电工仪表及测量5

1、在电力系统中，发电量和用电量都是以电能作为在电力系统中，发电量和用电量都是以电能作为计算标准的，因此电能的测量是一种必不可少的计算标准的，因此电能的测量是一种必不可少的测量。测量。我们知道，电能等于功率与时间的乘积。在测量我们知道，电能等于功率与时间的乘积。在测量发电机发出多少电能或负载吸收多少电能时，测发电机发出多少电能或负载吸收多少电能时，测量仪表不仅要反映出发电机发出多少功率或负载量仪表不仅要反映出发电机发出多少功率或负载吸收多少功率，而且还要反映出功率延续的时间，吸收多少功率，而且还要反映出功率延续的时间，即要反映出电能随时间积累的总和。电能表就是即要反映出电能随时间积累的总和。电能表

2、就是用来测量某一段时间内，发电机发出多少电能或用来测量某一段时间内，发电机发出多少电能或负载吸收多少电能的仪表。负载吸收多少电能的仪表。本章主要介绍感应系电能表的结构、工作原理和本章主要介绍感应系电能表的结构、工作原理和使用方法，三相有功和无功电能表等。使用方法，三相有功和无功电能表等。电能表就是电度表。电能表按其结构、工电能表就是电度表。电能表按其结构、工作原理和测量对象等可以分为许多类，且作原理和测量对象等可以分为许多类，且分类方法也很多。分类方法也很多。按结构和工作原理可分为电气机械式按结构和工作原理可分为电气机械式电能表和数字式电能表两大类。电能表和数字式电能表两大类。电气机械式电能表

3、又分为电动系和感应系电气机械式电能表又分为电动系和感应系两类。两类。电动系电能表相当于把电动系功率表的游丝去掉，电动系电能表相当于把电动系功率表的游丝去掉，采用多少个活动线圈，加上换向装置，让它的活采用多少个活动线圈，加上换向装置，让它的活动部分可以连续转动，从而进行电能测量。用来动部分可以连续转动，从而进行电能测量。用来测量直流电能的电能表就是电动系电能表。由于测量直流电能的电能表就是电动系电能表。由于电动系电能表结构复杂、造价高，所以对于需要电动系电能表结构复杂、造价高，所以对于需要量大、用来测量交流电能的电能表不宜采用电动量大、用来测量交流电能的电能表不宜采用电动系结构。系结构。感应系电

4、能表是用于交流电能测量的仪表，它的感应系电能表是用于交流电能测量的仪表，它的转动力矩较大，结构牢固，价格便宜。目前仍是转动力矩较大，结构牢固，价格便宜。目前仍是国内外大量使用的一类交流电能表。国内外大量使用的一类交流电能表。（）数字式电能表。数字式电能表是随着电子（）数字式电能表。数字式电能表是随着电子技术的发展而出现的一种新型电能表。它的优点技术的发展而出现的一种新型电能表。它的优点是没有转动部分，准确度高。例如国内市场上，是没有转动部分，准确度高。例如国内市场上，已有已有0.02级、级、0.05级、级、0.1和和0.2级数字式标准级数字式标准电能表；国外德国西门子公电能表；国外德国西门子公

5、?司生产的准确度为司生产的准确度为0.2级的级的7EC1021-1A型三相安装式数字电能表型三相安装式数字电能表以及西纽姆伯格（）以及西纽姆伯格（）公司推出的系列单相数字电能表等就是这公司推出的系列单相数字电能表等就是这一类新型电能表。尽管数字电能表由于结构复杂，一类新型电能表。尽管数字电能表由于结构复杂，成本较高，可靠性较差等原因，使得它尚未被广成本较高，可靠性较差等原因，使得它尚未被广泛应用，但它仍是一种很有发展前途的新型仪表。泛应用，但它仍是一种很有发展前途的新型仪表。根据使用，电能表分为单相电能表和根据使用，电能表分为单相电能表和三相电能表。三相电能表。根据测量对象的不同，电能表可分为

