I-2电流电压的测量方法(P105)

电流的测量方法电流的测量方法交流电流常用的的测量方法有以下几种：1、小电阻取样；2、电流互感器；3、霍尔电流传感器；4、络柯夫斯基（Rogowski）线圈；5、光电电流互感器；小电阻取样测量电流•简单•但是被测电流与测量电路不隔离，存在一定的安全隐患。

•如另加隔离措施，则有增加了成本和复杂性，降低了可靠性。

电流互感器测量电流基本结构：•电流互感器一般有一个铁芯，在铁芯上绕有一次线圈和二次线圈，在两个线圈之间，以及线圈与铁芯之间都有绝缘隔离。

N1=1铁芯N2N2•对于10kV以上的高压电流互感器，为了方便使用，经常将几个只有二次线圈N2和铁芯的铁芯线圈，通过一个公用的一次线圈N1与其绝缘，装在一个外壳内，制成所谓的多次级电流互感器。

•这样，一台多次级电流互感器就相对于几台电流互感器，它的次级可以同时分别用于测量回路[接测量仪表]或者保护回路[接保护装置]工频测量用的电流互感器的铁芯一般均采用硅钢片叠成，有两种结构：1）方形（也就是叠片式）；2）圆环形。

叠片式：（有L形硅钢片叠加而成）优点：绕制线圈方便。

缺点：同一平面的叠片之间不可避免地存在气隙，漏磁大。

主要用于10kV及以下电压等级大量生产的电流互感器。

圆环形：（由冲压的圆环片叠加而成）优点：没有气隙，漏磁小，性能好。

缺点：线圈绕制麻烦，不易于机械化批量生产。

精密电流互感器都采用这种结构。

电流互感器的一次线圈结构也有2种：1）穿心式；2）固定式。

1）穿心式•在电流互感器的中心留一个窗口，使用时连接导线从中间穿过，作为互感器的一次线圈。

穿过窗口的导线的数目，就是一次线圈的匝数。

（可见，穿心式电流互感器本身没有一次线圈，而是根据实际需要临时绕制的）•优点：制作简单，使用方便。

•缺点：穿心导线在窗口中的位置不固定，互感器的性能不够稳定，因此准确度受到限制。

2）固定式•电流互感器的一次线圈和二次线圈的出线头都固定接在面板的端钮上。

•优点：由于线圈的位置固定，所以互感器的性能稳定。

•缺点：使用不如穿心式灵活方便，有时需要断开导线才能把互感器接入。

电流互感器的绝缘结构主要有3种：1）干式；2）浇注式；3）油浸式。

1）干式•干式绝缘只适用于户内的和低压的电流互感器。

精密电流互感器一般由于低压，因此也都采用干式绝缘结构。

2）浇注式•只用于户内的和20kV及以下的电流互感器。

结构紧凑，使用方便。

3）油浸式•用于户外的和35kV及以上电压等级的电流互感器，器身装在瓷箱内，箱内充油。

二、主要参数1）电流比•实际电流比K i ：电流互感器的一次、二次电流都有额定值，分别叫额定一次电流，额定二次电流。

•额定电流比K in ：21I 实际二次电流I 实际一次电流=i K 2n1nII =in K•互感器国家标准规定：电力系统用电流互感器的额定一次电流系列为：5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、（250、）300、400、（500、）600、（750、）800、1000—2500A。

•额定二次电流一般为5A，也有1A的。

仪用电流互感器的一次电流、二次电流除上述额定值外，还有：•一次电流：0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.75、1、1.5、2、2.5、3、4、6、7.5、25、60、120、250A•二次电流：0.5A、0.1A2）负荷•电流互感器的负荷，就是指电流互感器的二次所接的仪表、装置和联接导线的总阻抗Zn。

•对于各种电流互感器，都规定其负荷的标准值——额定负荷。

•电流互感器的负荷与电流互感器所接的一次线路上的负荷电流没有任何关系，只要互感器的二次接线不变，不管一次线路上的负荷如何变化，电流互感器的负荷都不变。

3）额定容量（S n ）•电流互感器在额定电流和额定负荷下运行时，二次所输出的容量。

•对于绝大多数电流互感器，其二次侧额定电流为5A ，因此：•这说明，额定容量和额定负荷之间只差一个系数，因此，额定负荷也可以用额定容量伏安数来表示。

nnn Z IS ⋅=22)(2552VA Z Z S n n n =⋅=国标规定，电流互感器的额定负荷有：5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100（VA）。

•对应于额定二次电流为5A的CT，额定负荷阻抗为：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4、3.2、4.0（Ω）。

•仪用电流互感器负荷一般为5、10或者15VA。

3）额定电压•指一次线圈所接线路的线电压。

（不是一次线圈两端的电压，而是一次对二次的绝缘电压）•额定电压只说明其绝缘强度，而与额定容量没有什么关系。

4）准确度•计量用电流互感器和保护用电流互感器的准确度表示有所不同。

•计量用电流互感器：0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、3和5级。

（按照允许的误差百分比）测量用电流互感器标准准确度等级及其误差限值准确级负荷范围％电流误差（±％）在下列额定电流百分数时相位误差（±分）在下列额定电流百分数时52050100120520501001200.1(25-100)%×S2n 0.40.2—0.10.1158—550.20.750.35—0.20.23015—10100.5 1.50.75—0.50.59045—30301 3.0 1.5— 1.0 1.018090—60603(50-100)%×S2n —— 3.0— 3.0—————5—— 5.0— 5.0—————保护用电流互感器：•一般保护用电流互感器是按照变换稳态短路一次电流设计的。

