電壓互感器按構(gòu)成原理可分為電磁式和電容式兩類。

  電磁式電壓互感器的原理與一般變壓器類似，其等值電路參見圖3-1。

圖3-1  電磁式電壓互感器等值電路圖

電容式電壓互感器由C₁和C₂構(gòu)成的電容分壓器及電磁單元組成。電磁單元由中壓變壓器和電抗器組成。其接地回路通常還接有電力線載波耦合裝置，對于工頻載波裝置阻抗很小，但對于載波則呈現(xiàn)較高的阻抗。電容式電壓互感器接線見圖3-2，其等值電路參見圖3-3。

圖3-2  電容式電壓互感器接線圖

圖3-3  電容式電壓互感器的等值電路圖

    “高壓”電壓互感器指額定電壓為60、110、220、330、500、750、1000kV的產(chǎn)品。

電磁式電壓互感器原理：一次、二次線圈經(jīng)鐵芯電磁感應(yīng)，將高電壓變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓，供計量及保護(hù)用。

電磁式電壓互感器的準(zhǔn)確度不受外界因素（環(huán)境及運行溫度、電源頻率、環(huán)境污染）的影響；一次與二次變換是瞬間發(fā)生的，無暫態(tài)響應(yīng)問題（因電磁式電壓互感器是電抗元件，不是儲能元件）；但存在鐵磁諧振問題（電壓互感器的入端阻抗可能會因電網(wǎng)過電壓使其與電網(wǎng)容抗相等）問題。

  在電網(wǎng)的所有元件中，入端阻抗為容抗（X_C）的有：輸電線對地；耦合電容；少油斷路器斷口的并聯(lián)電容及電容式電壓互感器。入端阻抗為電抗（感抗X_L）的有：電磁式電壓互感器、變壓器及電抗器。當(dāng)電網(wǎng)正常操作（斷路器投切）出現(xiàn)的操作過電壓或大氣過電壓時，電網(wǎng)會因容抗與感抗相等會在某些元件中產(chǎn)生鐵磁諧振而燒毀。分析電網(wǎng)中呈現(xiàn)感抗的元件可見：變壓器和電抗器在工作電壓及過電壓時其產(chǎn)品處于鐵芯飽和狀態(tài)，產(chǎn)品的入端阻抗值在出現(xiàn)過電壓過程中是基本不變的，因此它不可能與電網(wǎng)中的容抗相等。而電磁式電壓互感器的工作磁密在拐點以下，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓過程中，電磁式電壓互感器的入端阻抗隨之變化，可能會與電網(wǎng)的容抗值相等發(fā)生鐵磁諧振燒毀電磁式電壓互感器。因此電磁式電壓互感器必須解決或避免鐵磁諧振問題，才能安全運行。

高壓電容式電壓互感器按電容分壓器與電磁單元組合方式，分為分裝式和疊裝式。

電容式電壓互感器是由電容分壓器和電磁單元（中間變壓器、電抗器、阻尼器等）構(gòu)成。由一節(jié)或多節(jié)耦合電容器組成的電容分壓器的高電壓中抽取一個中間電壓（通常為10～20kV）送入電磁單元，經(jīng)電磁變換將中間電壓降到多個標(biāo)準(zhǔn)低電壓，供計量和繼電保護(hù)用。

設(shè)計基本原理：電容分壓器的電抗與電磁單元的電抗處于（或接近）串聯(lián)諧振的狀態(tài)。其目的是：

（1）互感器的內(nèi)阻最小，補(bǔ)償了電容分壓器的容性阻抗，互感器的誤差（即二次輸出電壓）隨負(fù)載的變化也小，得到更高的準(zhǔn)確度。

（2）可借助于補(bǔ)償電抗器繞組和中間變壓器一次繞組上的若干調(diào)節(jié)抽頭，方便地調(diào)整電壓誤差和相位差，以達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。

