电子式电流互感器数字校验仪设计
电流互感器设计
电流互感器设计：CT在大多数开关电源中，电流互感器将会指出趋势、变动或者峰值，而不是绝对数量。
在准确度不是是最主要的情况下，可以采用非常简单的设计和绕线技术。
优点：良好的信噪比，控制与被监测线路之间隔离，良好的共模抑制，在大电流中不会引入过大的功率第一种类型，单向电流互感器第二种类型，交流电流互感器，不能存在有直流分量。
第三种类型，反激式电流互感器，在电流脉冲非常窄的情况下是特别有用。
第四种类型，直流电流互感器，能够用来测量大电流直流输出电路的电流，且损耗很低。
对于电流互感器需要较大的电感、较小的磁化电流以及较准确的测量。
在限流的应用中，10%的磁化电流是一个典型的设计限制值。
这个磁化效应在单向电流互感器最容易表现单向电流互感器设计步骤1计算（或观察）在电流信号波形的顶部，被测量的原边峰值电流和斜率 di/dt。
步骤2在一定大小的电流值下，选择电流互感器副边电压值（应该尽可能低，且包括二极管压降，典型地步骤3 选择高导率磁芯材料（易获得大电感量）低的剩磁 Br 和初始尺寸。
电流互感器初级绕组的电流 ip 与次级电流 is 成正比为了使检测电流转换成电压，可在 Ns 线圈连接一个电阻 Rs，Rs 两端的电压 Vrs 与 ip 成正比，即电流互感器的绕制公式 ip*Np = is * Ns = 安*匝初级电流 ip [A]初级匝数 Np次级电流 is[A]次级匝数 Ns101100通常 Ns 在 200 以上0.000.10#DIV/0!通常线径 > 0.127mm(36AWG)应用电路电参数副边负载电阻值 R2 =2Ω二极管正向压降 VD =0.6V二极管反向耐压 =50V电压降会影响磁芯复位时间加长电阻上产生的电压(检测输出) Vrs =0.200V在初级绕组上产生的电压降 Vp =0.008V注意：此迅速恢复的磁心允许正激磁复位放电电阻 R1 =500Ω很清楚，选择R1的值以得到必需的上的反向反激电压大电流中不会引入过大的功率损失。
电流互感器的设计
CT设计计算说明I1n-----额定一次电流I2n-----额定二次电流A S----铁芯截面积;cm2L C----平均磁路长;cmN K----控制匝数N L----励磁匝数r2-----二次绕组的电阻L2*N2r2=ρ55 ，ΩS2式中ρ55-----导线在55℃时的电阻系数, Ω·mm2/m，铜导线ρ55=0.02 ; ρ75=0.0214 L2-------二次绕组导线总长, m ;N2-------二次绕组匝数;S2--------二次绕组的导线截面积, mm2 。
X2----二次绕组的漏电抗; X2选取当I1n≤600A 时X2≈0.05～0.1ΩI1n≥600A 时X2≈0.1～0.2ΩZ2 ----二次绕组组抗Z2=√r22+ X22U2 ----二次绕组组抗压降U2=I0×Z2; VU0 ----二次绕组端电U0=U2+E2JG; VE2JG----二次极限感应电势;V(IN)1n------额定一次安匝(IN)2n------额定二次安匝N1n---------一次绕组额定匝数N2n---------二次绕组额定匝数W2n---------额定二次负荷标称值Z2n---------额定二次负荷; Z2n= W2n/ I2n2{例50(V A)/5(A)2=2}Z2min-------最小二次负荷; Z2min=1/4 Z2nR2n --------额定二次负荷有功分量; R2n=Z2n cosφ2=0.8Z2n,ΩR2min ------最小二次负荷有功分量; R2min=Z2min cosφ2=0.8Z2min,ΩX2n --------额定二次负荷的无功分量;X2n=Z2n cosφ2=0.6Z2nX2min ------最小二次负荷的无功分量;X2min=Z2min cosφ2=0.6Z2minR2ε--------二次回路总电阻; R2ε= r2+R2n;ΩR2εmin ------二次回路最小电阻; R2εmin= r2+R2min;ΩX2ε--------二次回路总电抗; X2ε=X2+X2n;ΩX2εmin ------二次回路最小电抗; X2εmin= X2+X2minn;Ωα----------二次回路阻抗角; α= arctg X2ε/ R2ε= tg -1(X2ε/ R2ε)；（ο)α----------二次回路阻抗角; α= arctg X2εmin/ R2εmin= tg -1X2εmin/ R2εmin；（ο) Z2ε--------二次回路总阻抗; Z2ε=√R2ε2+X2ε2;ΩZ2εmin-------二次回路总阻抗; Z2εmin=√R2εmin2+X2εmin2;ΩI1/ I1n(%) 额定一次电流百分数对准确级为0.1∽1级额定二次负荷时列 5 ,20 ,100 ,120 ;四个数最小二次负荷时列120 一个数对准确级为3或5级额定二次负荷时列50, 120 二个数最小二次(IN)0---负荷时列120 一个数对保护级只在额定二次负荷时列100 一个数I2--------对应额定一次电流百分数的二次电流E2------与二次电流相对应的二次绕组感应电势E2=I2Z2ε或E2=I2Z2εmin , VB------对应不同E值的铁芯磁通密度45×E2B= ,T 1T(特斯拉)=104GS(高斯)N2n×Ac(IN)0/cm---单位长度的励磁磁势根据磁通密度B按选定铁芯材料的磁化曲线查出(IN)0----铁芯总的励磁磁势(IN)0=(IN)0/cm×L Cθ(ο)----铁芯的损耗角,跟据磁通密度B或单位长度的励磁磁势(IN)0/cm由磁化曲线查出。
互感器校验仪谐波的抑制力与检测
辽宁
交流稳压器稳压 ，“ 削顶 ”更重 ，３ 次谐波成 分更大。电网本身负载或经稳压器 输出
的 负 载 越 大 ， 真 越 大 。 检 测 ， 电 的波 形 失 真 约 为 １ 失 经 市 ％～４ 经 稳 压 后 可 达 ６ ％， ％。
因互感器所需功率较 大， 改善测试信号 的失真较 难 ， 只好 对校验仪提 出抑制谐波 故
２ ，谐 波抑制 能力的检 测方法
“ 程 ） 定 的检 测 方 法 是 ：差 值 回路 与 谐 波 源 连 接 ，谐 波 信 号 为 等量 的 ３次 规 ）规
谐波和 ５ 谐波叠加 ，信 号强度 调节到使仪器的测量读数 达到满度值的 １ ５ 次 ／ ，然后
改 用 工 频 信 号 输 入 ，使 其 强 度 也 达 到 满 度 值 的 ｌ ５ ／ ，两 次 信 号 有 效 值 之 比用 分 贝 表 示 ，所 得 结 果 应 符 合第 四 条 规 定 。这 个 方 法 好 像 也 欠 妥 。
的要求 。
《 Ｊ ６ —１９ 互感器校验 仪国家检定规程》 （ ＪＧ１９ ９ ３ 以下 简称 《 规程》 ）要求检测 电
源 的波形失真不大于 ５ ％，从 理 论 上 讲 ，５ ％的 ３ 谐 波 对 检 波 器 最 大 可 能 引 入 的 平 次
均波形 误差为 ５ ％÷３ ．％。 ＝１ ７ 从仪器工作原理分析和计算 ， 波形失真 对相 位分离的 影 响比对检 波 电路要大 ，在最不利的情况可 能会达 到失真度 ，即 ５ ％的失真 ，可能 产生５ ％的测量误差 。检 波 电路引入的误差主要影 响比差 ，而相位 分离引入的误差 主要影 响角差。交叉影响也存在 ，但 根据分析和实验 ，相对小一 些。 几年来计量人 员做过 多次 实验 ，实验结果都证明 ：５ ％的失真 ，最大可引入的 相位误 差不 超过 ３ ％，而检波 电路引入的误 差更小 。这就是说比上面 分析 和计算的 误差都小些 。这不难理 解 ，因为测试信号含有少量高次谐 波，谐波次 数越高 ，检波 电路 引入 的误 差越小 ， 而且 更为重要的是 ， 较难产 生其 谐波相对基波 的相位正 好能 使校验仪 的检波 误差和相位误差达到上述理 论极限值的失真波形 。 谐 波失 真对相位分离的影 响巳成 为主要矛盾。 相位分离 电路不同 ， 响也 会不 影
浅析互感器校验仪的使用技术要点
２ ６・ ０
价值 工程
浅 析 互感 器 校验 仪 的使 用 技术 要点
Ａｎａ ｙ ｉ ｎ ｉ ｇ Ｔｅ ｈｎ ｃ ｌＰｏ ｎ ｓｏ ａ ｆ ｒ ｒ Ｃａ ｉ ａ ｏ ｌ ｓｓｏ Ｕｓｎ ｃ ｉ ａ ｉ ｔ ｆ Ｔｒ ｎｓｏ ｍｅ ｌｂｒ ｔ ｒ
