电子式互感器及电子式电能表相关知识及应用
电子式互感器综述
电子式电流互感器综述摘要：在数字化变电站中，为实现输出数字化、传输光纤化，出现了电子式电流互感器。
本文概述了电子式电流互感器的发展趋势，介绍了电子式电流互感器的原理和应用现状，分析了电子式电流互感器应用中面临的问题。
综合考虑后可知：电子式电流互感器必将得到广泛应用。
关键词：电子式电流互感器；发展趋势；原理；应用现状; 问题Abstract:In the digitized substation ,in order to realize the digital output,packtized transmission,the electronic current transformer is presented. This paper summarizes the development trend of electronic current transformer,introduces the principle and application situation of it,and analysis the problems in the application.After the comprehensive consideration,it’s concluded that electronic current transformer has a prosperous future of application.Key words: electronic current transformer; development trendency; principle; application；problems1.电子式电流互感器发展趋势现代电力系统正在走向数字化，作为数字电力系统的重要组成部分，数字变电站需要数字输出的互感器，需要光纤传输的互感器。
传感准确化、传输光纤化和输出数字化的互感器主流趋势必然导致了电子式互感器的诞生。
电子式互感器的工作原理及应用
电子式互感器的工作原理及应用
电子式互感器是采纳磁光、电光变换原理或由无铁芯线圈构成的新型互感器，它包括电流(电压）传感器、传输系统、二次转换器，具有模拟量输出或数字量输出。
目前，有别于传统（电磁式互感器或电容式电压互感器）的互感器，包括采纳磁光效应、洛氏线圈、小型号输出、全光纤传输等类型的互感器统称为电子式互感器。
1、电压互感器
通常采纳简洁的电阻分压原理或电容分压原理实现电压信号的采集。
专用的高压电阻或电容，实现了电压信息的高精度与高稳定性采集。
采纳屏蔽电缆或光纤电缆传输。
2、电流互感器
采纳光隔离绝缘，它依靠高压母线磁场自励供应传感工作电源，高压侧的测量、爱护线圈输出的电流信号经数字采样后通过光钎传至二次设备，凹凸压间实现了光隔离，永久性解决了绝缘隔离难题。
传感头采纳小型纳米晶磁芯线圈及罗高斯基爱护线圈，具有测量精度高，爱护范围宽，免于维护，工作稳定牢靠的优点。
3、电子式互感器的应用
电子式互感器通过信号处理箱接收传感头输出的模拟感应信号，经信号处理箱进行滤波、幅值、相位仪校准后变成标准输出信号，供应给计量、爱护和测量设备。
由于输出信号为小信号（毫伏级），不存在二次短路（开路）危急。
电子式电流互感器原理
电子式电流互感器原理
电子式电流互感器利用负载中的电流通过主线圈产生磁场，再由副线圈感应到的原理来测量电流。
其工作原理如下：
1. 工作原理：
电子式电流互感器由主线圈、副线圈、铁芯以及信号处理电路等部分组成。
当负载中有电流通过时，主线圈中会建立一个磁场。
2. 磁场感应：
主线圈产生的磁场会传导到副线圈中，副线圈中感应到的磁场与主线圈中的磁场方向相反，通过副线圈的磁场感应电流。
3. 信号处理：
通过增益放大器等信号处理电路将感应到的电流进行放大和滤波处理，然后将结果输出给后续的电路或设备进行处理或显示。
4. 铁芯的作用：
铁芯的存在可以加强磁场的传导效果，从而提高互感器的灵敏度和准确性。
5. 特点：
电子式电流互感器具有体积小、重量轻、精度高、能耗低的特点，适用于各种工业自动化控制系统中的电流测量和保护。
需要注意的是，在文中不能使用与标题相同的文字，以避免重复。
以上是电子式电流互感器的工作原理和特点的简要描述。
电能表知识点总结
电能表知识点总结电能表，又称电表，是用来测量电气能量消耗的仪表。
在现代社会中，电能表被广泛应用于工业、商业和居民用电等领域，用于计量电能的消耗和收费。
