电器测试与故障诊断技术金立军第03章节.ppt

第三章 电器中基本电磁量的测量方法 3.1 电器的电流测量 3.2 电器的电压测量 3.3 电路的功率因数与时间常数测量3.4 电器的磁场和磁路参数测量 3.1 电器的电流测量 电流的测量是电工测量中基本测量参数之一。小电流通常用电流表串联于电路中直接测量，而大电流一般可通过分流器或互感器等电流转换装置进行测量。开关电器在开、合试验时电流参数的测量是一个暂态过程的测量，存在周期分量和非周期分量，电流变化范围可由零点几安到几万安，甚至几十万安。 ◆分流器的分类 Sensor concept Product Scope A Sensor is a device intended to transmit a signal corresponding to the primary current or voltage to the secondary equipment. PowerIT Sensors are typically used in MV switchgears and switches for measuring, protection and indication.  Rogowski 线圈 电流传感器测量原理采用了 Rogowski 线圈 Rogowski 线圈为无铁芯结构，， 输出信号与测量信号成正比 设计符合IEC 60044-8标准 电压测量 传感器与互感器结构对比 传感器与互感器信号传输对比传感器传输方式结构简单，性能可靠。 传感器二次回路信号输出 2. 传统CT和光纤输出相结合型 图3-18 干涉型OCT 如图所示，将细的铜线均匀密绕在环型绝缘骨架上，绕制时可采用正反绕向来消除外界磁场的干扰，均匀密绕是为了减少匝间电容对测量的影响。空心电流传感器是靠磁感应来测量电流的，若它处于一个较强的外磁场中，则此磁场必然会干扰其二次绕组和测量回路。因此，二次绕组必须用铁盒2屏蔽起来。但要注意两点：其一要防止主磁通在铁盒内产生环流，因为环流将阻止主磁通进入二次绕组，所以铁盒要用磁旁路开槽4来切断环流路径；其二要防止铁盒形成磁旁路。铁的磁导率比空气大得多，如主磁通都沿铁盒走，二次绕组内同样也无主磁通，所以要用环流开槽5来切断磁旁路。 图 3-14 空心电流传感器的屏蔽盒 1—绕阻 2—铁盒 3—铜导体 4—磁旁路开槽 5—环流开槽 3.1.4 利用霍尔效应测电流 利用磁耦合原理，将霍尔元件的平面与电流的磁场方向相垂直，放置于截流导体附近或放置于开环铁心气隙中间，测量系统与主电路不接触。 则霍尔电动势为： k1—霍尔常数 其中 B=k2i k2—与霍尔元件安装位置有关的系数 则 ki是霍尔元件常数 3.1.5利用磁光效应测电流 1.光电效应原理 参见上图，光通偏振片成为偏振光，利用光在磁场中偏移的原理。 l：棒长；H：与光路平行的磁场分量；k0：费尔德常数，与材料无关。 图3-17 传统CT和光纤输出相结合型OCT （1）法拉第型OCT 如图3-17所示，其特点是CT产生的电流用来形成螺线管中的磁场，而螺线管中安装的法拉第元件作为传感器，将电信号转换成光信号。该类型OCT曾用于275kV变电站的故障定位监测系统中，被测电流高达50×2 kA，在-20～+80 ?C的温度范围内使用，其精度为1.5%，该精度对故障定位系统来说已足够了。 （2）干涉型OCT[14] 此类OCT采用了马赫—泽德(Mach—Zehender)干涉仪的工作原理（见图3-18）：将光源的输出经过分光器分成两束光，一束经过基准光纤保持不变，另一束经过压电传感器产生变化，两束光产生相位差，当两束光在耦合器重新组合时就产生干涉。在耦合器输出点处，两条干涉支路中光的相位调制转变成振幅调制。该种OCT的测量范围为1A～33kA，在100A～30kA范围内测量精度为0.3％。该类型的OCT虽然精度及灵敏度很高，但价格昂贵，目前仅限于实验室研究使用。 ?图3-19 磁致收缩型OCT 3. 磁致伸缩型OCT 此类OCT由一导磁材料环绕导体构成。磁环是其核心部件，磁心中的场量由气隙中的光学仪器测量。该类型的优点在于光学仪器的路径短而简单，只需要少量的光学材料，设备尺寸小，且气隙较大，有利于系统线性化。 该类型OCT的缺点：由于磁致收缩不连续，测量结果受邻近电流的影响；由于气隙中的场量分布不均匀，测试结果取决于传感器的位置。为了保证测量精度，希望气隙较大，以保证磁场分布均匀，这与希望传感器截面小，以减小整个设备的尺寸和重量的要求矛盾，采用磁致收缩的设计就是解决这一矛盾的折衷方案。该类型OCT，在室温下精度0.3% ，在0～50℃ 范围内精度0.5%。