刘 峰 屹 ＬｕＦ ｎ ｙ；Ｉ ＬｕＹａ ｇ 史 皆鹏 Ｓ ｉ ｉｐ ｎ ｉ ｅ ｇｉＸ 洋 ｉ ｎ ； Ｊ ｈ ｅｅ ｇ Ｊ
的 匝数 很 高 ， 带 额 定 电流 工 作 的 条 件 下 ， 旦 发 生 次 级 开路 ， 会 在 一 将 １ 影 响 互 感器 误 差 的 因 素 １１电流频 率 电流频率的变动对误差的影 响比较复杂 ，一般 在次级绕组上产 生很高的开路 电压 ， ． 严重危及设备与人身安全。因 系统频率变化甚小 ， 其影响可忽略不计。 例如额定频率为 ５ Ｈｚ ０ 的电 此 ， 在做 电流互感器试验 时， 要禁止其在额 定电流下发生开路。 流互感器用于 ６ Ｈ ０ ｚ的系统中， 就应 当考虑频率的影响 ， 因为频率 变 ２７线路灵敏度 在使用 互感器校验仪进行检定 或测量时 ， ＿ 应 动 不 但 影 响铁 芯损 耗 、 通 密 度 和 线 圈 漏 抗 的大 小 ， 同 时 影 响 了 该保证测量线路达到足够的灵敏度 。为此 ， 磁 也 要在试验过程 中检查线 路 灵敏 度 是 否 恰 当。 对 于 谐 振 式检 流 计 还 要 随 时 调 谐 ， 试 验 时 应 在 二 次侧 负 载 电抗 值 。 １ ． 载 阻抗 值 当一 次 电流 在 规 定 的 范 围 内 变化 时 ，二 次 电 逐 步 提 高 其 灵 敏 度 档 次 ， 至线 路 灵敏 度 达 到 要 求 ， 其 灵 敏 度 达 ２负 直 使 流按 比例 变化 ， 当二 次 负 载 阻 抗 在 规 定 范 围 内变 化 时 ， 影 响 二 次 到 最 大 。 不 电流 ， 以 当二 次 负载 在 额 定范 围 内减 少 时 ， 通 密 度 也 减 少 ， 所 磁 由于 ２８ 退磁 检 查 如 电流 互 感器 在 大 电流 情 况 下 突然 切 断 电源 、 ． 二 次 电流 不 变 ， 励磁 电流 减 小 ， 般 会 标 明额 定 二 次 负载 阻 抗值 ， 一 在 二次绕组突然开路等。 互感器铁芯有剩磁 ， 使铁芯磁 导率下降 ， 影响 运行 中其 误 差应 按 给 定 接 线 方式 下 的最 大二 次 负 载 阻抗 值 来 校核 。 互感器性能。长期使用后的互感器都应该退磁。互感器检验前也要 １ 。 ３饱和倍数 二次负载 的功率 因数增大 ，角差将增 大而 比差 退磁 。退磁就是通过一次或二次绕组以交变的励磁 电流 ， 给铁芯以 将减 少。对于饱和倍 数而言 ， 饱和倍 数是指功率因数为 ０８时的饱 交变的磁场。从零开始逐渐加大交变的磁 场使铁芯达到饱和状态 ， ． 以消除剩磁 。 对于 电流互感器退磁 ， 和倍 数 ， 此值相 当于 的饱和倍数 的” 小值 ” 因此功率 因数无论增 然后再慢慢减小励磁 电流到零 ， 极 ， 次 绕 组 开 路 ， 次绕 组通 以 工 频 电 流 ， 零 开 始 逐 渐 增 加 到 一 定 二 从 大 或减 ／ ， 和倍 数都 增 大 。 Ｊ饱 、 ２ 互 感校 验 仪 的使 用 技 术 要点 的 电流 值 。 后 再 将 电流 缓 慢 降 为 零 ， 此 重复 ２ ３次 。 断开 电源 然 如 － 在 应 才 ２１实 验 室 合理 布局 在 互 感 器 校 验 仪 的 实 验室 里 ，对 有 关测 前 ， 将 一 次绕 组 短 接 ， 断 开 电 源。铁芯 退 磁 完 成 。由于 一 次绕 组 ． 量设备和供电设备 ，甚至对大 电流 的载流导线要进行合理布局 ， 否 的最 大 电流 有 限 制 ， 大 的话 可 能烧 坏 一 次 绕 组 。如 果 接 有 负 载 的 过 则 ， 使 互感 器 校 验 仪产 生 较 大误 差 。因此 ， 少 要让 互 感 器 校 验仪 二 次绕 组 产 生 电压 不是 过 高 的 话 ，可 以加 大二 次绕 组 的 负 载 电阻 ， 将 至 可 以进 步 提 高 退磁 效 果 。 离开升流器与大电流导线不少于 １ ０米的距离。 ２２接 线 极 性 准 确 在 将 标 准 互 感 器 与 被检 互感 器 连 接 到 互 感 ＿ ２９互感 器 误 差 试 验 互 感器 误差 试 验 一 般 采 用 被 测 互 感 器 与 ． 