电能表技术的发展与电力行业的发展密切相关，随着科技的进步，电能表的功能和性能也得到了不断的提升。
本文将介绍电能表的基本原理、分类、结构、工作原理、精度等知识点，以帮助读者了解电能表的基本知识。
一、电能表的基本原理电能表是通过测量电流和电压的大小来计算电能的消耗。
在电能表中，电流和电压信号经过一系列的处理和变换，最终转换为可以显示和记录的电能消耗值。
电能表的基本原理可以分为两个部分：电流测量和电压测量。
1. 电流测量原理电流测量是电能表中的一个重要部分，其原理是通过电流互感器或者电流互感器来测量电路中的电流大小。
电流互感器是一种变压器，可以将高压电流转换为低压电流，并提供给电能表进行测量。
通过电流测量，可以得到电路中的电流值，从而计算出电能的消耗。
2. 电压测量原理电压测量是电能表中的另一个重要部分，其原理是通过电压变压器来测量电路中的电压大小。
电压变压器是一种变压器，可以将高压电压转换为低压电压，并提供给电能表进行测量。
通过电压测量，可以得到电路中的电压值，从而计算出电能的消耗。
二、电能表的分类根据电能表的使用方式和计量对象的不同，电能表可以分为多种类型。
常见的电能表主要有静止式电能表、多功能电能表和电子式电能表等。
以下是对这几种电能表的简要介绍：1. 静止式电能表静止式电能表，也称为机械式电能表，是一种使用机械结构进行计量的电能表。
它使用机械装置来测量电流和电压，通过传统的机械式表盘来显示电能消耗值。
静止式电能表的优点是结构简单、成本低廉，但缺点是精度低、维护困难。
2. 多功能电能表多功能电能表是一种具有多种功能的电能表，可以同时测量、记录和分析电流、电压、功率因素、功率等参数。
它可以提供更丰富的数据信息，适合于工业和商业用电场景。
多功能电能表的优点是功能丰富、精度高，但缺点是价格较高。
电子式互感器在电力系统中的应用
电子式互感器在电力系统中的应用摘要：随着电网系统的自动化、智能化和数字化水平不断提高，电磁式互感器已经日益不能满足系统的发展要求。
电子式高压电力互感器取代传统的电磁式互感器成为趋势。
文中阐述了电子式高压电力互感器的研究意义，介绍了电子式高压电力互感器的类型及发展历史和研究现状，介绍了混合电子式高压电力互感器的应用情况。
关键词：电网；智能化；互感器；0.引言互感器是为电力系统进行电能计量、测量、控制、保护等提供电流电压信号的重要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、稳定和经济运行密切相关，是电力系统必不可少的设备。
随着电力工业发展，电力传输系统容量不断增大，电网运行电压等级越来越高。
目前，我国运行的最高电压等级是1000KV的交流输电线路和800KV的直流输电线路，数字化变电站成为变电站自动化技术的发展趋势。
1.电子式高压电力互感器研究的意义1.1传统互感器的缺点高电压、大电流的测量对于电力系统安全、经济地运行具有重要的意义。
准确地测量各种电压、电流值是电能测量、继电保护、系统监测诊断以及电力系统分析的前提条件。
电力互感器，包括电压互感器和电流互感器，是电力系统中进行电能计量和获取继电保护信号的重要设备。
随着电力系统的发展，发电和输变电容量不断增加，电网电压不断提高，对电流和电压互感器提出了许多新的和更加严格的要求，而传统的电磁式电力互感器己越来越不适应这种发展情况，在运行中暴露出一系列严重缺点：①绝缘结构复杂，体积笨重，造价高。
特别是用于超高压系统并且要满足大短路容量的动稳定及热稳定要求时。
②传统互感器测量稳态电流时，线性度是很好的，但是由于线路中暂态时存在直流电流，使得电流互感器易发生饱和，造成测量误差。
③电压互感器可能出现铁磁谐振，损坏设备。
④由电流、电压互感器引至二次保护控制设备的电缆是电磁干扰的重要藕合途径。
⑤采用油浸纸绝缘易燃、易爆不安全。
⑥电磁式电流互感器的二次侧输出对负荷要求很严格，若二次负载较大，测量误差就增大，准确度下降。
电子式电度表知识
机械式电能表和电子式电能表比较一、工作原理:目前使用的电能表有两种:一种是机械式电能表(又称感应式电能表）,一种是电子式电能表。
它们由于出现的年代不一样，因而其工作原理截然不同。
