第五章电气测量技术

U2n的输出范围统一为0-100 (或100/1.732，100/3)V
零序电压绕组的额定电压是指供大电流接地系统用的电压 互感器的零序电压绕组能长期工作的电压，规定为0-l00V
6
电磁式电压互感器技术参数
准确度等级
电压互感器容许误差的极限值
准确度等级
一次绕组电压为一次 额定电压的百分数(%)
误差限值
4
电磁式电压互感器（PT）
•
U1
电磁式电压互感器简称PT（Potential
W1
Transformer）或TV，其工作原理运用
电磁感应原理原副边磁耦合将交流高压
变为低电压
一、二次绕组上分别感应的电动势为：
0
W2
E1 4.44 fW10 108 E2 4.44 fW20 108
KU
E1 E2
W1 W2
第五章 电气测量技术
本章主要内容
交流电气参量的测量技术： 5.1 交流高电压的测量方法 5.2 交流大电流的测量方法 5.3 频率、周期、相位、有效值（平均值）
及功率的常用测量方法 5.4 电力设备绝缘参数的测量方法
2
5.1 交流高压的测量方法
交流高电压的测量方法
➢电磁式电压互感器（PT） ➢电容式互感器（CVT） ➢光学电压传感器（OVT）
角差
•
m
fu
U2 U1 KU U1 KU
100
KUU2 U1 U1
100(%)
K U1 U2
fu
KU K
K
100(%)
9
电磁式电压互感器测量误差分析
当电压互感器空载时
f0
IaR1 I r x1 U1
100 %
0
IrR1 I a x1 U1
3438 '
当负载为Zb时
K K
fU
R1
20
0.75
45
25～100
100～120
0.50
30
10
2.0
120
1
20
1.5
90
25～100
100～120
1.0
60
3
50～120
3.0
未规定
50～100
25
电磁式电流互感器误差分析
理想电流互感器的一次安匝和二次安匝在数值上相等，在
相位上相差180°
•
•
I1 W1 I 2 W2
•
•
I1 W1 I 2 W2 0
实际的电流互感器工作时有励磁电流
•
•
•
•
•
•
I1 W1 I 0 W0 I 2 W2 I1 W1 I 2 W2 I 0 W0
•
I 0 W0称为励磁安匝，是产生电流互感器误差的根源
26
电磁式电流互感器误差分析
•
0
B
DC
•
•
Ia Ir
•
I1
•
I0
90 ( )
A
•
I2
I
F
O
电流互感器的相量图
17
5.2 交流大电流的测量方法
交流大电流的测量方法
➢电磁式电流互感器（CT） ➢罗哥夫斯基（Rogowski）线圈 ➢光学电流传感（OCT）
19
电磁式电流互感器（CT）
电磁式电流互感器简称CT（Current Transformer）或TA， 用于交流大电流变为小电流，扩大交流电流表、功率表和 电能表的量程
通过作图法求比差角差
以O为圆心，OB为半径，作圆弧交横轴于D点，AD即为相量
•
I1
W1
与
•
I2
W2之间的算术差，即是电流互感器的绝对误差。
再从B点向横坐标引一垂线与横轴交于C点，因
用AC就可以近似地代替AD，于是求得
1
角通常很小，
I AC I0 sin( a)
•
I1 I2 I0 sin( a)
比差(%)
角差(′)
0.1
80～120
士0.1
士5
0.2
80～120
士0.2
土10
0.5
85～115
士05
土20
1
85～115
士1.0
士40
3
100
士30
未规定
二次负载为额定 负载的百分数(%)
25～100 25～100 25～100 25～100
额定负载 额定负载也叫额定容量，是按照其准确度等级制造的容量， 是当二次电压为额定值时，规定允许接人的负载，通常用视 在功率单位VA数表示。在额定二次负载下，电压互感器的误 差应符合其准确度等级的规定
220/ 3 kV
C1 C11 C12 C2
N
F
接载波装置 X
L
CVT组成示意图
CVT优点
T
1.造价低（110 kV及以上
1a 产品）； 1n 2.可兼顾电压互感器和电
2a 2n
力线路载波耦合装置中的
da 耦合电容器两种设备的功
D
能；
dn
3.能可靠阻尼铁磁谐振；
4.具备优良的瞬变响应特
性等
14
电容式互感器（CVT）
•
U1
W1
0
W2
V
20
电磁式电流互感器（CT）
•
I1
R1
•
U1
x1
B
•
I0
•
•
Ia
Ir
•
E1
g0 b0
H
•
