感器，其特征在于:電阻Dl是氧化鋅壓敏電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的電子式零序電壓互感器，其特征在于:高壓電阻Rl為50ΜΩ/5(Μ的玻璃釉高壓電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的電子式零序電壓互感器，其特征在于:高壓電阻R2為200k Ω/IW的金屬膜電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的電子式零序電壓互感器，其特征在于:電阻R3為lkQ/0.25W的金屬膜電阻。
【文檔編號】H01F27/40GK204011033SQ201420372447
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】張忠華 申請人:北京藍(lán)派克電力科技有限公司