机械式电能表的工作原理是:当电能表接入电路时，电压线圈和电流线圈产生的磁通穿过圆盘,这些磁通在时间和空间上不同相，分别在圆盘上感应出涡流，由于磁通与涡流的相互作用而产生转动力矩使圆盘转动，因磁钢的制动作用，使圆盘的转速达到匀速运动，由于磁通与电路中的电压和电流成正比例，使圆盘在其作用下以正比于负载电流的转速运动，圆盘的转动经蜗杆传动到计度器，计度器的示数就是电路中实际所使用的电能。
电子式电能表是近几年随着电子工业的发展而出现的，它是利用电子电路/芯片来测量电能;用分压电阻或电压互感器将电压信号变成可用于电子测量的小信号，用分流器或电流互感器将电流信号变成可用于电子测量的小信号，利用专用的电能测量芯片将变换好的电压、电流信号进行模拟或数字乘法，并对电能进行累计，然后输出频率与电能成正比的脉冲信号；脉冲信号驱动步进马达带动机械计度器显示，或送微计算机处理后进行数码显示。
二、电能表简单分类：电能表是专门用来测量电能累积值的仪表，电力企业用以计量发电量，用电量、供电量、损耗电量、销售电量等数值均依赖于电能表。
所以有人也把电能表比作电力工业销售产品的一杆秤。
上面所说的机械式电能表与电子式电能表是按照电能表的结构原理进行分类的，也是最常用的分类方法。
除了这种分类之外，电能表还可以按以下标准进行分类：1、按照所测不同电流种类可分为：直流式和交流式二种。
2、按照电能表的用途可分为：单相电能表、三相有功电能表、三相无功电能表、最大需量表、复费率电能表、损耗电能表。
3、按电能表的接线方式不同可分为：直接接入式、经互感器接入式、经万用互感器接入式；同时也分为单相、三相三线和三相四线等。
4、按照电能表的等级划分为：普通有功电能表(0.2或0。
2S级、0.5或0。
电子式电流互感器的基本原理及应用
经济性好。在电压等级升高时，成本只稍有增加。 可以组合到断路器或其他高压设备中，共用支撑 绝缘子，可减少变电站的占地面积。
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电子式电流互感器的需求更迫切
故障情况下，传统互感器的测量都有不同程度 的失真，但电流互感器远比电压互感器严重。 光学互感器采用光纤传输，而光纤传输方式对 于电流互感器可以大幅度简化绝缘结构和降低 制造成本，对于电压互感器却达不到此种效果。 电力系统中，电流互感器的数量远多于电压互 感器，市场规模更大。
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法拉第效应
1864年，法拉第发现在磁场的作用下，本来不具 有旋光性的物质也产生了旋光性，即光矢量发生 旋转，这种现象称作磁致旋光效应或法拉第效应。
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法拉第效应
VH sl
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V 维尔德(Verdet)常数 n
Hs
l 磁场在光传播方向的分量 光通过物质的光程
采用油浸纸绝缘，易燃易爆，不安全；
电磁式电流互感器的二次侧输出对负载要求严格， 若二次负载较大，测量误差就增大，准确度下降； 传统互感器的模拟量不能直接与计算机相连（电 流互感器模拟量输出为5A或1A） ，难以满足新 一代电力系统自动化、数字化的发展需要。
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电子式互感器的优势
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法拉第效应
目前尚无高精度测量偏振面旋转角的检测器， 因此，通常将线偏振光的偏振面角度变化的信 息转化为光强变化的信息，然后通过光电转换 将光信号变为电信号，并进行放大处理，以正 确反映最初的电流信息。 一般用光电探测器(检偏器)将角度信息转换为 光强信息。为此必须先用起偏器将光变成线偏 振光，经被测磁场后用光电探测器求光强信息。
电子式电压互感器及其在智能变电站中的应用研究
电子式电压互感器及其在智能变电站中的应用研究1电子式互感器的定义及分类 1.1电子式互感器的定义电子式互感器是具有模拟量电压输出或数字量输出供频率15～100Hz的电气测量仪器和继电保护装置使用的电流/电压互感器。
顾名思义，电子式互感器分为电子式电流互感器和电子式电压互感器两种其通用框图如图1所示。
在图1中，一次传感器产生与一次端子通过电流或者电压相对应的信号，经过一次转换器传送给二次转换器，然后二次转换器将传输系统传来的信号转换为供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置的量。