器校 验 仪 时 ， 必须 保证 接 线 的极 性正 确 。 则 ， 取 差 电路 取 得 的信 标 准 互 感 器 进 行 比较 ，两 互 感 器 的 二次 电流 差 即 为 被 测 互 感 器 误 否 从 号 有 可能 不 是 两个 电流 （ 电压 ） 差 ， 是 两 个 电流 ｆ 电压 ） 和 ， 差 。此 种 检 验 方法 称 比较 法 。标 准 互感 器 要 求 比被 测 互 感 器高 出二 或 之 而 或 之 易 将 互感 器校 验 仪 烧 坏 。 个 等 级 ， 时标 准 互 感 器 误 差 可 忽 略不 计 。 若 标 准 互 感器 比被 测 互 此 ２３选 择 合 理 的 接 地 点 接 地 是 减 小 泄 漏 电流 影 响 的 一 种 方 感器只高一个等级 ，此时试验结果误差应考 虑加上标准互感器误 ． 法 。 在采 用 互 感器 校 验 仪 进行 互 感 器 的检 定 或 阻抗 导 纳 的测 量 时 ， 差 。 测 互感 器 与 标准 互感 器 的 二 次 电流 差 一 般 采 用互 感 器校 验 仪 被 无 论 对于 电流 互感 器 还 是 电压 互 感 器 ， 要 考 虑 将 互 感 器 校 验 仪 的 进 行 量 。 接从 互 感 器 校 验 仪上 读 出比值 差 ， 位 差 。 都 直 相 由于 互感 器 校 电路 始终 处 于 低 电位 状 态 ， 小 其对 地 的 泄 漏 电流 。 减 验仪测量 的是被测量互感器与标； 隹互感器 电流差与二次 电流 的比 ２４量 程 选 择 准 确 互 感 器 校 验 仪 的 功 能 较 多 ，在 使 用 时 一 定 值 ， 以对 互 感器 校 验 仪 的 要 求 不 高 。标 准 互 感 器 是 互 感器 校 验 系 ． 所 要 把 功 能 开 关 选 对 ， 程 要 选 择 ； ， 则 容 易 引起 不 必 要 的 人 为 统 的关键核 心。 量 隹确 否 对被测互感器进行校验， 除了标准互感器 、 互感器校 故障。 由于互感器校验仪在每个量程的不同工作点进行检定或测量 验仪还 要有给互感器提供一次 电流 的升流器 ， 以调 节升流器 电流 可 时 ， 本 身产 生 的 测 量误 差 是 不 等 的 ， 般 来 说 ， 作 点 越 接 近 测量 的调压 器 及 负载 。 其 一 工 满 刻度 ， 则其 测 量 误 差越 小 。 故 为 了尽 量 减 小 由互 感 器 校 验 仪 产 生 ３ 总 结 语 随着 我 国对 互 感器 研 究 的深 入 ， 感 器 校 验 仪 可 以很 好 的满 足 互 的 测量 误 差 ， 该 尽 量使 其 工 作 在每 个 量 程 的 半 满度 以上 。 应 ２５ 负 载 选 择 匹 配
三相电能表现场校验仪的说明书
HJ 三相电能表现场校验仪的使用说明书www.www.whdldqjcsb whdldqjcsb .com 尊敬的顾客感谢您购买本公司HJ 三相电能表现场校验仪。
在您初次使用该仪器前，请您详细地阅读本使用说明书，将可帮助您熟练地使用本仪器。
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由于输入输出端子、测试柱等均有可能带电压，您在插拔测试线、电源插座时，会产生电火花，小心电击，避免触电危险，注意人身安全！慎重保证本公司生产的产品，在发货之日起三个月内，如产品出现缺陷，实行包换。
一年（包括一年）内如产品出现缺陷，实行免费维修。
一年以上如产品出现缺陷，实行有偿终身维修。
�安全要求请阅读下列安全注意事项，以免人身伤害，并防止本产品或与其相连接的任何其它产品受到损坏。
为了避免可能发生的危险，本产品只可在规定的范围内使用。
只有合格的技术人员才可执行维修。
—防止火灾或人身伤害使用适当的电源线。
只可使用本产品专用、并且符合本产品规格的电源线。
正确地连接和断开。
当测试导线与带电端子连接时，请勿随意连接或断开测试导线。
产品接地。
本产品除通过电源线接地导线接地外，产品外壳的接地柱必须接地。
为了防止电击，接地导体必须与地面相连。
在与本产品输入或输出终端连接前，应确保本产品已正确接地。
