高压电压互感器的设计本科毕业论文.doc

邵阳学院毕业设计（论文）摘 要随着中国社会主义经济的飞速发展，电力技术也必须不断发展，使得它能适应中国农工商业的用电需求。电力系统输电容量的不断扩大，远距离输电迅速增加，电网等级的不断提高。为了使变电站自动化的技术进一步改善，互感器不断的改良更新，使二次系统起到更精确的测量和监控作用。本文通过对几种电压互感器的结构分析，比较其各自的优缺点，最终选择了阻容式电压互感器作为本文的研究对象。通过初步电路设计，原理分析，参数计算，确定阻容式分压式传感器的结构组成，通过仿真和实验，证明出其测量准确度高，暂态相应特性好，线性无饱和等一系列优点。然后通过有源光学电压传感器设计，使其满足电力系统测控和继电保护对电压信号的取样要求。最后通过对传感头和信号处理器的屏蔽，系统悬浮接地，在电路板上的电源与地线间加去耦电容等方法，使其电磁兼容措施得到完善，让系统的可靠性得到进一步的保证和提高。关键词：电压互感器；计算；MATLAB仿真AbstractWith socialism in Chinas rapid economic development, power technology must continue to develop, make it to the Chinese agricultural trade demand. Power transmission system capacity continues to expand, a rapid increase in long-distance power transmission, power grids levels rising. For substation automation technology to further improve the transformer constantly improved update so that the second system has played a more precise measurement and monitoring role. Based on several voltage transformer structure analysis and comparison of their respective merits, finally chose the RCVT transformer, as this study. The initial circuit design, principle analysis, parameter calculation, to determine R-pressure sensor structure and Through simulation and experiment, has demonstrated this kind of AOVT has advantages of high accuracy, better transient response characteristics, well linearity and no saturation etc. Then through an ideal project in the design of AOVT, make it responsive to the power system protection and control of the voltage signal sampling requirements. Finally, the sensor and signal processor shielding, grounding suspension system, circuit filter into the methods, EMC measures to enable it to be perfect, so that the reliability of the system is further assured and improved. Keywords: tension transformer; count; MATLABsimilation 37目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1 题目背景及目的11.2 国内外研究状况12 电压互感器原理42.1 电压互感器工作原理42.2 电容式电压互感器工作原理52.3 电阻式电压互感器工作原理62.4 阻容分压型互感器工作原理及参数计算72.5 电压互感器的分类93 