（3）二次輸出的容量最大。

產(chǎn)品元件的功能：電容分壓器承受高壓并從電網(wǎng)抽取一個較低電壓；中間變壓器經(jīng)電磁變換成多個標(biāo)準(zhǔn)低電壓；補(bǔ)償電抗器是補(bǔ)償電容分壓器的容性阻抗，以盡量減小二次電壓隨負(fù)載的變化；阻尼器對電磁單元一次回路的鐵磁諧振 起阻尼作用。

表3-1  電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器的比較

（1） 額定一次電壓（）

電壓互感器的額定一次電壓應(yīng)由所在系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓確定。

（2） 額定電壓因數(shù)（）

電壓互感器的額定電壓因數(shù)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最高運行電壓決定，而后者又與系統(tǒng)及電壓互感器一次繞組的接地條件有關(guān)。表3-2列出與各種接地條件相對應(yīng)的額定電壓標(biāo)準(zhǔn)值及在最高運行電壓下的允許持續(xù)時間（即額定時間）。

表3-2  額定電壓因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值

額定二次電壓是按互感器使用場合來選定的。

（1） 供三相系統(tǒng)線間連接的單相互感器，其額定二次電壓為100V。

（2） 供三相系統(tǒng)相與地之間用的單相互感器，當(dāng)其額定一次電壓為某一數(shù)值除以時，額定二次電壓應(yīng)為。

（3） 電壓互感器剩余電壓繞組的額定二次電壓：當(dāng)系統(tǒng)中性點有效接地時應(yīng)為100V；當(dāng)系統(tǒng)中性點為非有效接地時應(yīng)為100/3V。

電壓互感器二次繞組數(shù)量按所供給儀表和繼電器的要求確定。

（1） 對于超高壓輸電線路和大型主設(shè)備，要求裝設(shè)兩套獨立的主保護(hù)，因而要求電壓互感器具有兩個獨立二次繞組分別對兩套保護(hù)供電。此外，對計費用測量儀表，為提高可靠性和精確度，要求從二次繞組單獨引出二次電纜回路供電或采用有測量和保護(hù)分開二次繞組的電壓互感器。

（2） 保護(hù)用電壓互感器一般設(shè)有剩余電壓繞組，供接地故障產(chǎn)生剩余電壓用。對于微機(jī)保護(hù)，推薦由三相電壓自動形成剩余（零序）電壓，此時可不設(shè)剩余電壓繞組。

根據(jù)測量表計、變送器和繼電器等負(fù)荷要求，結(jié)合電壓互感器型式和接線進(jìn)行選擇：

（1） 兩個單相電壓互感器接成V-V型接線方式：用于表計和繼電器接入兩相間電壓的情況。電壓互感器一次繞組不能接地。這種接線方式用于中性點不接地系統(tǒng)或中性點絕緣諧振接地系統(tǒng)的電網(wǎng)中。

（2） 三個單相電壓互感器接成星形-星形接線方式，電壓互感器一次繞組中性點不接地。用于表計和繼電器接入線電壓和相電壓的情況，這種接線不能用來供電給絕緣檢查電壓表；

（3） 三個單相電壓互感器接成星形-星形接線方式，電壓互感器一次繞組和二次繞組的中性點直接接地。用于供電給要求線電壓的表計和繼電器以及供電給絕緣檢查電壓表，如高壓側(cè)系統(tǒng)中性點直接接地，可接入相電壓測量表計。如高壓側(cè)系統(tǒng)中性點不接地或經(jīng)阻抗接地，則不允許接入測量相電壓的表計。

（4） 三相三柱式電壓互感器星形接線方式，用來接入線電壓和相對電網(wǎng)中性點的相電壓。這種電壓互感器一般用于中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)。需要注意的是：一次繞組中性點不允許接地。