6、根据测量对象的不同，电能表可分为有功电能表和无功电能表两类。有功有功电能表和无功电能表两类。有功?电能电能表用来测量有功电能，无功电能表用来测表用来测量有功电能，无功电能表用来测量无功电能。量无功电能。根据电能表的准确度不同，可分为一根据电能表的准确度不同，可分为一般电能表和用于校验一般电能表的标准电般电能表和用于校验一般电能表的标准电能表。能表。按照用途不同，电能表可分为普通使用的电按照用途不同，电能表可分为普通使用的电能表和作特殊使用的特种电能表。特种电能表有能表和作特殊使用的特种电能表。特种电能表有以下几种：以下几种：（）用来自动监视并控制用电单位日用电量及（）用来自动监视并控制用电单位

7、日用电量及电能计量控制的电力定量器。电能计量控制的电力定量器。（）附带有测量在一定积算周期内最大平均功（）附带有测量在一定积算周期内最大平均功率指示器的最大需量电能表。率指示器的最大需量电能表。（）测量线路损耗的铜损电能表（如（）测量线路损耗的铜损电能表（如DD14-2型）。型）。（）测量大型含铁心电器（如变压器）铁心损（）测量大型含铁心电器（如变压器）铁心损耗的铁损电能表（如耗的铁损电能表（如DD14-1型）。型）。由一个或几个固定的交流电磁铁产生的磁由一个或几个固定的交流电磁铁产生的磁场与其在可动导体元件中感应的电流相互场与其在可动导体元件中感应的电流相互作用而工作的仪表称为感应仪表。它的

8、主作用而工作的仪表称为感应仪表。它的主要用途是测量交流电能。本章以单相电能要用途是测量交流电能。本章以单相电能表为例说明其结构、工作原理、误差及调表为例说明其结构、工作原理、误差及调整方法。整方法。感应系电能表作为测量的专用仪表，在电感应系电能表作为测量的专用仪表，在电力系统的发电，供电和用电的各个环节中，力系统的发电，供电和用电的各个环节中，得到了广泛的应用。感应系电能表的种类、得到了广泛的应用。感应系电能表的种类、型号尽管很多，但是它们的基本结构都是型号尽管很多，但是它们的基本结构都是相似的。相似的。感应系单相交流电能表有切线型和射感应系单相交流电能表有切线型和射线型二种形式，图是它的结构

9、示意图，线型二种形式，图是它的结构示意图，两种结构的主要区别是铁心平面安放两种结构的主要区别是铁心平面安放位置不同。位置不同。交流单相电能表的结构交流单相电能表的结构1.电压线圈电压线圈2.电流线圈电流线圈3.铝盘铝盘4.转轴转轴5.上轴承上轴承6.下轴承下轴承7.蜗轮、蜗杆蜗轮、蜗杆8.永久磁钢永久磁钢9.计数装置计数装置10.端纽端纽11.铭牌铭牌图中包括以下几个主要部分图中包括以下几个主要部分测量机构测量机构（）驱动元件：即产生转动力矩的元件，（）驱动元件：即产生转动力矩的元件，包括固定线圈的可动铝盘。固定线圈有电包括固定线圈的可动铝盘。固定线圈有电压线圈，与负载并联；电流线圈，与压线圈

10、，与负载并联；电流线圈，与负载串联，二线圈产生的三个交变磁通，负载串联，二线圈产生的三个交变磁通，都穿过铝盘，故名为都穿过铝盘，故名为“三磁通三磁通”铝盘在磁铝盘在磁通作用下感应涡流，并与磁通相互作用，通作用下感应涡流，并与磁通相互作用，产生电磁力。产生电磁力。（）制动元件：为使铝盘在不同转动力矩作用（）制动元件：为使铝盘在不同转动力矩作用下能产生不同转速，需要有一个与速度成一定比下能产生不同转速，需要有一个与速度成一定比例的制动力矩，电能表制动力矩由永久磁铁与例的制动力矩，电能表制动力矩由永久磁铁与铝盘组成。因此永久磁铁产生的制动力矩方向总铝盘组成。因此永久磁铁产生的制动力矩方向总是与转矩方