电压互感器设计计算113.1 计算依据113.2 铁心设计计算113.3 铁心截面确定123.4 绕组设计计算154 阻容分压型互感器194.1 阻容分压器194.2 阻容分压式互感器原理接线图194.3 阻容分压互感器的元件选择及测量204.4 电阻元件的器件选择及测量215 电子式电压互感器的信号处理系统225.1 引言225.2 滤波电路225.3 积分电路225.4 模数转换环节的设计246 电磁兼容设计256.1 电磁兼容的分类256.2 我国的电磁兼容技术标准体系256.3 部分电磁兼容技术介绍256.4 电磁兼容初步设计267 MATLAB仿真277.1 引言277.2 仿真原理图277.3 仿真参数设置287.4 仿真波形.31总结32参考文献33致谢341 绪论1.1 题目背景及目的随着生产的发展，对电力的需求量越来越大、电压等级越来越高，使得传统电压互感器（PT）的体积越来越大、造价越来越高，同时也给PT的防爆和电力系统的安全带来很大的困难。在高压输电系统中，绝缘和抗电磁干扰是两个重要课题，多年来人们一直在寻求可以替代传统电压互感器的电压测量设备。随着计算机的广泛应用，通信技术，传感技术的飞跃发展，电力系统控制保护技术也发生了重大的变化，传统的电磁式继电保护正转变为微机处理机分级监控保护，在电网中心系统管理下，实现分级管理，组成智能化远动终端，电压传感器在电力系统控制保护和监控中起枢纽作用，因此现代电网的发展对电压互感器不仅提出了绝缘密封温度热稳定安全可靠，有良好的限制谐震过电压设计，还要求它具有高、低压完全隔离，抗电磁干扰性能好，频带宽及无铁磁饱和等优点。目前我国高压及超高压电力网广泛采用电磁式电压互感器PT和电容式电压互感器CVT 作为电压测量元件。电磁式电压互感器可以说是最初的互感器，其工作原理和变压器相同，电压互感器一次绕组并联在高压电电网上，二次绕组外部并接测量仪表和继电保护装置等负荷，仪表和机电器的阻抗都很大，二次负荷电流小，且负荷一般都比较恒定。PT的容量很小，接近于变压器空载运行情况，运行中电压互感器一次电压不受二次负荷的影响，二次电压在正常使用条件下实质上与一次电压成正比。但由于其适应高电压等级和耐雷电水平差和串联谐振问题，逐渐被电容式电压互感器CVT所取代。利用电容分压器作为传感头的互感器，主要由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成。电容分压器具有电磁电压互感器的所有功能，同时可以兼作载波通信的耦合电容器之用；其耐雷冲击性能也比一般的PT要优越；同时CVT不存在电磁式电压互感器与断口电容的串联铁磁谐振问题。但以电容分压作为工作原理的传感头不能解决暂态过程中瞬变响应差的问题，此外，有源型光电传感器在高压端传感头部分采用电子线路实现对模拟信号的处理及模数和光电转换，而这部分电子线路的供能必须依靠外界电源实现，所以工作电源稳定可靠的获取直接关系到该类传感器的实用性。1.2 国内外研究状况在现代电力系统中，随着变电站对互感器精度要求的不断提高，依靠微机进行系统参量智能检测是必然的结果，从而产生了电子式电压互感器。 20世纪80年代，发达国家的电气公司就已投入大量人力和物力从事电子式电压互感器的研发，加拿大NxtPHASE公司设计的光电式电压互感器基于Pockels效应。其导体上的电压产生电场，并从光发射二极管中发射出光信号，且通过光纤。由传感器产生的数据经结合可进行高精度电压测试。国际著名公司ABB公司作为国际上提供标准化光学电流和电压传感设备的领先者之一，其中光电式电压互感器使用光学传感器，电压范围72.5kV至550kV，使用了中空管成分绝缘体和SF6气体绝缘体，使体积小，并便于安装。美国、日本、法国和前苏联等国先后研制出实用性的电子式互感器样机，并挂网运行取得成功。九十年代以后，光学电力互感器的研究进入实用化阶段，美国、法国和日本等技术发达国家陆续公布了他们研制的各种光学电力互感器运行及鉴定数据。如ABB跨国公司、法国ALSTOM公司、日本东电、东芝、住友等公司，研制出123765kV的OPT系列产品，并有一批产品在许多国家的电力系统中投入使用。而我国对电子式电压互感器的研究起步较慢，于20世纪80年代，其中机电部26所，清华大学，华中理工大学，上海科技大学等对其做了较多的工作，取得了不少宝贵经验。2001年华中科技大学开发了一种光学电压互感器。其对传感头的设计提出了模块化结构的设计思想，光路系统采用双光路互补的结构，信号处理采用DSP技术。此后对新方案的性能进行了测试，实验结果表明：新型光学电压互感器具有良好的性能，双光路结构具有很好的温度补偿特性，稳定性很好，线性度在0.2%以内，比差在0.2%以内，通过了一系列绝缘耐压试验。