檢測技術(shù)及儀表第5章電氣量的測量

2023/2/11第5章常用測量儀表5.1儀用互感器5.2電壓與電流的測量5.3功率與電能的測量5.4功率因數(shù)與頻率的測量5.5電阻的測量5.6電感、電容的測量互感器是一種特殊的變壓器，指用來傳遞信息，供給測量儀器儀表和保護控制裝置的變換器。互感器的作用：（1）使儀表、繼電器等二次設(shè)備與主電路絕緣（2）擴大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍5.1儀用互感器互感器的分類：電流互感器（縮寫CT，文字符號TA）可用在交換電流的測量、交換電度的測量和電力拖動線路中的保護。

電壓互感器（縮寫PT，文字符號TV）可在高壓和超高壓的電力系統(tǒng)中用于電壓和功率的測量等。一、電流互感器電流互感器是一種將高電壓系統(tǒng)中的電流或低電壓系統(tǒng)中的大電流，變換成低電壓標(biāo)準(zhǔn)小電流的電流變換裝置。電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器。1.工作原理和工作特性

它的工作原理和變壓器相似。

式中，I1——一次線圈的額定電流

I2——二次線圈的額定電流電流互感器的電流比一次繞組二次繞組工作特性：1）一次側(cè)電流的大小取決于一次側(cè)負(fù)載，二次側(cè)電流理想情況下僅取決于一次側(cè)電流；2）正常運行時，二次側(cè)繞組近似于短路工作狀態(tài)；3）二次回路不允許開路；4）一次側(cè)電流變化范圍很大；5）一次繞組線徑較粗，匝數(shù)少，二次繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)多。2.電流互感器測量誤差1）比差2）角誤差I(lǐng)二次電流相量旋轉(zhuǎn)180°后與一次電流相量之間的夾角3）準(zhǔn)確度等級用互感器所容許的比差表示（表5-1-1）4）額定容量常用二次側(cè)電流通過額定二次負(fù)載時所輸出的視在功率表示3.電流互感器的接線形式電流互感器的極性：按照規(guī)定，我國互感器和變壓器的繞組端采用“減極性”標(biāo)號法。電流互感器繞組標(biāo)示1）一相式接線電流線圈通過的電流反應(yīng)一次電路相應(yīng)相的電流。通常用于負(fù)荷平衡的三相電路，如低壓動力線路中，供測量電流、電能或接過負(fù)荷保護裝置之用。2）兩相V形接線也稱為兩相不完全星型接線。在中性點不接地的三相三線制電路中，廣泛用于測量三相電流、電能及作為過電流繼電保護之用。+3）三相星型接線它由三只完全相同的電流互感器構(gòu)成。適用于負(fù)載不平衡的三相三線制或三相四線制系統(tǒng)中，用于三相電流、電能的測量及過電流保護。電流互感器在接線中應(yīng)注意以下內(nèi)容：1）電流互感器的二次側(cè)在使用時絕對不可開路。使用過程中拆卸儀表或繼電器時，應(yīng)事先將二次側(cè)短路。安裝時，接線應(yīng)可靠，不允許二次側(cè)安裝熔絲；2）二次側(cè)必須有一端接地。防止一、二次側(cè)絕緣損壞，高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全；3）一次側(cè)串接在線路中，二次側(cè)與繼電器或測量儀表串接。注意4）接線時要注意端子的極性。二、電壓互感器電壓互感器是將一次側(cè)的高電壓按比例變?yōu)檫m合于儀器儀表和保護控制裝置使用的低電壓變換設(shè)備。按工作原理分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器。1.電磁式電壓互感器工作原理與工作特性工作原理:電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相同，可以說是一個被限定結(jié)構(gòu)和使用形式的特殊變壓器。結(jié)構(gòu)特點：1）容量很小，類似一臺小容量變壓器；2）一次繞組匝數(shù)多，二次繞組匝數(shù)少，且二次繞組所接儀表的電壓線圈阻抗很大，正常情況下，電壓互感器在近于空載的狀態(tài)下運行。電壓互感器的電壓比式中，U1—一次線圈的額定電壓

U2—二次線圈的額定電壓工作特性：1）與測量系統(tǒng)并聯(lián)2）一次電壓的大小取決于一次側(cè)電力網(wǎng)電壓，不受二次側(cè)影響；3）正常運行時，二次側(cè)繞組近似于開路工作狀態(tài)；4）二次回路不允許短路；2.電磁式電壓互感器測量誤差1）比差2）角誤差U