•由于铁芯中的磁通密度比测量用电流互感器高得多，励磁电流和二次电流中均含有不可忽视的高次谐波分量。

准确级电流误差±％相位误差±分复合误差％（在额定准确限值一次电流时）在额定一次电流时5P 160510P3—10一般保护用电流互感器的标准准确级及其误差限值准确级特点TPS 低漏磁，匝比误差不超过0.25%，控制二次励磁特性，无剩磁限值TPX 控制变换瞬态一次短路电流的总误差，无剩磁限值TPY 与TPX 级相似，但稳态剩磁不超过饱和值的10％TPZ只控制变换瞬态一次短路电流对称分量的误差，稳态剩磁可忽略不计瞬态保护用电流互感器是按照变换瞬态一次短路电流设计的，适合与高速动作的继电保护装置和断路器相配合。

%1002)(ˆ112⨯-=scN XY I i i K εTPX 和TPY 级的瞬态误差为：TPZ 级的瞬时误差为：—误差电流的最大瞬时值；%1002)(ˆ112⨯-=--scN Z I i i K ε)(12---i i K N （K N i 2－i 1）—误差电流的最大瞬时值；I 1sc —一次短路电流对称分量的有效值。

准确级电流误差（±％）相位差（分）TPX 0.5±30TPY 1±60TPZ 1180±18准确级TPX TPY TPZ 瞬态误差限值5%7.5％10％瞬态误差限制各准确级在额定电流和额定负荷下的误差限制保证瞬态误差的条件为：（1）系统短路回路的时间常数大于规定值；（2）一次短路电流对称分量的有效值不大于对称短路电流系数相应的电流值；（3）一次短路电流的非对称分量为任意值；（4）二次负荷不大于规定值；（5）工作循环不超出规定。

工作循环有C－O和C－O－C－O（C－短路，O－分断）两种方式。

t’—保护装置动作时间；t1 —短路电流持续时间；t2—无电流间隙时间；B dr —动态剩余磁通密度；对于TPX 级，由于稳态剩磁很高，不适用于有剩磁累积效应的C －O －C －O 工作循环。

下图为TPY 级在C －O －C －O 工作循环（两个C －O 具有同偏移同幅值的一次短路电流）下的磁通密度波形图。

受到剩磁的影响，后一个C －O 的磁通密度包络线不是F ，而是F’。

一次C －O －C －O 比C －O 更加严格。

N2N11U 2eR)(11i I )(22i I根据安培环路定律：式中：lH N i N i ⋅=-2211电流互感器的初级线圈一般为一匝或数匝，而次级线圈匝数N2较多。

为了便于测量，通常在次级接有检测电阻，将电流信号变换为电压信号。

如下图：H ——铁芯中的磁场强度；l ——磁路平均长度；i 、i ——初级和次级的瞬时电流。

测量用电流互感器工作原理'R mL 1mI 1 '2I 1I 1U mI 1 1I '2I 2I θ1U '2I 212'2I N N I =mI I I 1'21 +=假设次级折算到初级的电流有效值为，则式中，I 1m 为初级激磁电流。

因此，'21I I =2121I N N I =2121I N N I =理想情况下，激磁电感L 1m 为无穷大，I 1m ＝0。

则实际上，激磁电感L 1m 不可能为无穷大，因此总是存在激磁电流I 1m 。

因此实际并不能满足因此总是有一定的误差存在。

由上面的相量图可知，次级折算电流与初级电流的相位差θ为（角差）：mn L Z arctg 1'2ωθ=式中，n n Z NN Z 22221'2=——次级折算到初级的阻抗。

初级激磁电感l A N L m⋅⋅⋅=μμ0211次级激磁电感l A N L m ⋅⋅⋅=μμ0222μ——工作中铁芯的最大磁导率）m n n n mn L Z arctg l A N Z arctg l A N Z N N arctg L Z arctg 220222021222211'2ωμμωμμωωθ=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅==所以：次级检测电流与初级电流的幅值相对误差γ(比差)θθγcos 1cos 111-=-=I I I 0=θ把在附近展开成级数：θcos !21...!6!4!21cos 2642θθθθθ-≈-+-=一般来讲，θ很小，所以可忽略级数的高次项复合误差•由于实际使用的电流互感器的磁化特性是非线性的，使激磁电流和二次电流出现了高次谐波。

•如果仅仅使用相量图来表示电流互感器的误差，则无法计入各种谐波分量的影响。

因此在在国家标准GB1208－87中采用了一个新概念——复合误差。

•复合误差是电流互感器在稳态情况下两个瞬时电流之差的有效值。

通常以一次电流有效值的百分数表示，即：式中：I 1——一次电流有效值；i 1——一次电流瞬时值；i 2——二次电流瞬时值；T ——周期；K 1n ——额定电流变比。

%100)(11021211⨯-=⎰dt i i K T I T n o ε四、影响测量用电流互感器误差的因素1）电流对误差的影响从上面的误差表达式中，看不出电流对误差有任何的影响，似乎误差与电流的大小无关。