大约在二十世纪末，我国光学电压互感器开始取得了较大的发展。光纤通信、光电信息存储、激光技术、光纤传感等新型的研究成果已渗入到国民经济发展和人民日常生活的各个领域。作为国家能源工业支柱的电力系统，在近十年的发展历程中，同样受到了光电技术发展的强烈冲击，一大批基于光电技术的成熟产品在系统中得到运用，并以其优异的性能和全新的模式迅速改变着传统电力工业的面貌。如电力光纤通信网的普及使原来分布的、孤立的各发、变、配、送、用电系统融合为一个整体；光纤传感技术与故障诊断技术的结合为电力主设备的安全可靠运行提供了强有力的保障；全新的光电互感器的研究及其二次设备的研制使得“数字化电力系统”的前景更加光明。可以说，光电技术的运用及其与IT技术的结合，正使传统的电力系统面临一场重大的技术变革。经过20多年的研究，光学电压互感器原理和种类已趋于成熟，从目前已研制出的光学电压互感器来看，基本原理都相同，信号处理部分也基本一样，不同之处主要在于一次部分的结构及光学电压传感器的结构。光纤电压互感器要实现实用化、产业化尚需解决以下几个问题：(1)长期运行的可靠性与稳定性；(2)具有足够的测量精度的研究。如使用纯净且经过多次提拉的BGO晶体；(3)采取光学和电学多种有效补偿措施，消除光功率波动、温度变化等对测量结果的影响。如光电转换中的响应电流十分微弱，信号处理电路应该严格限制温漂的影响和外界电磁场的干扰。最近几年光电互感器的研究和产品化受到广泛的关注，目前国内对光电互感器的研究大多局限于实验室和试运行阶段，还没有完全实现产品化的相关报道，此外研究主要集中在互感器本身的特性和计量应用等方面，而对于如何将光电互感器运用于变电站自动化系统及其设备，如何与二次设备接口等问题研究的很少。本文对变电站引入光电互感器后，如何与继电保护装置连接、如何建立一个带光纤数字接口的继电保护装置的问题进行了研究。重点对其中的关键技术：数字化以太网接口系统的模式和编程等方面展开分析和研究。由以上的内容可见，我国电子式电压互感器虽然取得了很大的进步，但大部分研究仍然处于理论研究中，实际投入使用并不多，但我相信，以这样的发展速度，在未来不久，我国将这些理论广泛投入实用中，到时，我国互感器的水平将会进入另外一个飞跃阶段。2 电压互感器原理2.1 电压互感器工作原理电压互感器是一种专门用作变换电压的特种变压器。在正常工作条件下，其二次电压实质上与一次电压成正比，而且在连接方向正确时，二次电压对一次电压的相位差接近于零。电压互感器的一次绕组并联接在电力系统的线路中，二次绕组接有测量仪器、仪表、继电器的设备。这些设备就是电压互感器的二次负荷。当电力系统的电压发生变化时，电压互感器即将此变化的信息传递给其二次绕组所接的负荷。图2.1为电压互感器工作原理图，图中用阻抗示所接的负荷。U1U2一次绕组二次绕组铁芯二次负载ZbI1I2图2.1 电压互感器工作原理图根据电力线路的电压等级，感器的一、二次绕组之间设置有足够的绝缘.以保证所有低压设备与髙电压设备隔离。电力线路的电压各不相同。通过电压互感器一、二次绕组匝数比的配置，将不同的线路电压变换成较低的标准电压值一般是100V或173V。这样可以减小仪表和继电器的尺寸，简化其规格，有利于这些设备小型化、标准化。所以说电压互感器的主要作用是：给测量仪器、仪表或继电保护，控制装置传递信息：使测量，保护和控制装置与髙电压相隔离；有利于测量仪器、仪表和继电保护，控制装置小型化、标准化。2.2电容式电压互感器工作原理普通的电磁式电压互感器，由于在电力系统中广泛应用，技术已经完全成熟，这里不作介绍。电容式电压互感器主要由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，整个电容式电压互感器就由电容分压单元和电磁单元组成，通过电容分压单元获得系统电压的分压，通过电磁单元实现一次与二次的隔离和电压变换，即由系统一次电压Up分压为中压Um，再由Um变换为二次电压Ub。图2.2 电容式电压互感器原理电容分压器C1、C2，用于分压，降压，以取得合理的中间电压。电容式电压互感器调整误差方便、灵活，借助于补偿电抗器线圈和中压变压器一次绕组上的若干调节抽头来实现。调节抽头越多，误差调节越精确。其绝缘可靠性高：耦合电容器耐雷电冲击能力强。产品较大的电容量可降低雷电波陡度，可靠地保护电气设备。且电容与系统连接不像电磁式电压互感器那样可能与断路器断口电容产生铁磁谐振，可确保系统安全可靠运行。而且整个互感器为全密封结构，运行不需要定期检修，维护工作量少，绝缘检测也比较容易，产品价格也比较低。电容式电压互感器的主要构成是电容器件和电感器件，而且电感器件为铁磁非线性电感器件。