I2
R2
•
E2
x2
Rb
•
U2 xb
B
H
把电阻、漏抗、励磁电流和铁芯损耗移至绕组外面的电流互感器等值电路图
一次绕组阻抗 Z1 R1 jx1
二次绕组阻抗Z2 R2 jx2
Z2换算到一次侧后的阻抗
•
•
U2 K21 U2
2 电流互感器T形等值电路
由等值电路图有
•
•
•
U1 I1(R1 jx1) E1
•
•
U2 Z2 I2 (R2 jx2 )
22
电磁式电流互感器（CT）
根据能量守恒定律
故
I1W1=I2W2
U1I1 = E2I2
U1 为加于一次绕组两端的电压， 它等于反电动势E1
E1I1= E2I2
由于I2
I2
W1 W2
比差
f1
I0 I1
sin(
a)
100
%
由于OF=AC，比差还可以表示为
f1
I0
cos a
Ir cos(900 I1
a)
100
29
I0
cos a I1
Ir
sin
a
100(%)
电磁式电流互感器误差分析
三角形OBC中有
sin 1
I BC I1
I0 cos(a )
I1
式中角a与负荷功率因数角 b 大小有关； 角为损耗角
准确度等级
一次电流为额定电流 的百分数(%)
误差限值
比值差(士%)
相角值（′）
二次负载为额定负载 的百分比数(%)
5
0.4
15
10
0.25
10
0.1
20
0.20
8
25～100
100
0.10
5
120
0.10
5
10
0.5
20
0.2
20
0.35
15
25～100
100～120
0.20
10
10
1.0
60
0.5
电磁式电流互感器在使用时二次侧不允许开路
当运行中电流互感器二次侧开路后，一次侧电流仍然不变，二次侧电流等于零，则二次电流产生的 去磁磁通也消失了。这时，一次电流全部变成励磁电流，使互感器铁芯饱和，磁通也很高，将产生以 下后果：
（1）由于磁通饱和，其二次侧将产生数千伏高压，且波形改变，对人身和设备造成危害。 （2）由于铁芯磁通饱和，使铁芯损耗增加，产生高热，会损坏绝缘。 （3）将在铁芯中产生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去准确性
12
电容式互感器（CVT）
电容式电压互感器简称CVT（Capacitor Voltage Transformers），主要利用电容器的分压作用将高电压按 比例转换为低电压
+
C1
Ui
+
Ui
C1 C2 C2
Uo
C2
UO
V
-
-
电容式电压互感器原理
13
电容式互感器（CVT）
实际应用CVT主要由电容分压器（包括主电容器C1，分压电 容器C2）、中间变压器（T）、补偿电抗器L、保护装置F及 阻尼器D等元件组成
ZN Zb
f0
fN cosb
0.02910
N
sinb %
U
0
ZN Zb
0
N cosb
34.38
f0
fN sinb '
11
电磁式电压互感器的安装及使用
a)
b)
c)
电压互感器主要安装方式
图（a）用于单相电压的测量。图（b）用于三相电压的测量，图（c）用于线电压的测量
电压互感器在使用的时候要注意二次绕组不许短路
K1
I1N I2N
100 5
额定容量是额定二次电流I2N通过二次额定负载Z2N时所消耗
的视在功率S2N
S2N
I
2 2N
Z2
N
额定电压是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效 值)，它应不低于所接线路的额定相电压
24
电磁式电流互感器主要技术参数
准确度等级：电流互感器变换电流总是存在着一定的误差， 根据额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确度等级
7
电磁式电压互感器测量误差分析
•
I1
R1
•
U1
•
•
x1
I1
I2
R2
•
I0
•
•
Ia
Ir
W1 0 W2
g0
b0
•
E1
•
E2
x2
Rb
•
U2 xb
Z1 R1 jx1 Z2 R2 jx2 Zb Rb jxb
电压互感器的等值电路图
I1 I1 I0 U1 E1 I1 R1 jx1
U2 I2 (Ra jxb )
f1
I2 I1
I1 / K1 / K1
100
K1I2 I1
I1
100 %
K I1 I2
f1
K1 K
K
100%
了计算上的方便，比差也可表示为
f1
I1W2 I1W1 I1W1
100 %
28
电磁式电流互感器误差分析
