即電流互感器和電壓互感器的結(jié)構課件

1、本章重點講述測量用互感器，即電流互感器和電壓互感器的結(jié)構、工作原理以及誤差特性，并介紹了電流互感器和電壓互感器的接線方式以及在使用中的注意事項等。對二次導線有源壓降補償?shù)脑砗褪褂靡约半妷簲嘞嘤嫊r儀的接線和使用作為選修內(nèi)容進行了講述。概述第四章 測 量 用 互 感 器第四章 測 量 用 互 感 器第一節(jié) 電流互感器第二節(jié) 電壓互感器第三節(jié) 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻秒妷簲嘞嘤嫊r儀的界限和使用第一節(jié) 電 流 互 感 器電流互感器由兩個繞制在閉合鐵芯上、彼此絕緣的繞組所組成。工作時，一次繞組與被測電路串聯(lián)，二次繞組與儀表、繼電器的電流線圈相串聯(lián)，形成一個回路。由于這些電流線圈的內(nèi)阻很小，因此

2、電流互感器的二次側(cè)接近于短路狀態(tài)。二次繞組的額定電 流 一 般 為 5A, 也有1A和5A的。圖4-1 電流互感器原理結(jié)構圖和接線圖 （a）原理結(jié)構圖（b）接線圖一、電流互感器的工作原理電流互感器的工作原理與普通變壓器的工作原理基本相同。根據(jù)磁勢平衡原理可以得到：忽略鐵芯中的能量損耗理想電流互感器的一次電流I1等于儀表測得的二次電流I2乘以電流互感器的額定變比。第一節(jié) 電 流 互 感 器一、電流互感器的工作原理 正常工作時,電流互感器的工作狀態(tài)和普通變壓器的區(qū)別：最主要的區(qū)別是電流互感器的一次電流不隨二次的負載變化,它僅取決于一次電路的電壓和阻抗；電流互感器二次電路所消耗的功率隨二次電路阻抗的

3、增加而增加；因為接到二次電路都是些內(nèi)阻很小的儀表,如電流表以及電能表的電流線圈等,所以其工作狀態(tài)接近于短路狀態(tài)。第一節(jié) 電 流 互 感 器二、電流互感器的誤差特性（一）電流互感器的比差和角差 勵磁安匝 不為零，一次磁勢安匝數(shù)不等于二次磁勢安匝數(shù)。電流互感器存在著誤差。電流互感器二次繞組的感應電動勢 滯后鐵芯中磁通 約900 。忽略二次繞組的漏阻抗壓降，認為 。次回路負載的功率因數(shù)角為 第一節(jié) 電 流 互 感 器圖4-2 電流互感器的簡化相量圖二、電流互感器的誤差特性二次安匝數(shù) 旋轉(zhuǎn)1800后 （即 ）與一次安匝數(shù) 相比較，大小不等，相位也不同，存在著兩種誤差，分別稱之為比值誤差和相角誤差。比值

4、誤差簡稱比差，用公式表示為：第一節(jié) 電 流 互 感 器二、電流互感器的誤差特性相角誤差簡稱角差，即二次安匝數(shù) 旋轉(zhuǎn)1800后 （即 ）與一次安匝數(shù) 之間的相位差，用 表示，通常用 “ ” (分)作為計量單位。電流互感器的比差和角差不僅與勵磁電流 有關，還與負載功率因數(shù) 損耗角 有關第一節(jié) 電 流 互 感 器二、電流互感器的誤差特性（二）電流互感器誤差受工作條件的影響：1.一次電流的影響當電流互感器工作在小電流時，由于硅鋼片磁化曲線的非線性影響，其初始的磁通密度較低，因而導磁率 小，引起的誤差增大。所以在選擇電流互感器容量時，不能選得過大，以避免在小電流下運行。電流互感器誤差與一次電流百分數(shù)的關