从而在系统电压作用下，可能产生铁磁性串联谐振。由于电容式电压互感器本身回路电阻很少，不可能抑制分次谐波谐振，所以必须投入外接阻尼装置。阻尼装置可以使电阻型，谐振型，速饱和型等，合理设计阻尼器参数，可有效抑制铁磁谐振，但会使误差增大，影响暂态稳定。此外，在一次系统出现短路的情况下，电容式电压互感器的输出端出现了振荡过程。这是因为电容和电感中所储存的电磁能量不能突变，所以当一次电压突然变化时，二次端输出电压不能随之线性变化，而需经过一个振荡过程才能达到稳定状态。根据IEC的相关规定，在一次端子与接地端之间的电源短路，CVT的二次输出电压衰减到短路前的电压峰值的10所需的时间应小于额定频率的1个周期(50Hz系统为20ms)。谐振型和速饱和型的CVT均可以满足IEC的要求，不过在系统一次电压从零到零的情况下，速饱和型CVT的输出存在周期较长的低频振荡；而在系统一次电压从最大到零的变化情况下，谐振型CVT的输出振荡幅值较大，测试误差较大。同时他们在1000Hz附近都存在一个谐振点，使得响应特性变差。电容式电压互感器所特有的二次暂态过程势必给快速继电保护的动作行为带来影响，特别是对装在短线路上同时电源短路容量又相对较小(电源阻抗比很大)的距离保护第一段，影响极为严重。这是因为在线路末端短路时，装设距离保护的母线电压极低，于是暂态二次电压附加分量起了决定性的作用，这就不可避免地引起距离保护瞬时第一段的不正确动作。2.3电阻式电压互感器工作原理由于电容式电压互感器无法消除谐振现象，而且其暂态谐振问题会导致保护装置不能正常动作。针对以上缺点，电力系统提出一种新型分压型互感器电阻式电压互感器（如下图所示）。UR1 U2R2 A Ri GND图2.3 电阻分压器原理图 测量和保护设备 电阻式电压互感器与电磁式电压互感器相比，其无饱和、良好的线性、符合各种外形设计要求、重量轻、不会产生铁磁谐振现象及只用一个分压器就能满足所有测量和保护的要求等优点。一般而言，电阻的绝对值可任意选择，除非实际情况的限制。目前应用的经验为R1在100M左右，而R2在10k上下。由于电阻分压器不会在一次和二次侧产生任何独立的电势，内置的过电压吸收器A可以确保在高电压电阻出现故障的极端情况下，输出端也不会出现不允许的高电压，完全适用于中低压配电柜的电压传感。电阻式电压传感器的准确度取决于电阻的准确度，或更准确地说，取决于分压比的准确度，其转换误差主要源自电阻温度系数、电阻电压系数、电阻器因电压、温度引起的漂移、杂散电容及相邻相线之间的串扰影响。通常用这种方法可以实现0.5%的准确度。如果要进一步提高精度，则必须作其它的特殊处理，如通过电阻器的材料选择和机械设计处理温度补偿和电阻电压系数、通过使用计算程序对杂散电容和串扰进行计算校正等方法。通过增加高压屏蔽罩和低压屏蔽罩，可以有效抑制杂散电容对测量结果的影响，计算机仿真和实际试验的结论均为可以将测量误差控制在0.3%以下。2.4 阻容分压型互感器工作原理及参数计算传统电磁式电压互感器的应用限制主要在于绝缘问题、负载误差影响较大、故障状况下可能产生饱和输出问题及操作失当隐患，在现今要求高精度，低故障的的电力系统中已经较少使用。电阻分压式电压传感器与电磁式电压互感器相比，其无饱和、良好的线性、符合各种外形设计要求、重量轻、不会产生铁磁谐振现象及只用一个分压器就能满足所有测量和保护的要求等优点使其得到重视。但阻容式电压传感器的准确度取决于电阻的准确度，或更准确地说，取决于分压比的准确度，其转换误差主要源自电阻温度系数、电阻电压系数、电阻器因电压、温度引起的漂移、杂散电容及相邻相线之间的串扰影响，所以使用起来有很大的限制性。电容分压式电压传感器：电容分压器是CVT的主要组成部分，多年的实际应用表明该种分压电路的分压比稳定，无论从技术上还是从工艺上都是成熟和可靠的，但这种结构的电压传感器存在一个重大缺陷，故障状态下的暂态响应过程问题。在高压侧出现短路或断路故障时，储存在电容中的能量没有一个合适的通路供其快速释放，也就是通常所指的“电荷俘获现象”。鉴于电容式分压器存在着系统短路后，分压电容的等效接地电容上积聚的电荷在重合闸时不能完全释放，在系统工作电压上叠加一个误差分量，影响到测量结果的正确性以及继电保护装置的正确动作，且长期工作时等效接地电容也会因温度等因素的影响而变得不够稳定，所以，可以考虑对电容分压的基本测量原理进行了改进：在等效接地电容上并联一个小电阻R以消除上述影响，从而构成新的阻容分压式电压互感器。阻容分压型电压互感器（RCVT）是在电容分压型电压互感器的基础上，对低压电容C2并联一个电阻R，使线路出现短路或断路故障时，存储在分压电容中的能量可以通过该电阻来快速释放，从而实现了对输电线路上的电压变化快速响应跟踪测量。