第一节 计算依据
电压互感器计算依据是：
（1） 额定一次电压、
（2） 额定二次电压
（4） 二次绕组准确级及额定电压，极限输出
（5） 剩余电压绕组（如果有）准确级及额定电压
（6） 额定频率
（7） 绝缘水平
合成塔
一、铁心设计计算
1．铁心额定磁通密度选择
额定磁通密度是一个选择性很强的基本设计参数。不同的电压互感器其额定磁通密度值差别很大。选择合适的额定磁通密度是产品设计中必须首先解决的问题之一。
额定磁通密度与互感器误差及过励磁特性直接有关，其数值选取分析如下。
（1） 单相及三相不接地电压互感器通常用于测量过压、压保护，当系统发生故障时并不改变互感
器相间电压或线端与中心点的电压。因此这两种电压互感器并不承受系统故障所引起的工频电压升高。
它们可能承受的最大工频电压升高幅度一般不超过1.3倍额定电压，是指发电机突然甩负荷而引起的飞
转，长线电容效应等所引起的工频电压升高。此时如果铁心过饱和，二次绕组感应电势中
将含有较大的
三次谐波分量，电压波形失真。这种电压互感器选择磁通密度时需满足以下两点要求。
a. 电压互感器在两个极限电压空载误差的差值不应过大。
b. 系统出现工频电压升高时，互感器铁心不应过饱和。
这种电压互感器选取额定磁通密度应不大于1.2T。
（2） 供中性点有效接地系统使用的单相接地电压互感器，主要用于测量及单相接地保护。互感器
一次绕组连接在相与地间，它除了承受幅度一般不超过1.3倍额定电压的工频电压升高外，还要承受接
地短路引起的工频过电压，其幅度一般不超过1.5倍额定电压。这两种过电压都是瞬时的，选择这种互
感器额定磁通密度时，需满足以下三点要求。
a. 测量用绕组在两个极限电压下空载误差的差值不应过大。
b. 系统出现工频电压升高时，互感器铁心不应过饱和。
c. 系统发生单相接地短路时，互感器铁心不应过饱和。
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三点要求中起决定性作用的是c点。这种电压互感器选取额定磁通密度时应不大于1T。
（3） 供中性点非有效接地系统使用的单相电压互感器和三相电压感器，它们所承受的过电压也有
两种。1.3倍额定电压的工频电压升高和单相接地短路引起的工频过电压，其幅度一般不超过1.9倍额定
电压。前一种过电压是瞬时的，而后一种过电压可持续数小时。
另外，中性点非有效接地系统中互感器可能引起并联铁磁谐振，仅以铁磁谐振要求，铁心额定磁通密度愈小愈好。
选取这种电压互感器额定磁通密度时，需满足以下四点要求。
a. 测量用绕组在两个极限电压下空载误差的差值不应过大。
b. 系统出现工频电压升高时，互感器铁心不应过饱和。
c. 系统发生单相接地短路时，互感器铁心不应过饱和。
d. 互感器具有良好的过励磁特性，以尽量防止并联铁磁谐振发生。
四点要求中起决定性作用的是c、d两点，这种电压互感器选取的额定磁通密度应不大于0.8T。
必须指出，三相铁心不对称，三相励磁特性不相同，这对防止铁磁谐振不利。为此，三相磁路不对称
的三相接地电压互感器，额定磁通密度还应适当降低，选取应不大于0.7T。
2．铁心截面确定
（1）按磁通密度确定铁心截面
根据选定的磁通密度，初步计算 电压互感器铁心直径确定的原理和方法与变压器相似。为了
出所需要的心柱及铁轭的截面积。 为了确定铁心D必须选取合适的磁通密度BN与每匝电势et。
心柱截面积：
,
铁轭截面积：
陶瓷灯头
, 数字式水表如: =11.54cm
式中 et ------ 绕组的每匝电压，V/匝， 取D=115mm(标准直径) et----每匝电压，V
f ------ 额定频率， HZ ---- 额定磁通密度，T
BC ------ 铁心柱磁通密度，T ---- 心柱空间利用系数，初步可取0.84～0.88
By ------ 铁轭磁通密度， T (经验值取0.86)
（2）按心柱及铁轭尺寸计算截面积
叠片铁心的心柱叠装成呈外接圆型的多级形状，级数愈多，心柱填充绕线筒内孔空间的填充
系数愈大，填充系数α=外接圆面积/铁心柱截面积。用积分方法计算出不同级数时，填充系数最大时
的各级铁心片宽，如图6-1所示。为了便于生产管理，硅钢片合理剪裁，使铁心片宽标准化，片宽取整
数且为5mm进级，如片宽为20、25、30、35、40mm等等。按图6-1计算出的片宽大多数不是标准值，
此时应取与其数值相近的标准片宽，每级厚度也应尽量取成整数。
根据按图6-1确定的尺寸计算铁心柱的有效截面积。
〔第一级（厚度×片宽）＋第二级（厚度×片宽）＋第三级（厚度×片宽级）＋第四级……〕
×叠片系数
叠片系数是铁心柱或铁轭有效截面积与其几何截面积的比值。硅钢片厚度一定时，叠片系数与铁
心叠片的波浪度，绝缘厚度与铁心夹紧程度有关。对于0.35mm厚冷轧硅钢片叠片系数为0.94～0.95，
对于0.35mm厚热轧硅钢片叠片系数为0.91～0.92。矩形卷铁心，“c”型铁心及叠片铁心的铁轭多为
