电气与电子测量技术——电气测量技术PPT讲稿.ppt
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1、电气与电子测量技术电气测量技术第1页,共88页,编辑于2022年,星期一本章主要内容本章主要内容高电压的测量高电压的测量大电流的测量大电流的测量交流电气量的数字化测量(频率,周交流电气量的数字化测量(频率,周期,相位等)期,相位等)交流电气量的传统指针式仪表测量交流电气量的传统指针式仪表测量(有效值、功率等)(有效值、功率等)第2页,共88页,编辑于2022年,星期一高电压的测量高电压的测量第3页,共88页,编辑于2022年,星期一4交流高电压的测量方法交流高电压的测量方法n电磁式电压互感器电磁式电压互感器n电容式互感器电容式互感器n光学电压传感器光学电压传感器第4页,共88页,编辑于2022
2、年,星期一5工作原理工作原理一、二次绕组上分别感应的电动势为:一、二次绕组上分别感应的电动势为:理想电压互感器变比为:理想电压互感器变比为:电磁式电压互感器简称电磁式电压互感器简称PT(Potential Transformer)或)或TV,其工作原理运用电磁,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感应原理原副边磁耦合将交流高压变为低电压第5页,共88页,编辑于2022年,星期一 电压互感器相当于空载变压器,与电压表联用,被测电压等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。于接在二次绕组的电压表读数乘以电压互感器
3、的电压变比。工作原理工作原理第6页,共88页,编辑于2022年,星期一 电压互感器实物和接线端子箱电压互感器实物和接线端子箱工作原理工作原理第7页,共88页,编辑于2022年,星期一用途和特点用途和特点测量用电压互感器主要用于测量用电压互感器主要用于交流高压变为低压,交流高压变为低压,扩大交流电扩大交流电压表、功率表和电能表的量程。而压表、功率表和电能表的量程。而且具有如下特点:且具有如下特点:1.1.与一次设备隔离,保证安与一次设备隔离,保证安全。全。2.2.降低表耗。降低表耗。3.3.节省设备投资。节省设备投资。4.4.统一设计标准,使仪表和统一设计标准,使仪表和继电器的生产标准化。继电器
4、的生产标准化。第8页,共88页,编辑于2022年,星期一9电磁式电压互感器技术参数电磁式电压互感器技术参数 n 绕组的额定电压及额定变比绕组的额定电压及额定变比(副边额定电压多为副边额定电压多为100V)n 额定负载额定负载n 准确度等级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(%)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
5、规定25100第9页,共88页,编辑于2022年,星期一10电磁式电压互感器测量误差分析电磁式电压互感器测量误差分析 电压互感器的等值电路图第10页,共88页,编辑于2022年,星期一11电磁式电压互感器测量误差分析电磁式电压互感器测量误差分析电压互感器变比、相角误差相量图电压互感器变比、相角误差相量图 与一次与一次电压电压大小不等,相位不重合,大小不等,相位不重合,电压电压互感器存在比差与角差互感器存在比差与角差 比差比差fu以百分数来表示以百分数来表示角差角差第11页,共88页,编辑于2022年,星期一12电磁式电压互感器的安装及使用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电压互
6、感器主要安装方式图(图(a)用于单相电压的测量。图()用于单相电压的测量。图(b)用于三相电压的测量,图()用于三相电压的测量,图(c)用于线电压的测量)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。另外,副边绕组必需可靠接地。第12页,共88页,编辑于2022年,星期一13电容式互感器(电容式互感器(CVT)电容式电压互感器原理电容式电压互感器简称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)是典型的有源电子
7、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压作用将高电压按比例转换为低电压第13页,共88页,编辑于2022年,星期一14电容式互感器(电容式互感器(CVT)实际应用实际应用CVT主要由电容分压器(包括主电容器主要由电容分压器(包括主电容器C1,分压电容器,分压电容器C2)、中间变压器()、中间变压器(T)、补偿电抗器)、补偿电抗器L、保护装置、保护装置F及阻尼器及阻尼器D等元件组成等元件组成CVT组成示意图组成示意图CVT优点:优点:1.体积小、重量轻、造价低体积小、重量轻、造价低(110 kV及以上产品);及以上产品);2.不含铁芯,无磁饱和,具备不含铁芯,无磁饱和,具备优
8、良的瞬变响应特性等优良的瞬变响应特性等3.可兼顾电压互感器和电力线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路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能;器两种设备的功能;4.短路不会产生大电流,能短路不会产生大电流,能可靠阻尼铁磁谐振;可靠阻尼铁磁谐振;第14页,共88页,编辑于2022年,星期一15电容式互感器(电容式互感器(CVT)电容式电压互感器实物图电容式电压互感器实物图第15页,共88页,编辑于2022年,星期一电阻分压电阻分压n电阻分压电阻分压测量交直流高压测量交直流高压第16页,共88页,编辑于2022年,星期一 当当R R2 2C C2 2=R=R1 1C C1 1时,
9、分压器的传递函数与信号频率无关。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,由于了在对高频信号进行分压时,由于分布电容分布电容的影响所导致的分压电路输出波形畸变。的影响所导致的分压电路输出波形畸变。n阻容(脉冲)分压器:阻容(脉冲)分压器:交直流电压、脉冲电压交直流电压、脉冲电压阻容分压器阻容分压器第17页,共88页,编辑于2022年,星期一18光学电压传感器(光学电压传感器(OVT)光学电压互感器(光学电压互感器(Optical Voltage Tra
10、nsducer:OVT)又称为无源电子式电)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(压传感器,采用的传感机理是晶体的线性电光效应(Pockels效应)。效应)。Pockels效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。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实现的