这种传感头的设计方案是对目前已生产的电容式电压互感器（CVT）所进行的局部改进，设计选型要遵从CVT的构架，不但可以继承电容分压器的原有优点，而且降低了研发的成本。下面是RCVT的电路图。图2.4 阻容分压型电压互感器RCVT传感头部分分压比K与电容，电阻关系：RCVT的传感头高压部分和CVT一样由一定值的电容C1组成，而低压端则由一低压电容C2和精确电阻R并联组成，对结点p利用KCL，电容元件的电流i与电压u取关联参考方向，因此得出一下的函数关系： （2.1）化成传递函数形式： （2.2）拉普拉斯变换后 （2.3）若1/RC1+C2)，则du2与du1成正比，即，拉氏变换后。显然，电压传感器的输出U2是被测电压信号的微分，即输出电压的相位超前被测电压90，故需要加入积分及相位补偿处理使其原、副方的相位一致。目前提出的各种类型的电子式电压互感器，为了保证原、副方电气隔离，都是采用电/光光/电转换的电路，因此都必须考虑到高压侧电子电路的电源问题，而本课题所提出的阻容使电压互感器采用一个小PT(可以称之为电磁隔离单元)来实现高低压信号的传递，既保证两侧电路的电气隔离，又去掉了高压侧电源，简化了设计方案，提高了方案的可行性和实用性。2.5电压互感器的分类2.5.1电压互感器通常按下述方法分类。(1)按用途分测量用电压互感器保护用电压互感器(2)按相数分单相电压互感器三相电压互感器(3)按变换原理分电磁式电压互感器（简称VT）电容式电压互感器（简称CVT)(4)按绕组个数分双绕组电压互感器，其低压侧只有一个二次绕组的电压互感器。三绕组电压互感器，有两个分开的二次绕组的电压互感器。四绕组电压互感器，有三个分开的二次绕组的电压互感器。(5)按一次绕组对地状态分接地电压互感器，在一次绕组的一端准备直接接地的单相电压互感器，一次绕组的星形联结点（中性点）准备直接接地的三相电压互感器。不接地电压互感器，一次绕组的各部分，包括接线端子在内，都是按额定绝缘水 平对地绝缘的电压互感器。(6)按装置种类分户内型电压互感器户外型电压互感器(7)桉结构型式分单级式电压互感器，一、二次绕组在同一个铁心柱上，绝缘不分级的电压互感器。串级式电压互感器，一次绕组由几个匝数相等、几何尺寸相同的级绕组串联而成， 各级绕组对地绝缘是自线路端到接地端逐级降低的电压互感器在这种电压互感器中， 二次绕组与一次绕组的接地端级（即最下级）在同一铁心柱上。(8)按绝缘介质分干式电压互感器，其绝缘主要由纸、纤维编织材料或薄膜绕包，经浸漆干燥而成。 浇注式电压互感器，其绝缘主要是绝缘树脂混合胶，经固化成型。 油浸式电压互感器，其绝缘主要由纸、纸板等材料构成，并沒在绝缘油中。 气体绝缘电压互感器，其绝缘主要是具有一定压力的绝缘气体。3 电压互感器设计计算3.1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（3） 剩余电压绕组（如果有）额定电压（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3.2铁心设计计算3.2.1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电压互感器在两个极限电压空载误差的差值不应过大。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。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。测量用绕组在两个极限电压下空载误差的差值不应过大。系统出现工频电压升高时，互感器铁心不应过饱和。系统发生单相接地短路时，互感器铁心不应过饱和。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。测量用绕组在两个极限电压下空载误差的差值不应过大。系统出现工频电压升高时，互感器铁心不应过饱和。系统发生单相接地短路时，互感器铁心不应过饱和。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。3.3铁心截面确定3.3.1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： （3.1） （3.2） 铁轭截面积： （3.3） 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 By - 铁轭磁通密度， T (经验值取0.86)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=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。