注意所有终端的额定值。
为了防止火灾或电击危险，请注意本产品的所有额定值和标记。
在对本产品进行连接之前，请阅读本产品使用说明书，以便进一步了解有关额定值的信息。
品。
目录一、概述1二、主要功能和特点2三、技术指标2四、面板说明3一、概述尊敬的用户，非常欢迎您选购我们为您生产的HJ三相电能表现场校验仪，该现场校验仪是专门为现场校验单、三相有功和无功感应式和电子式电能表以及其它多种电工仪表而设计开发的一款便携式设备。
电气工程中的电流互感器规范要求与准确度校验
电气工程中的电流互感器规范要求与准确度校验电流互感器（Current Transformer，CT）是电气工程中一种常用的测量仪器，用于测量高电流系统中的电流，将其转换为适合测量的电流值。
在实际应用中，电流互感器需符合一定的规范要求，并经过准确度校验，以确保其测量结果的可靠性和精度。
一、电流互感器的规范要求1. 结构设计要求电流互感器的结构设计应符合以下要求：首先，应能有效地隔离高电压的穿越；其次，外壳和绝缘部件应具有足够的机械强度和耐电压能力，以保证设备的安全运行；最后，应具备耐高温和抗干扰的能力。
2. 电气参数要求电流互感器的电气参数要求主要包括额定电流、额定频率、准确度等。
额定电流是指互感器能正常工作的最大电流值，需根据实际应用中的电流范围进行选择；额定频率通常为50Hz或60Hz，根据所在地区的电力系统频率确定；准确度是衡量互感器测量结果与实际值偏差的重要指标，常用的准确度等级有0.1级、0.2级、0.5级等。
3. 安全与环境要求电流互感器在工作时应具备一定的安全性和环境适应能力。
例如，应具备防护措施，以保护工作人员免受电击和其他伤害；同时，还应具备一定的防水、防尘和防腐蚀能力，以适应不同的工作环境。
二、电流互感器的准确度校验电流互感器的准确度校验是确保其测量结果准确可靠的重要环节。
准确度校验应按照相关的检定标准和方法进行。
1. 校验设备准备校验设备包括稳压电源、电流源、标准电阻、多用表等。
在进行准确度校验前，需对校验设备进行校准和检定，确保其测量准确度满足要求。
2. 校验流程（1）连接互感器和校验设备：将互感器的一侧接入电流源，另一侧接入标准电阻，通过多用表测量电流互感器的输出电流。
（2）施加额定电流：根据互感器的额定电流进行调整，保持稳定。
（3）测量输出电流：使用多用表测量电流互感器的输出电流值。
（4）计算偏差：将测得的输出电流值与实际电流值进行比较，计算测量偏差。
（5）判定准确度：根据准确度要求，判断电流互感器是否符合规定的准确度等级。
互感器校验仪试行检定规程
互感器校验仪试行检定规程JJG 169-76本检定规程由辽宁省计量检定所负责起草，经国家标准计量局于1976年3月12日批准，并自1976年12月1日起施行。
互感器校验仪试行检定规程本规程适用于新制的、使用中的和修理后的采用差值法原理，使用频率为50HZ的互感器校验仪的检定。
互感器校验仪除按本规程进行检定外，尚应符合国家标准和有关规定。
一检定项目1 使用中的仪器受检项目包括：(1)外观、滑线变阻器及转换开关的检查；(2)极性指示器；(3)内附伏安表；(4)仪器灵敏度；(5)仪器的基本误差。
2 新生产的仪器除按第1条规定检定外，应增加以下受检项目；修理后的仪器可按实际情况增加相应的受检项目。
(1)标度盘一致性；(2)标度盘符号的正确性；(3)仪器示值与工作电流的无关性；(4)仪器给外接互感器引入的负载；(5)仪器的绝缘电阻及绝缘强度。
二检定方法及要求3 检定工作应在下述环境进行：(1)环境温度应在10～30℃范围内；(2)周围空气的相对湿度在80%以下；(3)因外界电磁场影响而引起的误差，不应超过被检仪器允许误差的1/10。
外界电磁场的影响可用下述方法进行检查：被检仪器在额定工作电流(或电压)下，与检定装置处于任一平衡测量状态时，记下检定装置的读数。
然后，将被检仪器的工作电流(或电压)改变180°的相位，再重新将检定装置调节至平衡并记下读数。
这时，前后两次读数之差，不应超过被检仪器允许误差的1/5。
(4)电源的频率波动范围应在50±0.5HZ以内，电源波形的失真度应小于5%。