5、系，稱為電流特性。第一節(jié) 電 流 互 感 器電流特性2.二次負載Zb的影響 二次負載阻抗Zb增加時，由于一次電流I1不變，并假設負載功率因數(shù)不變，則二次電流I2減小。故比差及角差增大第一節(jié) 電 流 互 感 器二次負載特性負載功率因數(shù)特性二、電流互感器的誤差特性3.電源頻率的影響頻率降低時，將使 減小，影響誤差。電流互感器誤差與頻率的關系如圖。第一節(jié) 電 流 互 感 器頻率特性二、電流互感器的誤差特性二、電流互感器的誤差特性第一節(jié) 電 流 互 感 器表4-1 電流互感器的誤差特性相對與額定值的變化變比誤差相角誤差電流特性一次電流減小時-+負載特性負載減小時+-負載功率因數(shù)特性負載功率因數(shù)向遲后變

6、化-電源頻率變化頻率降低時-+剩磁影響去磁時+-注:表中 “+”號表示向正的方向變化;“-”號表示向負的方向變化。三、電流互感器誤差的補償方法為了減小誤差，提高電流互感器測量的準確度，最有效的方法是盡可能的減小勵磁電流 I10 。 I10的大小取決于鐵芯的材質(zhì)、尺寸、線圈匝數(shù)以及二次負載的特性和大小。鐵芯的導磁率越高，鐵芯損耗越小，則勵磁電流越小?？s短導磁體的長度，并增大鐵芯的截面積，使磁阻減小，也能減小勵磁電流。三種人工調(diào)節(jié)誤差的方法：匝數(shù)補償法二次繞組并聯(lián)附加阻抗元件附加磁場第一節(jié) 電 流 互 感 器三、電流互感器誤差的補償方法1.匝數(shù)補償法 改變二次繞組匝數(shù)，就可以改變電流互感器的電流變

7、比。如將二次繞組匝數(shù)減少，使二次電流相應增大，補償了勵磁電流引起的負的比差。第一節(jié) 電 流 互 感 器由于電流互感器往往要求補償?shù)谋炔畈淮?，增加一匝時，比差調(diào)整范圍太大，可采用分數(shù)匝補償。圖4-4 分數(shù)匝補償法三、電流互感器誤差的補償方法2.二次繞組并聯(lián)附加阻抗元件改變電流互感器的負載，就改變了二次電流 I2 的大小和相位的關系，就可以改變電流互感器的誤差。第一節(jié) 電 流 互 感 器 圖4-5 電流互感器二次并聯(lián)附加阻抗（a）接線原理圖 （b）并聯(lián)一般阻抗（c）并聯(lián)電容元件（d）并聯(lián)電感元件三、電流互感器誤差的補償方法 3.附加磁場 采用附加磁場法，人為地使鐵芯磁化到相當于最大導磁率的程度。這

8、時若要產(chǎn)生一定的磁通，勵磁安匝數(shù)就可以相對減小，從而使誤差降低。第一節(jié) 電 流 互 感 器圖4-6圓環(huán)磁分路補償原理線路四、電流互感器的接線方式第一節(jié) 電 流 互 感 器二相星形 （V 形）接線三相星形（Y 形）接線五、電流互感器的選擇和正確使用第一節(jié) 電 流 互 感 器一、電流互感器的選擇1. 額定電壓選擇 Ux UN Ux電流互感器安裝處的工作電壓 UN 電流互感器的額定電壓 2. 額定變比的選擇 長期通過電流互感器的最大工作電流應小于或等于互感器 一次額定電流，最好使電流互感器在額定電流附近運行。五、電流互感器的選擇和正確使用3. 準確度等級的選擇依據(jù)電流互感器在額定工作條件下所產(chǎn)生的比