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。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0.940.95，对于0.35mm厚热轧硅钢片叠片系数为0.910.92。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。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应大于AC5%10%。3.3.2 铁芯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。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） （3.4）铁轭磁密（T） Be = AC BC/Ae （3.5）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。3.3.3铁心重量计算 (1)单相双柱铁心 其重量计算如下： 铁心柱重量：Gc=2HAC10-3 （3.6） 铁轭重量：Gy=2MOAy10-3+2HyAC10-3 (3.7) 铁心重量：G= Gc+Gy , kg 式中-硅钢片比重，g/cm3 (2) 单相三柱铁心 其重量计算如下： 铁心柱重量：Gc=HAC10-3 (3.8) 铁轭重量：Gy=(MB+H+2Hy)Ay10-3 (3.9) 铁心重量：G= Gc+Gy , kg 式中-硅钢片比重，g/cm3 (3) 三相三柱铁心 其重量计算如下： 铁心柱重量： Gc=HAC10-3 (3.10) 铁轭重量：Gy=2MOAy10-3+HyAC10-3 (3.11)铁心重量：G= 3Gc+2Gy , kg 式中-硅钢片比重，g/cm3 (4) 三相五柱铁心 其重量计算如下： 铁心柱重量：Gc=2HAC10-3 (3.12) 主铁轭重量：Gy=2MOAy10-3 (3.13)旁铁轭重量：Gb=(2MOb+H+Hb)Ab10-3 (3.14) 铁心重量：G= 3Gc+2Gy+2Gb (3.15) 3.4绕组设计计算3.4.1一次绕组 (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。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=r12,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： 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。每层导线高度= 导线绝缘直径（每层匝数+1）胀包系数 。式中的胀包系数与导线的绝缘直径有关，0.5mm及以下导线胀包系数为1.061.08，0.5mm以上导线胀包系数为1.041.06。对于浇注互感器及干式互感器，线层高度应尽可能小，树脂或绝缘漆容易充满绕组线层之间。 层间绝缘厚度计算首先需确定产品安全运行所允许的层间绝缘平均电场强度。一次绕组加静电补偿后,经实验验证，在工频试验电压下，油纸绝缘层间平均电场强度推荐选用67.5KV/mm,中压互感器取较小值，高压互感器取较大值；漆纸绝缘层间平均电场强度推荐选用3KV/mm，纸、聚脂薄膜、树脂绝缘的层间平均电场强度推荐选用3.54KV/mm。层间绝缘厚度=层间电压/允许平均电场强度， 式中层间电压=（工频试验电压/一次绕组实际匝数）二层的匝数。层间绝缘厚度值除以绝缘材料每层的厚度得出所需绝缘材料层数。这个计算出来的绝缘材料层数绝大多数不是整数值，应取其近于且大于计算值的整数值。再计算实际层间平均电场强度。实际层间平均电场强度=层间电压/（绝缘材料每层厚度绝缘材料层数）一次绕组厚度计算接在绕组高压端的静电屏用铜箔或铝箔制做。铜箔或铝箔两端应折叠一次，境加静电屏端部电极的曲率。静电屏外包几层绝缘纸，在端部形成绝缘覆盖。高压互感器中，常在静电屏焊上36的金属圆棒。改善绕组的端部电场。一次绕组厚度=（导线绝缘直径导线层数）+（层间绝缘厚度导线层数）+静电屏厚度+绕组外包厚度胀包系数 式中的胀包系数与导线直径、层间绝缘材料及层间绝缘包扎方法有关，取1.131.20。一次绕组端部绝缘计算一次绕组高压端对绕组低压端、主铁轭及旁铁轭间的绝缘强度，在产品绝缘结