相角误差简称角差，它是旋转180°后的二次电流相 量与一次电流相量之间的相位差，用符号1表示
Z 2 K122 Z 2
K12
Байду номын сангаас
W1 W2
Z2 R2 jx2 k122 (R2 jx2 )
21
电磁式电流互感器（CT）
•
1
I1
•
U1
•
R1
x1
I2
•
Z1
I0
•
•
Ia
Ir
•
•
E1 E2
g0
b0
R2
x2
2
Z2 Rb
•
U 2
Zb
xb
1
换算到一次侧后的二次电流
和电压分别为：
•
•
I2 K21 I2
b
•
E2 •
• j I2 x2
•
U 2
I2 R2
•
j I2 xb
•
•
I2 Rb
I2
将折算后的二次电流旋转180°后与一次电流相比较两者 不但大小不等，而且相位不相重合，即存在两种误差，
称为比值误差f1和相位误差
27
电磁式电流互感器误差分析
比值误差简称比差，用f1表示，它等于实际的二次电流与折 算到二次侧的一次电流之间的差值，与折算到二次侧的一次 电流的比值，以百分数表示
V
理想电压互感器变比为：
电压互感器接入电路原理图 W1—一次绕组匝数；W2—二次绕组匝数
5
K
U1N U2N
E1 E2
W1 W2
KU
电磁式电压互感器技术参数
绕组的额定电压及额定变比 一次绕组额定电压是指加于三相电压互感器或三相系统 线间用的单相电压互感器的一次绕组上的线电压，是绕 组能够长期工作的电压，是电网的额定电压 (如10kV， 35kV ，110kV，220kV，330kV，500kV，1000kV等) 二次绕组额定电压是指三相电压互感器和供三相系统线间 用的单相电压互感器二次绕组的长期工作电压，二次电压
通常1 很小，sin1 1
1
I0 I1
cos(a
) 3438()
由于EF=BC，角差也可以表示为
1
Ir
cos a I1
Ia
sin a
3438()
上述表示式表明，电流互感器的比差与角差与励磁电流的
两个分量Ia、Ir大小有关，且与角a和 角有关
30
电磁式电流互感器的安装及使用
电流互感器变比相角误差测量图 图（a）用于单相电流的测量。图（b）用于三相电流的测量，图（c）用于不平衡电流的测量
电容式电压互感器实物图
15
分压原理测量高电压的其他方式
阻容分压
C1
R1
Vi
R2
C2
放大器
电阻分压
R1
Ui
+
R2
Uo
-
R2
W ( j) Z2
1 jC2R2
Z1 Z2
R1
R2
1 jC1R1 1 jC2R2
Ui
R1 R2 R2
Uo
16
光学电压传感器（OVT）
光学电压互感器（Optical Voltage Transducer：OVT）又称为 无源电子式电压传感器，采用的传感机理是晶体的线性电光 效应（Pockels效应）。Pockels效应是指晶体在电场作用下， 透过晶体的光发生双折射，这一双折射快慢轴之间的相位差 与被测电压呈正比关系，将Pockels元件直接连接到被测电压 的两端，经光电变换及相应的信号处理便可求得被测电压。 OVT实现的技术关键是如何提高OVT的温度稳定性、长期运 行的可靠性以及测量的精度。 影响OVT稳定性与可靠性的主要取决于传感晶体和工作光 源的温度特性以及传感头的加工和传光光纤的振动。
8
电磁式电压互感器测量误差分析
•
U1
•
I1 x1
•
I1 r1
•
E2
1
•
I2 N2
O
2
•
• U2 I2 r2
•
I0 N1
•
I2 x2 • E2
电压互感器变比、相角误差相量图
•
I1 N1
•
I2 N2
•
•
K12 U2 与一次电压U1
大小不等，相位不重合，
电压互感器存在比差与角差
比差fu以百分数来表示
而
E1 4.44 fBmSW1 108
I1 W1 I2 W2
互感器的额定电流比(简称额定
变比)
KI
W1 W2
被测电流I1等于接在二次绕组的电流表
读数I2乘以电流互感器额定电流变比
E2 4.44 fBmSW2 108
I2 KI I2
23
电磁式电流互感器主要技术参数
额定电流比指一次额定电流与二次额定电流之比
2
12
R2
cosb
x1
2
12
x2
sin
b
I2 U2
100
%
K K
U
R1
2
R2 sinb
12
x1
2
12
x2
cosb
I2 U2
3438'
10
电磁式电压互感器测量误差分析
电压互感器在现场实际运行时，只需测量出实际二次负 载Zb及其功率因数角b ，即可计算出比差角差
fU
f0