9、值誤差，規(guī)定了準確度等級。裝設在線路、變壓器、發(fā)電廠的電能表、用戶計費電能表及所有測量儀表，一般均應選擇準確度等級不低于0.5級的電流互感器。對于計量發(fā)電機發(fā)出的電能及用電量大的用戶，應采用準確度不低于0.2級的電流互感器。0.1級以上的電流互感器，主要用于實驗室進行精密的測量或者作為標準互感器，用來校驗低準確度等級的電流互感器。第一節(jié) 電 流 互 感 器五、電流互感器的選擇和正確使用4.額定容量的選擇 而 I2N 一般為5A，所以二次負載容量S2主要取決于表計的阻抗、接頭接觸電阻以及導線電阻第一節(jié) 電 流 互 感 器五、電流互感器的選擇和正確使用第一節(jié) 電 流 互 感 器例4-1 某用戶用作

10、電能計量的電流互感器為LGF 型，其額定容量 S2N=15VA， 二次回路接有電流表、功率表、有功電能表。互感器至主控制室的銅導線 40m，電流互感器采用V形接線。試確定其二次導線的截面積。儀表名稱電流互感器二次負載 （VA）A 相C相電流表30有功功率表0.750.75無功功率表0.750.75有功電能表1.51.5共計6.03.0解 已知電流互感器二次負載容量的分配情況如表4-3所示. 表4-3 電流互感器二次負載容量的分配情況 五、電流互感器的選擇和正確使用第一節(jié) 電 流 互 感 器 最大一相負載容量為6.0VA，所以以此來選定二次導線截面。取接觸電阻RK=0.1。所以選用截面為6mm2

11、 的銅導線五、電流互感器的選擇和正確使用（ 二）使用電流互感器時應注意的問題1. 運行中的電流互感器二次側(cè)嚴禁開路 根據(jù)磁勢平衡方程式,二次側(cè)開路, 一次電流完全成為勵磁電流,致使鐵芯磁通急劇增加。磁通密度由正常時的0.06 0.1T急劇增大到1.41.8T，于是感應電動勢很高。此時二次繞組將會出現(xiàn)峰值達數(shù)千伏的高壓，會危及人身安全、損壞儀表和互感器二次繞組的絕緣。此外，鐵芯磁通密度增大，鐵芯損耗也增大，從而使電流互感器的鐵芯和繞組嚴重發(fā)熱而燒壞。第一節(jié) 電 流 互 感 器（二）使用電流互感器時應注意的問題第一節(jié) 電 流 互 感 器2. 電流互感器繞組應按減極性連接 電流互感器一次繞組以及二次

12、繞組的端子上有極性標志。從電流互感器一次繞組和二次繞組的同級性端子 （L1、K1、L2、K2）來看，電流 I1 和 I2 的方向是相反的。3. 電流互感器二次側(cè)應可靠接地 為防止由于電流互感器一次繞組與二次繞組之間的絕緣擊穿時，二次回路串入高壓而危及人身安全和損壞設備，二次回路必須設置保護接地，而且只允許有一個接地點，在接近電流互感器端子的箱內(nèi)，經(jīng)端子接地。五、電流互感器的選擇和正確使用第二節(jié) 電 壓 互 感 器工作時，一次繞組與被測電壓并聯(lián)，二次繞組與儀表、繼電器的電壓線圈相并聯(lián)，形成一個回路由于電壓線圈的內(nèi)阻很大，電壓互感器在接近于空載的狀態(tài)下工作。正常情況下，電壓互感器三個線電壓都是10

13、0V。圖4-8 電壓互感器的原理結(jié)構圖和接線圖（a）原理結(jié)構圖（b）接線圖一、工作原理和誤差特性第二節(jié) 電 壓 互 感 器將電壓互感器二次繞組阻抗折算到一次側(cè)后， 可以得到T 形等值電路圖和相量圖：圖4-9 電壓互感器T形等值電路圖圖4-10 電壓互感器相量圖一、工作原理和誤差特性第二節(jié) 電 壓 互 感 器忽略勵磁電流和負載電流在一、二次繞組中產(chǎn)生的壓降，得到： 這是理想電壓互感器的電壓變比，稱為額定變比，即理想的電壓互感器一次繞組電壓U1與二次繞組電壓U2的比值是個常數(shù)，等于一次繞組和二次繞組的匝數(shù)比。一、工作原理和誤差特性第二節(jié) 電 壓 互 感 器 實際上，電壓互感器存在著鐵損和銅損，繞組