1.2电子式互感器的分类在图2中，如果一次转换器是电子部件需要一次电源供电，则称此类电子式互感器为有源电子式互感器；如果一次传感器是光学原理的光纤传输系统，可以直接将光测量信号送出无需一次转换器，当然也无需一次电源，则称此类电子式互感器为无源电子式互感器。
1.3电子式互感器的性能特点电子式互感器具有如下几个方面的性能特点：绝缘性能非常好，由于不含铁芯其造价也比较低，而且不存在铁磁谐振和铁芯饱和等其他相关问题；安全性能比较高，不会因充油等问题发生易燃、易爆等危险现象；低压侧与高压侧的二者之间不存在开路高压的危险；通信能力比较强，可以很好的满足智能化、数字化以及网络化技术的需要；暂态响应速度十分迅速而且频率响应范围也比较宽；具有体积小、重量轻和装置结构紧凑的特点；各项功能模块相对独立，易于安装和维护；不易受电磁信号的干扰，信号传输距离比较远；固态精度和稳态精度都比较高。
2分析电子式互感器应用于数字化变电站存在的技术问题 2.1电磁兼容问题由于现在电子式互感器所使用的电子元件，其电磁兼容标准普遍较低，因此大大降低电子式互感器的抗电磁干扰能力。
2.2保护校验设计相对复杂的问题当前，电子式互感器应用于数字化变电站存在的另外一个技术问题就是保护校验设计相对复杂的问题，数字化变电站运行对单间隔的保护校验要求比较高，实现起来相对比较困难，因为经电子式互感器测量的电压数据值和电流数据值都必须经过合并器后才能进入相应的保护装置，而且需要多台的合并器，这样一来，相应的保护校验设计就相对比较复杂，所以还需要解决保护校验设计困难的问题，使其能更好的促进电子式互感器在数字化变电站中的应用。
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二、电子式电流互感器
六盘水供电局
主要类别 传感原理 关于频带的结论
材料结构
关于饱和的结论 总结论
电子式电流互感器的品质
低功率铁心线 圈电流互感器
LPCT
罗可夫斯基线 圈电流互感器
RCT
Faraday电磁感应原理
低频与高频都存在
铁心线圈
空心线圈
饱和 差
没有 中
光学电流互感器OCT
Faraday磁旋光效应 高频存在 玻璃(晶体) 镀膜玻璃 光纤线圈 没有 好
二、电子式电流互感器
六盘水供电局
CT供电+激光供能方式存在的问题： 1. 线路检修后合闸时，CT供能需要一个较长的建立 时间，此时只能靠激光供能，若此时激光二极管失 效，互感器将不能工作，建议采用2个激光二极管， 一主一备；
2. CT和激光二极管的切换控制必须有一个合理的供 电无法正常工作。控制策略，不能出现供能的“真 空”。
二、电子式电流互感器
铁心线圈低功率电流互感器 B
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• VS 与被测电流 I 成正比
电流-电压转换器 高阻
R VS
Rb
铁芯线圈
电流I
特点：1. 提供电压输出； 2. 低功率互感器； 3. 动态范围大； 4. 体积小。
Vs
Rsh
Np Ns
I
二、电子式电流互感器
铁心线圈低功率电流互感器
六盘水供电局
一、电子式互感器概述
六盘水供电局
一、电子式互感器概述
六盘水供电局
一、电子式互感器概述
六盘水供电局
➢电压等级越高电子式互感器优势越明显 ➢中低电压等级使用电子式互感器意义不大
• 安全优势： • 绝缘结构简单，无爆炸、无二次开路危险 • 成本优势： • 220kV以上时，绝缘成本大幅降低 • 大量采用光纤，成本低 • 性能优势： • 动态范围大，无死区，频带响应宽
六盘水供电局
光原理ECT
Faraday 电磁感应原理
Faraday 磁旋光效应
赛格耐克效 应
空心线圈
铁心线圈
开环块状 磁光玻璃
闭环 磁光玻璃
光纤环
罗可夫斯基线圈 电流互感器 （RCT）
低功率铁心线圈 电流互感器 （LPCT）
自适应光学 电流互感器 (AOCT）
光学电流互感器 (OCT）
全光纤电流互感器 (FOCT）
六盘水供电局
一、电子式互感器概述 二、第电一子节式电电能流计互量装感置器基本概念 三、电子式电压互感器 四、 电子式互感器应用实例 五、 电子式电能表基础知识 六、 电子式电能表应用
二、电子式电流互感器
电子式电流互感器的基本类型
法拉第 (Michael Faraday) 1791年－1867年