矩形截面，其有效截面为： 铁心片宽×铁心厚度×叠片系数 铁心片宽应取标准尺寸。
(3)根据需要的AC和Ay，选取心柱及铁轭标准尺寸。如果AC、Ay与标准尺寸的截面积有差别，
应调整BC、By使二着截面积相同，但标准尺寸的截面积应不小于AC、Ay。通常Ay钼铋系催化剂生产厂家应大于AC
5%～10%。
3.铁心尺寸确定
根据绕组的高度、直径，绕组到铁心各部分的绝缘距离以及绕组之间的绝缘距离，来确定铁心总的尺寸。
确定铁心尺寸还应考虑油箱形状及产品选型的要求。
(补充说明的资料)铁心柱及铁轭磁密的确定：
对单相双柱铁心和三相三柱铁心（忽略三相磁路不对称的影响。）
心柱磁密（T） 铁轭磁密（T）Be = AC BC/Ae
单相单柱带双旁轭铁心，铁轭截面积按心柱的1/2再适当放大；而三相三柱带双旁轭铁心，铁轭截
面则按心柱截面的1/3再作适当放大。
4.铁心重量计算
(1)单相双柱铁心 见图6-2，其重量计算如下：
铁心柱重量：Gc=2HAC×10-3 , kg
铁轭重量：Gy=2MOAy×10-3+2HyAC×10-3, kg
铁心重量：G= Gc+Gy , kg 式中---硅钢片比重，g/cm3
(2) 单相三柱铁心 见图6-3，其重量计算如下：
铁心柱重量：Gc=HAC×10-3 , kg
铁轭重量：Gy=(MB+H+2Hy)Ay×10-3, kg
铁心重量：G= Gc+Gy , kg 式中---硅钢片比重，g/cm3
(3) 三相三柱铁心 见图6-4，其重量计算如下：
铁心柱重量：Gc=HAC×10-3 , kg
铁轭重量：Gy=2MOAy×10-3+HyAC×10-3, kg
铁心重量：G= 3Gc+2Gy , kg 式中---硅钢片比重，g/cm3
(4) 三相五柱铁心 见图6-5，其重量计算如下：
铁心柱重量：Gc=2HAC×10-3 , kg
主铁轭重量：Gy=2MOAy×10-3 , kg
旁铁轭重量：Gb=(2MOb+H+Hb)Ab×10-3 , kg
铁心重量：G= 3Gc+2Gy+2Gb , kg 式中Ab ---旁轭截面积， cm2
二、绕组设计计算
1.一次绕组
(1) 匝数确定
首先需要选取合理的每匝电压et。et值直接影响产品的误差性能和经济指标。在确定磁通密度已经
确定的情况下，et值愈大铁心愈大，硅钢片用量多，空载误差大，et值愈小绕组匝数愈多，导线用量
多，绕组阻抗压降大，误差大。用多方案计算比较，以求得到最佳每匝电压值。选择et值还应使二次绕
组为整数匝，剩余电压绕组、保护绕组和其它二次绕组亦应尽量为整数匝，以减少因非整数匝所造成的
误差。根据以往的经验，开始计算时可先按表6-1选择et值。
表6-1 电压互感器每匝电压选择
互感器额定电压，KV | 10及以下 | 35 | 110及以下 |
离子接地棒每匝电压et，V/匝 | 0.4～1 | 0.7～1.3 | 1.8～3 |
| | | |
一次绕组额定匝数计算公式为N1n=U1n/et ,匝。 在选择每匝电压时，要特别注意使输出
侧
的二次绕组和三次绕组的匝数都接近整数匝，以减少匝数比的误差。在输出容量和准确定给定（约束条件）时，最佳变量的组合可获得成本最低和重量最轻的最优方案；而在几何尺寸和准确度给定时，则可获得输出容量最大的最佳方案。
(2) 导线选择
电压互感器一次绕组采用漆包圆铜线，因额定负荷及极限输出都很小，不能完全根据温升限值选择导
尺寸。应着重考虑导线的机械强度和短路电流。一般导线直径不小于0.2mm.线径过细绕线时容易拉断，或在绕线过程线径变细而影响产品性能。如果有性能良好的绕线设备，也可以选择线径更小的导线，但在二次短路时铜导线的电流密度不应大于160/mm2.导线截面积计算：S1=πr12,mm2 r1—导线半径, mm.
(3) 一次绕组设计与绝缘计算
电压互感器大都采用多层同心圆筒式绕组。根据造型需要，一次绕组可以布置成轴向尺寸大于径向尺寸，也可以使径向尺寸大于轴向尺寸。径向尺寸大的绕组其导线电阻及漏电抗较大。为了增加绕组至主铁轭的距离，一次绕组也可布置成截面为宝塔形状。总之，需要综合考虑各种因素而设计绕组形状。
计算多层同心圆筒绕组尺寸，首先选定每层线匝数，再计算导线层数及层间绝缘，最后计算绕组轴向和径向尺寸。调整每层匝数，改变绕组轴向和径向尺寸，直到满足要求为止。
设计一次绕组应进行下列计算：
a．线层高度计算
一次绕组加静电屏补偿后，一般情况下，QQ-2型缩醛漆包线和QZ-2型聚酯漆包线可以满足各种电压互感器一、二次绕组匝间绝缘的要求。有时二次绕组及剩余电压绕组采用截面大的纸包线，纸包线的绝缘厚度δ为0.3、0.45、0.8、1.2 mm等。根据绕组匝间绝缘要求选用不同的纸层厚度。如果绕组直径很大或漆包线针孔较多，还应在漆包线外增加丝包绝缘层或纱包绝缘层。
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