二次電壓相量旋轉(zhuǎn)180°后與一次電壓相量之間的夾角3）準(zhǔn)確度等級用互感器所容許的比差表示（表5-1-2）4）額定容量指在額定電壓和額定負(fù)載下運行時，二次側(cè)的輸出容量3.電壓互感器的接線1）單相接線僅適用于測量小電流接地系統(tǒng)（35kV及以下）的線電壓。如果互感器一次繞組的一端接在線路上，另一端接地，互感器可測量大電流接地系統(tǒng)（110kV及以上）的相電壓（圖5-1-9(b)）。2）V－V接線只用兩個單相電壓互感器可以得到對稱的三個線電壓；不能測量相電壓3）Y－Y接線由三個單相互感器組成，一、二次側(cè)均接成星形，可測線電壓及相電壓。由于小電流接地系統(tǒng)在一次電路發(fā)生單相接地時，另兩相的相電壓要升高到線電壓，所以絕緣監(jiān)視電壓表要按線電壓選擇量程，否則在發(fā)生單相接地時，電壓表可能被燒毀。4）Y/Y/接線用三臺單相三繞組電壓互感器構(gòu)成，供接入交流電網(wǎng)絕緣監(jiān)視儀表和繼電保護用。可測線電壓及相電壓，輔助二次繞組接成開口三角形檢測零序電壓。三相五柱式電壓互感器的接線（圖5-1-9(e)）與此基本相同。60kV及以下系統(tǒng)，一次側(cè)一般經(jīng)過隔離開關(guān)和熔斷器接入高壓電網(wǎng)。電壓互感器一次側(cè)熔斷器的作用：1）保護電壓互感器本身，當(dāng)電壓互感器本身故障時，熔斷器迅速熔斷，防止事故擴大；2）防止高壓電網(wǎng)受電壓互感器本身及其引線的影響。110kV及以上系統(tǒng)，電壓互感器一次側(cè)不裝熔斷器注意使用電壓互感器應(yīng)注意以下事項：1）電壓互感器的二次側(cè)在工作時不能短路。

2）電壓互感器的二次側(cè)必須有一端接地。3）電壓互感器接線時，應(yīng)注意一、二次側(cè)接線端子的極性。

4）電壓互感器的一、二次側(cè)通常都應(yīng)裝設(shè)熔絲作為短路保護，同時一次側(cè)應(yīng)裝設(shè)隔離開關(guān)作為安全檢修用。

5）一次側(cè)并接在線路中。

6）電壓互感器送電時必須先合一次側(cè)后合二次側(cè)，停電時先停二次側(cè)后停一次側(cè)，防止反送電危及設(shè)備安全。電壓與電流是電量測量的主要對象，其它電量和非電量可以轉(zhuǎn)換成電壓或電流進(jìn)行測量。通常采用的方法有直接測量法和間接測量法，采用的儀器有磁電系儀表、電磁系儀表、電動系儀表、萬用表和互感器等。5.2電壓與電流的測量2023/2/124一、電壓的測量測量電壓，應(yīng)將電壓表并聯(lián)接在被測對象兩端，并且測量直流電壓時，應(yīng)注意極性。為減小電壓表對被測對象的影響，電壓表的內(nèi)阻或內(nèi)阻抗應(yīng)盡可能大。2023/2/125電壓的測量分為直流電壓的測量、交流電壓的測量和高電壓的測量。電壓表接地標(biāo)志應(yīng)接在低電位端1.直流電壓的測量磁電系電壓表、萬用表、直流電位差計等2.交流電壓的測量電磁系電壓表、電動系電壓表、整流系電壓表、萬用表、交流電位差計等3.高電壓的測量電壓互感器與低壓電壓表、分壓器與互感器及低壓電壓表等4.間接測量二、電流的測量測量電流時，應(yīng)將電流表串聯(lián)接在被測電路中，并且測量直流電流時，應(yīng)注意極性。為減小電流表對被測對象的影響，電流表的內(nèi)阻或內(nèi)阻抗應(yīng)盡可能小。2023/2/127電流的測量分為直流電流的測量、交流電流的測量和大電流的測量。電流表線圈應(yīng)接在低電位端1.直流電流的測量磁電系電流表、萬用表、直流電位差計等2.交流電流的測量電磁系電流表、電動系電流表、萬用表、交流電位差計等3.大電流的測量電流互感器、分流器等4.間接測量通常采用的方法有直接測量法和間接測量法。5.3功率與電能的測量2023/2/129功率的直接測量，采用電動系或數(shù)字的單相功率表或三相功率表測量功率。功率的間接測量，直流情況下通過測量電壓、電流間接求得功率；交流則需要通過電壓、電流和功率因數(shù)求得功率。電能的直接測量，直流可使用電動系電能表，交流用感應(yīng)系或電子電能表。電能測量一般不用間接法，只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和記時時鐘進(jìn)行測量。一、功率的測量1.直流功率的測量（1）伏安表法用電壓表和電流表分別測電壓U和電流I，然后計算得到P。如果考慮儀表內(nèi)阻的影響，有兩種接線方式：電壓表前接，電壓表后接。2023/2/130（2）功率表電動系功率表，數(shù)字功率表（由數(shù)字電壓表和功率變化器構(gòu)成）2.單相有功功率的測量（1）間接法