14、中會產(chǎn)生阻抗壓降。比值誤差簡稱比差。比差fU等于折算到一次回路的二次電壓與實際一次電壓的差值相角誤差簡稱角差U，是指一次電壓與旋轉(zhuǎn)1800后二次電壓之間的相位差，單位為 “” （分）一、工作原理和誤差特性第二節(jié) 電 壓 互 感 器 電壓互感器鐵芯材料導磁率和鐵芯結(jié)構影響勵磁電流的大小,鐵芯結(jié)構還影響線圈的匝數(shù)及長度。 電壓互感器的比差和角差受勵磁電流，一、二次繞組阻抗以及二次負載的大小和功率因數(shù)的影響。圖4-11 誤差與二次負載的關系（a）比差特性（b）角差特性一、工作原理和誤差特性第二節(jié) 電 壓 互 感 器 提高電壓互感器的測量精度，減少誤差的方法：選擇合適的材料更重要的是減小繞組的電阻。采

15、用附加繞組補償法圖4-12 附加繞組補償法原理接線圖二、電壓互感器的接線方式第二節(jié) 電 壓 互 感 器圖4-13 電壓互感器接線方式圖（a）V形接線（b）Y形接線三、電壓互感器的選擇和正確使用第二節(jié) 電 壓 互 感 器 額定電壓的選擇2. 準確度等級的選擇 電能計量用的電壓互感器，應選用0.2級或0.5級。3. 額定容量的選擇 S Phmax二次負載最大一相消耗的視在功率，VA SNPh 電壓互感器每相額定容量，VA使用電壓互感器時應注意的問題：第二節(jié) 電 壓 互 感 器按要求的相序進行接線，防止接錯極性，否則將引起某一相電壓升高3倍，可能燒壞電壓互感器。電壓互感器二次側(cè)應可靠接地，以保證人身

16、和儀表安全。電壓互感器二次側(cè)嚴禁短路。四、電壓互感器的二次負載的估算電壓互感器的誤差受二次負載的影響很大，為了保證測量的準確度，二次負載的容量必須給予估算。電壓互感器接線方式的不同以及負載接線方式的不同，二次負載估算的公式也不相同?，F(xiàn)以三相Yy形接線方式的電壓互感器和 形接線方式的負載連接為例，估算其二次容量。第二節(jié) 電 壓 互 感 器四、電壓互感器的二次負載的估算第二節(jié) 電 壓 互 感 器已知與a相互感器有關的負載容量Sab, Sac 及相應電流圖4-14 電壓互感器為Yy形接線方式，負載為 接線方式（a）接線圖（b）相量圖四、電壓互感器的二次負載的估算第二節(jié) 電 壓 互 感 器若負載的伏安

17、數(shù)Sab、 Sac代替相應的電流Iab、Iac，則四、電壓互感器的二次負載的估算第二節(jié) 電 壓 互 感 器例4-2 已知發(fā)電機的測量回路用的電壓互感器采用Yy形連接，負載為V形連接?；芈分杏泄β时韮芍?無功功率表一只，有功電能表一只，電壓表一只。測量儀表的技術數(shù)據(jù)如表4-6所示儀表名稱消耗功（VA）有功功率表0.751無功功率表0.751有功電能表1.50.38頻率表21電壓表51表4-6 測量儀表的技術數(shù)據(jù)試計算電壓互感器的二次容量。第二節(jié) 電 壓 互 感 器四、電壓互感器的二次負載的估算（解） 電壓互感器各相的負載分配如表4-7所示 表4-7 電壓互感器各相的負載分配情況儀表名稱數(shù)量AB

