測量用互感器

測量用互感器第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一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的原理和應用電壓斷相計時儀的界限和使用第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第一節(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，二次繞組與儀表、繼電器的電流線圈相串聯，形成一個回路。由于這些電流線圈的內阻很小，因此電流互感器的二次側接近于短路狀態(tài)。二次繞組的額定電流一般為5A,也有1A和5A的。圖4-1電流互感器原理結構圖和接線圖（a）原理結構圖（b）接線圖第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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)電流互感器第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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增加而增加；因為接到二次電路都是些內阻很小的儀表,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)電流互感器第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、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不等于二次磁勢安匝數。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第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、電流互感器的誤差特性第一節(jié)電流互感器第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、電流互感器的誤差特性相角誤差簡稱角差，即二次安匝數旋轉1800后（即）與一次安匝數之間的相位差，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，還與負載功率因數損耗角有關第一節(jié)電流互感器第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、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的關系，稱為電流特性。第一節(jié)電流互感器電流特性第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一2.二次負載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特性二、電流互感器的誤差特性第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一3.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第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、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+-負載功率因數特性負載功率因數向遲后變化--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。第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、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、尺寸、線圈匝數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。三種人工調節(jié)誤差的方法：匝數補償法二次繞組并聯附加阻抗元件附加磁場第一節(jié)電流互感器第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、電流互感器誤差的補償方法1.匝數補償法改變二次繞組匝數，就可以改變電流互感器的電流變比。如將二次繞組匝數減少，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的比差不大，增加一匝時，比差調整范圍太大，可采用分數匝補償。圖4-4分數匝補償法第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、電流互感器誤差的補償方法2.二次繞組并聯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附加阻抗（a）接線原理圖（b）并聯一般阻抗（c）并聯電容元件（d）并聯電感元件第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、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。這時若要產生一定的磁通，勵磁安匝數就可以相對減小，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第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一四、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）接線第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一五、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≤UNUx—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。第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一五、電流互感器的選擇和正確使用3.準確度等級的選擇依據電流互感器在額定工作條件下所產生的比值誤差，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)電流互感器第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一五、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)電流互感器第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一五、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?；ジ衅髦林骺刂剖业你~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第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一五、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=0.1Ω。所以選用截面為6mm2的銅導線"第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一五、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嚴禁開路根據磁勢平衡方程式,二次側開路,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1.4~1.8T，于是感應電動勢很高。此時二次繞組將會出現峰值達數千伏的高壓，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)電流互感器第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一（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，經端子接地。五、電流互感器的選擇和正確使用第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)電壓互感器工作時，一次繞組與被測電壓并聯，二次繞組與儀表、繼電器的電壓線圈相并聯，形成一個回路由于電壓線圈的內阻很大，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100V。圖4-8電壓互感器的原理結構圖和接線圖（a）原理結構圖（b）接線圖第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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電壓互感器相量圖第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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，等于一次繞組和二次繞組的匝數比。第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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，繞組中會產生阻抗壓降。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δU，是指一次電壓與旋轉1800后二次電壓之間的相位差，單位為“’”（分）第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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構影響勵磁電流的大小,鐵芯結構還影響線圈的匝數及長度。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）角差特性第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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。采用附加繞組補償法圖4-12附加繞組補償法原理接線圖第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、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形接線第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、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SPhmax—二次負載最大一相消耗的視在功率，VASNPh—電壓互感器每相額定容量，VA第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一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。電壓互感器二次側應可靠接地，以保證人身和儀表安全。電壓互感器二次側嚴禁短路。第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一四、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)電壓互感器第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一四、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）相量圖第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一四、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數Sab、Sac代替相應的電流Iab、Iac，則第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一四、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。回路中有功功率表兩只#無功功率表一只，有功電能表一只，電壓表一只。測量儀表的技術數據如表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測量儀表的技術數據試計算電壓互感器的二次容量。第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第二節(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量AB相BC相Pab（W）Qab（Var）Pcb（W）Qcb（Var）有功功率表22×0.75=1.502×0.75=1.50無功功率表10.7500.750有功電能表11.5×0.38=0.571.5×0.925=1.390.751.39頻率表10020電壓表15000合計7.821.394.821.39第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)電壓互感器四、電壓互感器的二次負載的估算第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一根據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40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)*二次導線有源壓降補償的原理和應用電能計量裝置包括電能表、互感器和二次連接導線三部分。互感器一經安裝其合成誤差就已基本固定，而電能表的誤差已通過調整裝置人為地調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。第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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的原理和應用第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)*二次導線有源壓降補償的原理和應用（一）單相電壓互感器二次連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，二次回路導線壓降所引起的誤差大小與負載的性質以及接線方式有關。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)相量圖第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一（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的原理和應用圖4-16V/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第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一（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的原理和應用一、二次回路連接導線壓降所引起的誤差第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一2.三個單相互感器（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降所引起的誤差第三節(jié)*二次導線有源壓降補償的原理和應用一、二次回路連接導線壓降所引起的誤差圖4-17Yy形連接的電壓互感器和連接的負載第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、二次導線有源壓降補償的原理和應用如何減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的原理和應用第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一二、二次導線有源壓降補償的原理和應用

電流跟隨補償法原理是采用有源的電子線路在補償器內產生一個負阻抗抵消線路阻抗，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的原理和應用圖4-18電流跟隨補償法原理圖第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)*二次導線有源壓降補償的原理和應用

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的原理和應用圖4-19固定補償法原理圖圖4-20電壓跟隨補償法原理圖第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一第四節(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，合理地計算斷相修正系數，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第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一一、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的故障，并根據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或表尾接線盒螺釘等人為造成的二次回路故障TA或表計內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第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖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)①③接A相電流⑤⑦接C相電流②④⑥分別接A、B、C三相電壓第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一圖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線系統(tǒng)①③接A相電流④⑥接B相電流⑦⑨接C相電流②⑤⑧分別接A、B、C三相電壓⑩接中性線N第53頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、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第54頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一三、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據。第四節(jié)*電壓斷相計時儀的接線和使用第55頁，共59頁，2023年，2月20日，星期一小結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，二次繞組與測量儀表的電流線圈相串聯。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節(jié)誤差的方法，即匝數補償法、二次繞組并聯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。電流互感器二次側嚴禁開路，應按減極性連接，二次側應可靠接地。第56頁，共