电原理ECT
二、电子式电流互感器
有源电子式互感器的供电方式总结
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功电方式
供电原理
主要缺点
CT供电
利用特殊CT从母线上感应电压，经整 散热（大电流）
流、滤波、稳压后供电
死区（小电流）
电容分压供电
利用电容分压，经整流、滤波、稳压 后供电
电气隔离
激光供电 组合供电
低压侧通过光纤传输光能，由光电池 能量有限/
逆压电
效应型
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一、电子式互感器概述
六盘水供电局
一、电子式互感器概述
电子式互感器定义：
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是具有模拟量电压输出或数字量输出，供频率15Hz~100Hz的电气测量仪器和继电保 护装置使用的电流电压互感器。 电子式互感器具有模拟量输出标准值（如225mV）和数字量输出标准值（如2D41） 。 电子式互感器的精度等级和传统基本一致。
有源电子式电流互感器技术难点：高压侧电子电路供能问题
供能方案：1. 利用CT从输电电路上取电能；(常用，较成熟) 2. 利用电容分压器从母线上取电能；(一般用于组合型) 3. 蓄电池供能；(常用作辅助电源) 4. 激光供能方式。(常用，一般与CT取能配合使用) 5. CT供电+激光供能(当前广泛采用的方案)
电子式互感器和电子式 电能表相关知识及应用
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一、电子式互感器概述 二、第电一子节式电电能流计互量装感置器基本概念 三、电子式电压互感器 四、 电子式互感器应用实例 五、 电子式电能表基础知识 六、 电子式电能表应用
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一、电子式互感器概述 二、第电一子节式电电能流计互量装感置器基本概念 三、电子式电压互感器 四、 电子式互感器应用实例 五、 电子式电能表基础知识 六、 电子式电能表应用
一、电子式互感器概述
P1
电子式互感器基本结构：
P2
一次电流 传感器
一次 转换器
一次电源
• 按一次传感部分是否需要供电划分 – 有源式电子互感器 – 无源式电子互感器
• 按应用场合划分 – GIS结构的电子互感器 – AIS结构(独立式)电子互感器 – 直流用电子式互感器
六盘水供电局
传输系统
二次转换器 供合并单元用
MR
IV
S1
二次转换器 模拟量电压出
MR
EF S2
二次电源
一、电子式互感器概述
电子式互感器按原理划分：
电流互感器
法拉第电磁 感应原理
Rogowski 线圈
低功率线圈
有源式
电容分压
电压互感器 电
子
电阻分压
式
互 感
法拉第磁旋 光效应
磁光玻璃型
器
电流互感器
赛格耐克 效应
全光纤型
无源式
普克尔
效应型
电压互感器
激光供能方式存在的问题：
1. 光电转换器(光电池)效率不高(30%~40%)，激光二极管输出功率受到限制（ 0.5~1W）； 2. 光电转换器件造价较昂贵，且大功率激光二极管的寿命有限，长期工作在驱动 电流比较大的状态容易退化，工作寿命降低。
CT供电方式存在的问题：
1. 大电流时的散热问题，一次电流过大时，容易引起二次导线发热，严重时可以 导致二次导线烧毁； 2. 死区问题，再一次导线电流较小时，CT供电无法正常工作。
传统电磁式电流互感器IsrNຫໍສະໝຸດ NsIprI/I变换
具备低功率输 入接口的设备
Vsr
Rsh
Np Ns
I pr
I/V变换
铁心线圈低功率电流互感器
对电磁式电流互感器的改进
二、电子式电流互感器
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罗可夫斯基空心线圈电流互感器
B
线圈感应电压
空心线圈
被测电 流
e(t) d k(dI )
dt
dt
e(t )
电流 I
• 空心线圈的感应电压与被测电流的导数 成正比（ Rogowski，1912年）
四条基本假设：1. 二次绕组足够多； 2. 二次绕组在一定的圆形非磁性材料骨架上对称均匀； 3. 每一匝绕组形状完全相同； 4. 每一匝绕组所在平面穿过骨架所在的圆周的中心轴。
二、电子式电流互感器
六盘水供电局