18、相BC相Pab（W）Qab（Var）Pcb（W）Qcb（Var）有功功率表220.75=1.5020.75=1.50無功功率表10.7500.750有功電能表11.50.38=0.571.50.925=1.390.751.39頻率表10020電壓表15000合計7.821.394.821.39第二節(jié) 電 壓 互 感 器四、電壓互感器的二次負載的估算根據(jù)選用電壓互感器的額定容量必須滿足下式的條件：即可選出電壓互感器的型號。第二節(jié) 電 壓 互 感 器四、電壓互感器的二次負載的估算B相負載較大，因此第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻秒娔苡嬃垦b置包括電能表、互感器和二次連接導線三部分?；ジ衅?/p>

19、一經(jīng)安裝其合成誤差就已基本固定，而電能表的誤差已通過調(diào)整裝置人為地調(diào)到最小隨著準確度等級很高的電能表和互感器的應用，電壓互感器二次回路連接導線壓降所造成的誤差在電能計量裝置的綜合誤差中所占的比例越來越大。一、二次回路連接導線壓降所引起的誤差電壓互感器二次回路壓降超差越來越大的原因：電纜線徑過細；二次負載過重以及二次回路轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)過多等導致二次回路電阻增大，壓降也增大。第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻玫谌?jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻茫ㄒ唬﹩蜗嚯妷夯ジ衅鞫芜B接導線壓降所引起的誤差一、二次回路連接導線壓降所引起的誤差 電壓互感器二次回路導線壓降與導線電阻成正比，二次回路導線壓

20、降所引起的誤差大小與負載的性質(zhì)以及接線方式有關。圖4-14 單相電壓互感器二次連接導線壓降的影響(a)原理圖(b)相量圖（二）三相電壓互感器二次連接導線壓降所引起的誤差1. 兩個單相互感器按V形接線，負載按V 形接線第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻脠D4-16 V/v形接線的電壓互感器和負荷(a)接線圖(b)相量圖一、二次回路連接導線壓降所引起的誤差（二）三相電壓互感器二次連接導線壓降所引起的誤差第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻?一、二次回路連接導線壓降所引起的誤差2. 三個單相互感器 （或一臺三相電壓互感器）按Yy形連接，負載為 形連接（二）三相電壓互感器二次連接導線壓

21、降所引起的誤差第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻靡?、二次回路連接導線壓降所引起的誤差圖4-17 Yy形連接的電壓互感器和 連接的負載二、二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻萌绾螠p小電壓互感器二次回路壓降所引起的誤差？減小二次回路阻抗，即增大二次回路線徑，減小二次回路長度；取消一些回路的保護元件；定期對開關、熔斷器和端子的接觸部分進行打磨、維護；專門設置TV 計量回路，避免其他負載接入；經(jīng)常采用二次導線有源壓降補償電壓互感器二次連接導線的壓降。第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻枚?、二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻?電流跟隨補償法 原理是采用有源的電子線路在補償器內(nèi)產(chǎn)生一個負阻抗抵

22、消線路阻抗，從而使得I=0。此方法可靠性要求很高。第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻脠D4-18 電流跟隨補償法原理圖第三節(jié) * 二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻?直接補償電壓法 分為固定補償法和電壓跟隨補償法，以補償二次回路導線的壓降。采用二次導線有源壓降補償電壓互感器二次回路壓降，可降低電能計量裝置的綜合誤差，提高電能計量裝置的準確度。二、二次導線有源壓降補償?shù)脑砗蛻脠D4-19 固定補償法原理圖圖4-20 電壓跟隨補償法原理圖第四節(jié)* 電壓斷相計時儀的接線和使用只有電能表和互感器的接線正確，才能正確計量電能。加裝電壓斷相計時儀 （又稱三相斷壓斷流計時儀）可以準確監(jiān)視計量回路的故