（5） 三相五柱式電壓互感器星形接線方式。三相五柱式電壓互感器是磁系統(tǒng)具有五個磁柱的三相三繞組的電壓互感器。一次繞組和主二次繞組接成中性點直接接地的星形，輔助二次繞組接成有零序電壓回路的接線方式。用于將測量表計和繼電器接入線電壓和相電壓；接成零序的輔助二次繞組接入接地保護(hù)裝置或繼電器。

電壓互感器除剩余電壓繞組外，應(yīng)給出相應(yīng)的測量準(zhǔn)確級和保護(hù)準(zhǔn)確級。

（1） 測量用電壓互感器的準(zhǔn)確級，是以該準(zhǔn)確級規(guī)定的電壓和負(fù)荷范圍內(nèi)的最大允許電壓誤差百分?jǐn)?shù)來標(biāo)稱。標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級為0.1、0.2、0.5、1.0、3.0。

（2） 保護(hù)用電壓互感器的準(zhǔn)確級，是以該準(zhǔn)確級在5 ％額定電壓到額定電壓因數(shù)（參見表3-2）相對應(yīng)的電壓范圍內(nèi)最大允許電壓誤差的百分?jǐn)?shù)標(biāo)稱，其后標(biāo)以字母“P”。標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級為3P和6P。

（3） 保護(hù)用電壓互感器剩余電壓繞組的準(zhǔn)確級為6P。

（4） 電壓誤差和相位差的限值。

各種準(zhǔn)確等級的測量用電壓互感器和保護(hù)用電壓互感器，其電壓誤差和相位差不應(yīng)超過表3-3所列限值。

表3-3  電壓誤差和相位差限值

（5） 測量用互感器準(zhǔn)確等級選擇

測量用電壓互感器的準(zhǔn)確等級應(yīng)與測量儀表的準(zhǔn)確等級相適應(yīng)，參見表3-4。

表3-4  儀表與配套的電壓互感器準(zhǔn)確等級

選擇二次繞組額定輸出時，應(yīng)保證二次實接負(fù)荷在額定輸出的25％～100％范圍內(nèi)，以保證互感器的準(zhǔn)確度。

在功率因數(shù)為0.8（滯后）時，額定輸出標(biāo)準(zhǔn)值為10、15、25、30、50、75、100VA。

其中下標(biāo)線者為優(yōu)先值，大于100VA的額定輸出值可與制造方協(xié)商確定。對三相電壓互感器而言，其額定輸出值是指每相的額定輸出。

在電壓互感器可能作為電源使用時，可規(guī)定其額定熱極限輸出。在這種情況下，誤差限值可能超過，但溫升不能超過規(guī)定限值。對于多個二次繞組的互感器，應(yīng)分別規(guī)定各二次繞組的熱極限輸出，但使用時，只能有一個達(dá)到極限值。

剩余繞組接成開口三角，僅在故障情況下承受負(fù)荷。額定熱極限輸出以持續(xù)時間8h為基準(zhǔn)。

額定熱極限輸出以VA表示，在額定二次電壓及功率因數(shù)為1.0時，數(shù)值應(yīng)為15、25、50、75、100VA及其十進(jìn)位倍數(shù)。

電壓互感器的二次負(fù)荷不應(yīng)超過其準(zhǔn)確級所允許的負(fù)荷范圍，一般按負(fù)荷最重的一相進(jìn)行驗算。必要時可按表3-5和表3-6列出的接線方式和計算公式進(jìn)行每相負(fù)荷的計算。

表3-5  電壓互感器接成星形時每相負(fù)荷的計算公式

表3-6  電壓互感器接成不完全星形時每相負(fù)荷的計算公式

測量用電壓互感器二次回路允許電壓降不應(yīng)超過以下值：

（1） 測量儀表：不大于額定電壓的1～3％。

（2） 用戶計費用0.5級電能表：不大于額定電壓的0.25％。

（3）電力系統(tǒng)內(nèi)部的0.5級電能表：不大于額定電壓的0.5%。