11、向相反。是与转矩方向相反。（）积算机构：用来计算电能表铝盘的转数，（）积算机构：用来计算电能表铝盘的转数，以实现电能的测量和积算。它包括安装在转轴上以实现电能的测量和积算。它包括安装在转轴上的蜗杆、蜗轮、计数器的蜗杆、蜗轮、计数器齿轮和字轮。齿轮和字轮。补偿调整装置（如轻载调整、相角调整、温补偿调整装置（如轻载调整、相角调整、温度补偿等）。度补偿等）。辅助部件（表盖、底座、基架端钮盒和铬牌辅助部件（表盖、底座、基架端钮盒和铬牌等）。等）。电压线圈通入交流电压之后，产生电压线圈通入交流电压之后，产生U ，U分为两部分为两部分交变磁通；分交变磁通；穿过铝盘的部分穿过铝盘的部分U1称为工作磁通；称为

12、工作磁通；不穿过铝盘而自行闭合的部分不穿过铝盘而自行闭合的部分L称为非工作磁通；称为非工作磁通；调节调节 L大小可以改变大小可以改变U1 与电压的相位差；与电压的相位差；电流线圈通入负载电流后，产生交变磁通电流线圈通入负载电流后，产生交变磁通I， I二二次穿过铝盘，分别标以次穿过铝盘，分别标以I1 、 I2 见图。见图。三个交变磁通三个交变磁通u1 、 I1 、 I2 穿过铝盘，分别穿过铝盘，分别感应出涡流感应出涡流Iu、Ii，磁通与涡流之间相互作用产，磁通与涡流之间相互作用产生的电磁力矩，驱使铝盘转动生的电磁力矩，驱使铝盘转动变交磁通变交磁通u1 、 I1 、 I2 不但所处的空间不同，不但

13、所处的空间不同，而且初相也不同。两者结合起来就形成了而且初相也不同。两者结合起来就形成了“移进移进磁场磁场”。可以证明移进磁场的移进方向是从相位。可以证明移进磁场的移进方向是从相位超前的磁通位置移向相位滞后的磁通位置，这也超前的磁通位置移向相位滞后的磁通位置，这也是驱动铝盘转动的方向。是驱动铝盘转动的方向。转动力矩由两部分所组成：电压磁通转动力矩由两部分所组成：电压磁通由由u1与电流磁通所产生的涡流与电流磁通所产生的涡流Ii，相互作用而产生，电流磁通相互作用而产生，电流磁通I1 、I2与电压磁通所产生的涡流与电压磁通所产生的涡流Iu相互相互作用所产生。我们可以分四个区域来作用所产生。我们可以分

14、四个区域来研究电能表力矩的产生研究电能表力矩的产生 sinIUKMcos11IUiKMcos22UIiKMcoscos2121UIIUDiKiKMMMcosfKIUcosKUIMDKnMMMMIUmZ相位调整（力率调整）：相位调整（力率调整）：为保证为保证90，电能表中设置一个或两个调节装置，此即相位调电能表中设置一个或两个调节装置，此即相位调整，也称力率调整。整，也称力率调整。满载调整满载调整: 在额定电压，额定电流和在额定电压，额定电流和COS的条件下调整制动力矩，使铝盘转速和负载功率的条件下调整制动力矩，使铝盘转速和负载功率之间满足的关系，叫做满载调整。之间满足的关系，叫做满载调整。轻载