23、障及人為竊電等情況，記錄故障時間，計量檢查人員以此為依據(jù)，合理地計算斷相修正系數(shù)，以達到正確計量電能和追補電費的目的。圖4-21 電壓斷相計時儀方框圖一、斷相計時儀的適用范圍當計量回路出異常計量狀態(tài)時，電壓斷相計時儀能準確判別并記錄斷壓、斷流時間，同時發(fā)出報警信號和相對應的燈光指示，提示電氣值班人員，及時準確地匯報所出現(xiàn)的故障，并根據(jù)記錄時間來追補電量。異常計量狀態(tài)：斷開一相電壓或多相電壓使電能表失壓、缺相，造成表計少計或不計斷開一相電流或多相電流使電能表斷流，造成表計少計或不計私自對電能計量TA二次側(cè)進行短接分流，造成表計少計或不計私自松動TV、TA 或表尾接線盒螺釘?shù)热藶樵斐傻亩位芈饭收?/p>

24、TA或表計內(nèi)部接線故障及二次回路故障TA二次接線柱超負載燒壞或長年氧化，造成接線點接觸不良而斷線引起的計量二次回路故障工作人員疏忽，造成漏接、電流極性接反、電流電壓相序接錯第四節(jié)* 電壓斷相計時儀的接線和使用圖4-22 三相三線系統(tǒng)電壓斷相計時儀的接線方式二、電壓斷相計時儀的接線方式電壓斷相計時儀的接線方式與供電系統(tǒng)的運行方式有關，即三相三線和三相四線系統(tǒng)中電壓斷相計時儀的接線方式不同。第四節(jié)* 電壓斷相計時儀的接線和使用三相三線系統(tǒng)接A 相電流接C相電流分別接A、B、C三相電壓圖4-23三相四線系統(tǒng)電壓斷相計時儀的接線方式二、電壓斷相計時儀的接線方式第四節(jié)* 電壓斷相計時儀的接線和使用三相四

25、線系統(tǒng) 接A 相電流 接B相電流 接C相電流 分別接A、B、C三相電壓 接中性線N三、電壓斷相計時儀的正確使用（一）LED指示及特點紅燈為三相電壓指示正常運行時燈亮電壓故障時，對應相指示燈熄滅，對應相計時器計時；綠燈為三相電流指示正常運行時燈亮，電流故障時，對應相指示燈熄滅，對應相計時器計時；黃燈為電壓相序指示正常運行時燈亮，相序接錯或電壓斷相時指示燈熄滅，但不計時。第四節(jié)* 電壓斷相計時儀的接線和使用三、電壓斷相計時儀的正確使用（二）液晶顯示說明Ua、Ub、Uc分別表示A、B、C相電壓故障計時提示；Ia、Ib、Ic分別表示A、B、C相電流故障計時提示； A、B、C分別表示A、B、C相電流反極

26、性及電壓電流相位不對應計時提示；I表示三相電流同時短路計時提示（三）使用電壓斷相計時儀應注意的問題應按接線圖安裝在計量電能表旁，安裝底板牢固；安裝后計時儀的表殼及接線端子應鉛封。應在規(guī)定的環(huán)境條件下運行。定期記錄計時器所記錄的數(shù)據(jù)。第四節(jié)* 電壓斷相計時儀的接線和使用 小 結(jié)測量用互感器分為電流互感器和電壓互感器。電流互感器的一次繞組與被測電路串聯(lián)，二次繞組與測量儀表的電流線圈相串聯(lián)。由于忽略了勵磁電流和二次繞組的漏阻抗壓降，使得電流互感器存在變比誤差和相角誤差。為了減小誤差，提高電流互感器的準確度，最有效的方法是盡可能地減小勵磁電流，還可以采取三種人工調(diào)節(jié)誤差的方法，即匝數(shù)補償法、二次繞組并聯(lián)附加阻抗元件和附加磁場法。電流互感器的接線方式可按測量電能的要求選用二相星形或三相星形接線。電流互感器二次側(cè)嚴禁開路，應按減極性連接，二次側(cè)應可靠接地。 小 結(jié)電壓互感器的一次繞組與被測電路并聯(lián)，二次繞組與測量儀表的電壓線圈相并聯(lián)，二次電路所接儀表的內(nèi)阻很大，其工作狀態(tài)接近于空載狀態(tài)。由于忽略了勵磁電流和負載電流在一、