4 外观、滑线变阻器及转换开关的检查(1)仪器在外观上应有必要的标志，不应有一般性的缺陷，如端钮等零件损坏，标度盘不够清晰等；(2)对于带有滑线变阻器结构的仪器，在调节时不应有过分摩擦和接触不良的现象。
为了检查滑线变阻器电刷之接触性能，可将万用表接至仪器的滑线变阻器各回路，万用表的转换开关置于测量电阻的位置。
中华人民共和国国家计量检定规程
中华人民共和国国家计量检定规程JJG169-1993互感器校验仪Instrument Transformer Test Set1992—11—24发布1993—06—01实施国家技术监督局发布互感器校验仪检定规程Array verfication Regulation ofInstrument Transformer Test Set本检定规程经国家技术监督局于1992年11月24日批准，并自1993年6月1日起施行。
归口单位：国家高电压计量站起草单位：国家高电压计量站辽宁省计量测试技术研究所本规程技术条文由起草单位负责解释。
本规范主要起草人：刘庆余（辽宁省计量测试研究所）王乐仁（国家高电压计量站）参加起草人：杜汉玉（辽宁省计量测试研究所）王建（国家高电压计量站）目录一技术条件----------------------------------------------------（1）二检定条件----------------------------------------------------（1）三检定项目和检定方法-------------------------------------（2）四检定结果的处理和检定周期----------------------------（5）附录检定记录格式--------------------------------------------（6）互感器校验仪检定规程本规程适用于新制造、使用中和修理后的采用差值法原理且工作频率为50HZ的直角坐标型互感器校验仪（以下简称校验仪）的检定。
一技术要求1基本误差校验仪的基本误差不得超出下式给定范围：ΔX= + K ( X·a% + Y·a% +Dx)ΔY= + K ( X·a% + Y·a% +Dy) 式中：ΔX----同相分量基本误差允许值；ΔY----正交分量基本误差允许值；K----仪器常数；X----同相测量盘示值的绝对值；Y----正交测量盘示值的绝对值；Dx、Dy----测量盘最小分度值或量化值；a----校验仪准确度等级，分1，2，3三中。
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电子・电路2010年第23卷第1期ElectronicSci1&Tech1/Jan115,2010
收稿日期:2009203211
作者简介:李伟(1984-),男,硕士研究生。研究方向:实时信号处理。齐红涛(1984-),男,硕士研究生。研究方向:
实时信号处理。苏涛(1967-),男,教授,博士生导师。研究方向:高速实时信号处理,快速算法,并行处理系统设计等。
电子式电流互感器数字校验仪设计李 伟,齐红涛,苏 涛(西安电子科技大学电子工程研究所,陕西西安 710071)摘 要 对电子式电流互感器进行校验,是确保其成功的重要环节。传统的电磁式互感器的校验仪已不能胜任电子式互感器的校验工作。文中介绍了一种新型的数字校验仪,它具有操作方便、便于携带、功能多样、升级灵活等优点。误差处理采用加窗插值DFT算法,大大提高了运算精度,满足了校验仪的精度要求。关键词 电子式电流互感器;校验仪;加窗插值DFT算法中图分类号 TM452 文献标识码 A 文章编号 1007-7820(2010)01-038-03