15、调整（摩擦力补偿）轻载调整（摩擦力补偿） :电能表传动部分存在电能表传动部分存在摩擦力，在轻载时，由于转动力矩较小会造成很摩擦力，在轻载时，由于转动力矩较小会造成很大的误差。负载电流很小时，铝盘甚至不能转动。大的误差。负载电流很小时，铝盘甚至不能转动。为此，在电能表中装有轻载调整节装置，用来补为此，在电能表中装有轻载调整节装置，用来补偿轻载时的摩擦误差。偿轻载时的摩擦误差。潜动调整潜动调整:有时经过轻负荷调整以后，可能出现这有时经过轻负荷调整以后，可能出现这样一种现象，即当负荷电流为零时电度表的转盘样一种现象，即当负荷电流为零时电度表的转盘仍然连续转动，这种现象称为电压潜动，简称潜仍然连续转动

16、，这种现象称为电压潜动，简称潜动。产生潜动的主要原因是由于轻负荷补偿力矩动。产生潜动的主要原因是由于轻负荷补偿力矩过大或电磁元件装配倾斜等引起。过大或电磁元件装配倾斜等引起。相位调整方法：相位调整方法：在电压线圈非工作磁通在电压线圈非工作磁通L气隙中，放置一调节气隙中，放置一调节铜片，以改变铜片中涡流大小，冲而改变铜片，以改变铜片中涡流大小，冲而改变u1相相位。铜片移进，涡流加大位。铜片移进，涡流加大u滞后角加大，表速变滞后角加大，表速变慢，反之表速变快。慢，反之表速变快。在电压工作磁通的磁极上，放置一短路环，环左在电压工作磁通的磁极上，放置一短路环，环左移电阻减小移电阻减小u滞后角加大表变快

17、。滞后角加大表变快。相位调整相位调整U-u=900相位调整相位调整相位调整相位调整I-i满载调整方法满载调整方法:1.改变制动力矩的力臂改变制动力矩的力臂 制动力矩等于永久磁铁产生的电磁力和力臂的乘制动力矩等于永久磁铁产生的电磁力和力臂的乘积。因此，改变力臂的大小便可达到调整制动力积。因此，改变力臂的大小便可达到调整制动力矩的目的。为了改变力臂，可以调整永久磁铁和矩的目的。为了改变力臂，可以调整永久磁铁和铝盘轴心的相对位置。如果铝盘转速太慢，可将铝盘轴心的相对位置。如果铝盘转速太慢，可将永久磁铁移进轴心以减小制动力矩。反之，则将永久磁铁移进轴心以减小制动力矩。反之，则将永久磁铁外移。永久磁铁外

18、移。2.改变永久磁铁穿过铝盘的磁通改变永久磁铁穿过铝盘的磁通 移动永久磁铁，可使穿过铝盘的磁通量发生变化，移动永久磁铁，可使穿过铝盘的磁通量发生变化，造成涡流和电磁力的变化，从而使制动转矩得到造成涡流和电磁力的变化，从而使制动转矩得到调整。调整。在电压工作磁通的路径上，放置一导电铜环，见图在电压工作磁通的路径上，放置一导电铜环，见图516(a)，当电压磁通中。穿过图，当电压磁通中。穿过图515 双重滞后调整双重滞后调整铜环时，它将感生一电流，根据楞次定律，此电流所产生铜环时，它将感生一电流，根据楞次定律，此电流所产生的磁通，必然与穿过此铜环的磁通方向相反，因此，当中的磁通，必然与穿过此铜环的磁

19、通方向相反，因此，当中u自零增长时，铁芯被铜环罩住部分的磁通的增长，较未自零增长时，铁芯被铜环罩住部分的磁通的增长，较未被罩住部分的增长慢。当中被罩住部分的增长慢。当中u自最大值降低时，被罩住部自最大值降低时，被罩住部分的降低也较未被罩住部分的降低慢，即被铜环罩住部分分的降低也较未被罩住部分的降低慢，即被铜环罩住部分的磁通比未被罩住部分的磁通在相位上落后一个角度。根的磁通比未被罩住部分的磁通在相位上落后一个角度。根据电能表转动原理，这一位移可以产生一个转动力矩，用据电能表转动原理，这一位移可以产生一个转动力矩，用来补偿摩擦力矩。将铜环对铁芯作左右移动，可以改变补来补偿摩擦力矩。将铜环对铁芯作左

