电气与电子测量技术电气测量技术.pptx
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1、高电压的测量第1页/共87页交流高电压交流高电压的测量方法的测量方法电磁式电压互感器电容式互感器光学电压传感器第2页/共87页工作原理81104.4410EfW 82204.4410EfW 一、二次绕组上分别感应的电动势为:1122UEWKEW理想电压互感器变比为:111222NUNUEWKKUEW电磁式电压互感器简称PT(Potential 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第3页/共87页 电压互感器相当于空载变压器,与电压表联用,被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器的电压变比。111222UUEWKUEW工作原理112
2、2WWUU第4页/共87页 电压互感器实物和接线端子箱工作原理第5页/共87页用途和特点用途和特点测量用电压互感器主要用于交流高压变为低压,扩大交流电压表、功率表和电能表的量程。而且具有如下特点:1.1.与一次设备隔离,保证安全。2.2.降低表耗。3.3.节省设备投资。4.4.统一设计标准,使仪表和继电器的生产标准化。第6页/共87页电磁式电压互感器技术参数 绕组的额定电压及额定变比(副边额定电压多为100V)额定负载 准确度等级准确度等级准确度等级一次绕组电压为一次一次绕组电压为一次额定电压的百分数额定电压的百分数(%)误差限值误差限值二次负载为额定二次负载为额定负载的百分数负载的百分数(%
3、)比差比差(%)角差角差()0.180120士0.1士5251000.280120士0.2土100.585115士05土2025100185115士1.0士40251003100士30未规定25100第7页/共87页电磁式电压互感器测量误差分析111ZRjx222ZRjxbbbZRjx110III11111UEI Rjx22()bbUIRjx 电压互感器的等值电路图第8页/共87页电磁式电压互感器测量误差分析电压互感器变比、相角误差相量图2UK U 与一次电压1U大小不等,相位不重合,电压互感器存在比差与角差 122111100100(%)UUuUUUKK UUfUUK12UKU100(%)U
4、uKKfK比差fu以百分数来表示角差第9页/共87页电磁式电压互感器的安装及使用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a)b)c)电压互感器在使用的时候要注意二次绕组不许短路另外,副边绕组必需可靠接地。第10页/共87页电容式互感器(CVT)112CoiCUUC电容式电压互感器原理电容式电压互感器简称CVT(Capacitor Voltage Transformers)是典型的有源电子互感器,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第11页/共87页电容式互感器(CVT)实际应用CVT主要由电容分压器(包括主电容器C1,
5、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CVT组成示意图CVT优点:1.体积小、重量轻、造价低(110 kV及以上产品);2.不含铁芯,无磁饱和,具备优良的瞬变响应特性等3.可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能;4.短路不会产生大电流,能可靠阻尼铁磁谐振;第12页/共87页电容式互感器(CVT)电容式电压互感器实物图第13页/共87页电阻分压电阻分压212oiRUURR测量交直流高压第14页/共87页222111222212111)(RCjRRCjRRCjRZZZjW112212211CRjCRjRRR 当R R2 2C C
6、2 2=R=R1 1C C1 1时,分压器的传递函数与信号频率无关。此时,即使输入为高频信号,分压器的输出波形也不会发生畸变。克服了在对高频信号进行分压时,由于分布电容的影响所导致的分压电路输出波形畸变。阻容(脉冲)分压器:交直流电压、脉冲电压阻容分压器第15页/共87页光学电压传感器(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
7、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。第16页/共87页大电流的测量第17页/共87页交流大电流的测量方法电磁式电流互感器罗哥夫斯基(Rogowski)线圈光学电流传感第18页/共87页电磁式电流互感器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根据能量守恒定律:U1I1=E2I2E1I1=E2I28114.4410mEfB SW8224.4410mEfB SW I1W1=I2W2 1221IWI
8、W代入上式得:第19页/共87页 电流互感器相当于短路的变压器,与电流表联用,被测电流等于接在二次绕组的电流表读数乘以电流互感器电流变比。电磁式电流互感器1221NNIIKI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12IIK I第20页/共87页CT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112NNIKI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S2N2222NNNSIZ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第21页/共87页CT主要技术参数准确度等级:电流互感器变换电流总是
9、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准确度等级一次电流为额定电流的百分数(%)误差限值二次负载为额定负载的百分比数(%)比值差(士%)相角值()0.1510201001200.40.250.200.100.101510855251000.210201001200.50.350.20201510251000.510201001201.00.750.5060453025100110201001202.01.51.01209060251003501203.0未规定未规定50100第22页/共87页电流互感器T形等值电路CT误差分析换算到一次侧后的二次电流和电压分别为:
10、2212IKI 2212UK U 11111()UIRjxE22222()UEIRjx第23页/共87页CT误差分析电流互感器的相量图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fI和相位误差I第24页/共87页CT误差分析比值误差简称比差,用fI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2111 21111/100100%/IIIKK IIfIKI12IKI100%IIKKfK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 表示
11、I第25页/共87页CT的安装及使用图(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磁式电流互感器在使用时二次侧不允许开路(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。第26页/共87页罗哥夫斯基(Rogowski)线圈传统的电磁式电流互感器因其传感机理而出现不可克服的问题:1.绝缘结构日趋复杂,体积大,造价高;2.在故障电流下铁芯易饱和,使二次电流数值和波形失真,产 生不能容许的测量误差;3.充油易
12、爆炸而导致突然失效;4.若输出端开路,产生高电压对周围设备和人员存在潜在的威胁;5.易受电磁干扰等。罗氏线圈又称Rogowski线圈、罗氏线圈、电流测量线圈、微分电流传感器,是均匀密绕在环形非磁性骨架上的空心螺线管,罗氏线圈可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。第27页/共87页罗哥夫斯基(Rogowski)线圈Rogowskiski线圈有两种可能的工作状态:自积分状态和外积分状态.前者是利用Rogowski线圈与取样电阻构成积分回路;后者是把测量回路本身作为纯电阻网络,另外加了一个积分回路。自积分式工作方式回路方程10()()()()issdi tdiu tMLR i tu tdtdt0
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