11、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。的温度稳定性、长期运行的可靠性以及测量的精度。第18页,共88页,编辑于2022年,星期一大电流的测量大电流的测量第19页,共88页,编辑于2022年,星期一20交流大电流的测量方法交流大电流的测量方法n电磁式电流互感器电磁式电流互感器n罗哥夫斯基(罗哥夫斯基(Rogowski)线圈)线圈n光学电流传感光学电流传感第20页,共88页,编辑于2022年,星期一21电磁式电流互感器电磁式电流互感器电磁式电流互感器简称电磁式电流互感器简称CT(Current Transformer)或)或TA,用于交,用于交流大电流变为小电流,扩
12、大交流电流表、功率表和电能表的量程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:根据能量守恒定律:U1I1=E2I2E1I1=E2I2 I1W1=I2W2 代入上式得:代入上式得:第21页,共88页,编辑于2022年,星期一 电流互感器相当于短路的变压器,与电流表联用,被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。电流变比。电磁式电流互感器电磁式电流互感器被测电流被测电流I1等于接在二次绕组的电流表读数等于接在二次绕组的电流表读数I2乘以电流互感器额乘以电流互
13、感器额定电流变比定电流变比第22页,共88页,编辑于2022年,星期一23CT主要技术参数主要技术参数额定电流比额定电流比指一次额定电流与二次额定电流之比指一次额定电流与二次额定电流之比额定容量额定容量是额定二次电流是额定二次电流I2N通过二次额定负载通过二次额定负载Z2N时所消耗时所消耗的视在功率的视在功率S2N额定电压额定电压是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压是指一次绕组长期对地能够承受的最大电压(有效值有效值),它应,它应不低于所接线路的额定相电压不低于所接线路的额定相电压第23页,共88页,编辑于2022年,星期一24CT主要技术参数主要技术参数准确度等级:准确度等级:电流互感器变
14、换电流总是存在着一定的误差,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
15、50100第24页,共88页,编辑于2022年,星期一25电流互感器电流互感器T形等值电路形等值电路CT误差分析误差分析换算到一次侧后的二次电流和换算到一次侧后的二次电流和电压分别为:电压分别为:第25页,共88页,编辑于2022年,星期一26CT误差分析误差分析电流互感器的相量图将折算后的二次电流旋转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,小不等,而且相位不相重合,即存在两种误差,称为比值误差称为比值误差fI和相位误差和相位误差第26页,共88页,编辑于2022年,星期一27CT误差分析误差分析比值误差比值
16、误差简称比差,用简称比差,用fI表示,它等于实际的二次电流与折算到二表示,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,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,以百分数表示以百分数表示相角误差相角误差简称角差,它是旋转简称角差,它是旋转180后的二次电流相量与一次后的二次电流相量与一次电流相量之间的相位差,用符号电流相量之间的相位差,用符号 表示表示第27页,共88页,编辑于2022年,星期一28CT的安装及使用的安装及使用图(图(a)用于单相电流的测量。图()用于单相电流的测量。图(b)用于三相电流的测量。图()用于三相电流的测量。
17、图(c)用于不平衡电流的测量)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)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。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。)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。)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28页,共88页,编辑于2022年,星期一29罗哥夫斯基罗哥夫斯基(Ro
18、gowski)线圈线圈传统的电磁式电流互感器因其传感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:机理而出现不可克服的问题:1.绝缘结构日趋复杂,体积大,造价绝缘结构日趋复杂,体积大,造价高;高;2.在故障电流下铁芯易饱和,使二在故障电流下铁芯易饱和,使二次电流数值和波形失真,产次电流数值和波形失真,产 生不生不能容许的测量误差;能容许的测量误差;3.充油易爆炸而导致突然失效;充油易爆炸而导致突然失效;4.若输出端开路,产生高电压对周若输出端开路,产生高电压对周围设备和人员存在潜在的威胁;围设备和人员存在潜在的威胁;5.易受电磁干扰等。易受电磁干扰等。罗氏线圈又称罗氏线圈又称Rogo
19、wski线圈、罗氏线圈、罗氏线圈、电流测量线圈、微分电流传感器,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。的导体上来测量交流电流。第29页,共88页,编辑于2022年,星期一30罗哥夫斯基罗哥夫斯基(Rogowski)线圈线圈Rogowskiski线圈有两种可能的工作状态:线圈有两种可能的工作状态:自积分状态和外积分状态自积分状态和外积分状态.前前者是利用者是利用Rogowski线圈与取样电阻构成积分回路;线圈与取样电阻构成积分回路;后者是把
20、测量回路本身作为纯电阻网络,另外加了一个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。自积分式工作方式自积分式工作方式回路方程回路方程线圈的互感线圈的互感第30页,共88页,编辑于2022年,星期一31罗哥夫斯基罗哥夫斯基(Rogowski)线圈线圈当当即即上式可略去最右边一项,变为上式可略去最右边一项,变为两边同时对两边同时对t积分得积分得输出电压与被测电流成比例关系输出电压与被测电流成比例关系称为罗氏线圈的自积分条件称为罗氏线圈的自积分条件第31页,共88页,编辑于2022年,星期一32罗哥夫斯基罗哥夫斯基(Rogowski)线圈线圈外积分式工作方式外积分式工作方式当当
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