采用電壓表、電流表、功率因數(shù)表分別測電壓U、電流I和功率因數(shù)cos，則P=UIcos（2）直接法電動系功率表、變換式功率表（磁電系表頭、兩個電流互感器和半導(dǎo)體二極管構(gòu)成）3.三相有功功率的測量采用單相功率表（一表法、二表法、三表法）或三相功率表

4.三相無功功率的測量

采用有功功率表測量（1）跨相90°接線法a.一表跨相法接線方式：功率表的電流線圈接入任一相，電壓線圈跨接在另兩相，電流線圈的發(fā)電機端（*）接入電源側(cè)，電壓線圈的發(fā)電機端（*）按三相順序接入電流線圈所在相的下一相（即功率表的電流、電壓跨相90°）。適用于對稱三相電路，無功功率為功率表讀數(shù)的倍

b.二表跨相法：接線方式：兩個功率表的電流線圈接入任兩相，電壓線圈跨接在沒有接入對應(yīng)電流線圈的另兩相，電流線圈的發(fā)電機端（*）接入電源側(cè)，電壓線圈的發(fā)電機端（*）按三相順序接入電流線圈所在相的下一相。適用于對稱三相電路，無功功率為兩個功率表讀數(shù)之和的/2倍

c.三表跨相法接線方式：三個功率表的電流線圈分別接入三相，電壓線圈跨接在沒有接入對應(yīng)電流線圈的另兩相，電流線圈的發(fā)電機端（*）接入電源側(cè)，電壓線圈的發(fā)電機端（*）按三相順序接入電流線圈所在相的下一相。適用于三相電源對稱、負(fù)載不對稱三相電路，無功功率為三個功率表讀數(shù)之和的1/倍（2）人工中性點接線法適用于電源對稱、負(fù)載對稱或不對稱三相電路，無功功率為兩個功率表讀數(shù)之和的倍二、電能的測量1.單相交流電路中電能的測量單相感應(yīng)系電能表（用電流、電壓互感器擴大量程）2.三相交流電路中電能的測量三相二元件式電能表（三相三線制）、三相三元件式電能表（三相四線制）2023/2/1363.無功電能的測量三相三線制、三相四線制無功電能表一、功率因數(shù)（相位）測量5.4功率因數(shù)（相位）與頻率的測量2023/2/1371.間接測量（1）單相和三相對稱電路

電壓表、電流表和功率表（2）三相不對稱電路

有功和無功電能表2.直接測量

功率因數(shù)表二、頻率的測量電動系頻率表2023/2/138工程上使用的電阻阻值范圍很寬，約為10-7~1015Ω。5.5電阻的測量2023/2/139一般把電阻分為三類：小電阻（1Ω以下）、中值電阻（1~106Ω）、大電阻（106Ω以上）。對不同的阻值范圍，采用不同的測量方法。（表5-5-1）一、中值電阻的測量1.歐姆表法（直接法）歐姆表，萬用表的歐姆擋2.電橋法（間接法）2023/2/1403.伏安表法（間接法）電壓表前接、電壓表后接優(yōu)點：1）能在工作狀態(tài)下進(jìn)行測量；2）適用于大容量變壓器類具有大電感線圈電阻的測量二、小阻值電阻的測量電橋法、四端鈕結(jié)構(gòu)伏安表法、微歐表法三、大阻值電阻的測量絕緣電阻表四、接地電阻的測量接地電阻測量儀一、電感的測量5.6電感、電容的測量2023/2/142電感的測量包括直流電阻R、電感量L和品質(zhì)因數(shù)Q的測量。僅介紹線性電感的電感量L的測量方法。1.伏安表法2.三表法3.電橋法（交流電橋）海氏電感電橋、麥克斯韋電橋二、