DesignoftheCalibratorfortheElectronicCurrentTransformerLiWei,QiHongtao,SuTao(SchoolofElectronicEngineering,XidianUniversity,Xiπan710071,China)Abstract Thecalibratingofelectroniccurrenttransformersisamajorfactorfortheirproperwork.However,conventionalelectromagnetictransformercalibratorsareincompetentforthejob.Thispaperintroducesanewtypeofdigitalcalibratorwiththeadvantagesofportability,versatility,simpleoperation,andeasyupgrading.WindowsandinterpolatedDFTalgorithmisadoptedtocomputethemeasurementerror,thusgreatlyimprovingthecomputingprecisiontomeettheaccuracyrequirementsofthecalibrator.Keywords electroniccurrenttransformer;calibrator;windowsandinterpolatedDFTalgorithm
由于电子式电流互感器的结构与校验方法与传统的电磁式电流互感器有很大不同,且大部分电子式互感器输出的是数字量,所以传统的电磁式互感器校验仪,已经不能胜任电子式电流互感器的校验工作。开发一种新的校验仪,以对电子式电流互感器输出进行校验。电子式电流互感器的输出,有模拟输出和数字输出两种方式。随着数字化变电站的发展,大多数电子式互感器都采用数字接口。这里介绍的校验仪,主要针对数字接口的电子式互感器。1 电子式电流互感器校验系统图1是数字输出的电子式电流互感器的校验系统框图,该系统主要包括:标准电流互感器、电子式电流互感器、数字校验仪和计算机。对于标准互感器的选择,在文献[1]中规定“在额定频率和被检电子式互感器被测量程范围内,标准互感器应比被检电子式互感器高两个准确度级别,其实际误差应不大于被检电子式互感器误差限值的1/5”。“标准器的变差应不大于标准器误差限值的1/5”。由于目前电子式电流互感器的精度不是很高,所以标准互感器一般仍选用电磁式互感器。
图1 电子式电流互感器数字输出校验回路标准电流互感器输出的一般是模拟电流信号,该电流信号在数字校验仪中转换成数字信号,数字校验仪同时接收电子式电流互感器发送的数字信号,并将
83李伟,等:电子式电流互感器数字校验仪设计电子・电路它们打包发送到计算机,在计算机中由校验仪信号处理软件对其进行处理。2 电子式电流互感器数字校验仪硬件电路设计 文中设计电子式电流互感器数字校验仪主要包括:模拟电流取样调理单元、A/D转换器、DSP处理器、USB接口单元等。数字校验仪的结构,如图2所示。图2 数字校验仪结构由于标准电流互感器的输出一般是0～1A或0～5A的电流信号,所以模拟电流取样调理单元的主要功能,是将该电流信号转换成符合A/D转换器采样要求的电压信号。该部分对取样电阻的温漂要求非常严格,以保证数字校验仪校验精度不受温度影响。调理电路必须是线性的,而且不能改变输入信号的相位。A/D转换器主要对调理后的模拟信号进行采样,将其转换成数字信号。为保证校验精度,文中设计的数字校验仪采用了16位并行A/D转换器AD8364。两路同步信号由校验仪中的DSP处理器产生,经过电/光转换器转换成光信号,分别发送到互感器和校验仪,再由光电转换器转换成电信号,用于互感器和校验仪同步采样,这样使两路同步信号之间的延迟误差达到最小。DSP处理器读取A/D转换器采集的标准信号,并对其进行修正,同时接收电子式电流互感器发送的测量数据,然后将标准信号和测量信号打包后经USB接口单元发送到计算机进行处理。校验仪与互感器接口按照文献[2]标准要求。3 电子式电流互感器数字校验仪软件设计数字校验仪信号处理软件的主要功能是在计算机中对接收的数据进行幅值、频率计算和误差分析,然后将计算结果显示出来,并根据用户选择,存储显示数据。图3是文中研制的数字校验仪的软件控制面板。
图3 数字校验仪控制面板接上标准互感器后,选择“数据校验”可以得到被测互感器的计量通道和保护通道的有效值、比差、角差及电流的基波频率等参数。在不接标准互感器时,选择“波形显示”可以得到计量和保护通道的有效值,并可以实时观察两个通道的电流波形。用户还可以根据需要选择不同的电流变比、数据刷新频率、波形放大倍数等,给用户带来了很大的方便。用户需要保存计算结果时,不再需要人工手动记录,只需在“保存显示数据”项中选择“是”,由计算机自动按设定的刷新频率记录,这样不仅解放了人力,而且提高了数据的可靠性。对接收的数据进行处理是数字校验仪软件设计中最重要的部分。对于标准互感器和被测电子式互感器的输出信号,可以用离散傅里叶变换求得两路信号的幅值Ig,Ip和相位φg,φp,然后根据比差和角差的
定义,由式(1)和式(2)求得比差q和角差φ[3]。ε%=(Krd×Ig-Ip)/Ip×100%(1)
φ=φp-φg-φd(2)
其中,Krd为额定变比;φd为电子式电流互感器的固定延迟。电网中的电流信号频率并不总是固定在工频,而是在工频附近波动,但是采样频率即同步信号的频率是固定的,所以这样就无法做到同步采样,从而造成“栅栏效应”。而要处理的信号是经过采样和A/D转换得到的有限长数字信号,这相当于对原始信号乘以一个矩形窗进行截短,由于非同步采样,从而会产生频谱泄漏[4]。频谱泄漏和栅栏效应给FFT的分析精度带来很大影响,使检测出的信号幅值和相位及频率存在较大误差,无法满足校验精度的要求。利用插值算法可以解决栅栏效应带来的问题,而利用加窗算法可以减少频谱泄漏造成的误差。文中设计的数字校验仪,采用文献[5]中介绍的加窗插值DFT算法,使用
93电子・电路李伟,等:电子式电流互感器数字校验仪设计
2阶汉宁窗,减小了栅栏效应和频谱泄漏引起的误差,大大提高了计算精度。表1是普通DFT算法与加窗插值DFT算法求解得到的误差对比。表1 加窗插值DFT算法与普通DFT算法比较
仿真信号频率/Hz
幅值误差/%普通DFT算法加窗插值DFT算法相位误差/%
普通DFT算法加窗插值DFT算法
4910-0152817-0100428-3312830102864913-0124392-0100245-2313590101034915-0111694-0100138-1617070100204916-0107110-0100092-131372-0100074917-0103667-0100055-101033-0100234918-0101343-0100026-61691-0100274919-0100124-0100007-31346-010020501000005011-0100968-0100005313460100245012-0103030-0100022616920100405013-0106195-01000501010360100485014-0110476-01000871313770100495015-0115893-01001331617140100435017-0130240-01002452313740100155019-0149498-0100376301008-0100325110-0161071-0100446331313-010061该校验仪经对比鉴定,比差在±0105%以内,角差在2′以内,满足011级的电子式电流互感器的校验精度要求。4 结束语文中设计的数字校验仪不仅能显示校验误差、线路电流幅值和频率,还可将校验结果自动存储,而且可以在没有标准互感器时,用以实时观察互感器的输出信号波形,此外该校验仪携带、操作方便。由于该校验仪的数据处理由计算机软件完成,所以它可以根据用户的需要,灵活增加如谐波分析等功能,应用前景非常广阔。参考文献[1] 国网武汉高压研究院.电子式互感器校准规范[C].武汉:电子式互感器技术研讨会,2007,10:1-15.[2] IEC.IEC60044-8.InstrumentTransformers-Part7:E2lectronicCurrentTransformers[S].IEC,2002.[3] 中国国家标准管理委员会.GB/T20840.8/-2007互感器第8部分:ECT[S].北京:国家质量监督检验检疫总局,2007.
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