20、右移动，可以改变补偿力矩的大小，用来调整电能表低负荷时的表速。补偿力偿力矩的大小，用来调整电能表低负荷时的表速。补偿力矩的方向为超前磁通指向滞后磁通。矩的方向为超前磁通指向滞后磁通。为了实现补偿，在电压元件工作磁通的磁为了实现补偿，在电压元件工作磁通的磁路空气隙中，装设一块可以移动的铜片，路空气隙中，装设一块可以移动的铜片，将工作磁通分为不穿过铜片的磁通将工作磁通分为不穿过铜片的磁通U1和和穿过铜片的磁通穿过铜片的磁通U2两部分，由于铜片中两部分，由于铜片中涡流的作用，使涡流的作用，使U2的相位滞后于的相位滞后于 U一个角度一个角度角，称为角，称为“裂相裂相”。裂相使得工。裂相使得工作磁通穿过

21、铝盘时，空间位置不同而且存作磁通穿过铝盘时，空间位置不同而且存在相位差的两个磁，通根据前面的分析，在相位差的两个磁，通根据前面的分析，铝盘上将产生附加转矩。铝盘上将产生附加转矩。(3)在电压铁芯上旋进一条长的铁螺丝在电压铁芯上旋进一条长的铁螺丝杆，螺丝从工作磁通中分出一部分磁杆，螺丝从工作磁通中分出一部分磁力线经铝转盘而到达下磁铁，若螺丝力线经铝转盘而到达下磁铁，若螺丝位置对铁芯不对称，那么铁芯两侧的位置对铁芯不对称，那么铁芯两侧的磁场就不对称，因而产生一个不大的磁场就不对称，因而产生一个不大的力矩用来补偿摩擦力，见图力矩用来补偿摩擦力，见图516(c)。摩擦力补偿摩擦力补偿轻载调整轻载调整防

22、潜装置：电能表中设置防潜装置，如图所示，防潜装置：电能表中设置防潜装置，如图所示，电能表转轴上固接一钢丝，在电压线圈下部固电能表转轴上固接一钢丝，在电压线圈下部固定一钢片。当钢片和钢丝靠近时，由于钢片定一钢片。当钢片和钢丝靠近时，由于钢片被电压铁芯的漏磁通被电压铁芯的漏磁通1磁化，当钢丝靠近钢片磁化，当钢丝靠近钢片时，其间产生电磁力矩时，其间产生电磁力矩Mi，使转盘转速加快；，使转盘转速加快；当完全靠近时，相当于没有附加力矩（吸引力指当完全靠近时，相当于没有附加力矩（吸引力指向转盘中心，不产生转矩）；稍大于时，产生一向转盘中心，不产生转矩）；稍大于时，产生一个方向相反的附加制动力矩阻止转盘转动

23、。改变个方向相反的附加制动力矩阻止转盘转动。改变钢丝和钢片之间的距离及钢片面积，就改变钢丝和钢片之间的距离及钢片面积，就改变了电磁力矩了电磁力矩Mi的大小。的大小。此外，有电能表的铝盘上钻孔，防止转盘潜动。此外，有电能表的铝盘上钻孔，防止转盘潜动。潜动调整由于电磁元件磁导体的磁化曲线并非线性，以及由于电磁元件磁导体的磁化曲线并非线性，以及 图图517 潜动调整潜动调整I一铁丝钩；一铁丝钩；2一磁化舌片一磁化舌片3一磁通；一磁通；4一一电压元件负荷增大时，电磁元件的自制动增加等因素，使电电压元件负荷增大时，电磁元件的自制动增加等因素，使电能表在不同负荷情况下，它的指示值与实际消耗的电能有所能表在

24、不同负荷情况下，它的指示值与实际消耗的电能有所差异。电能表这些误差的变化，常以负荷曲线来表征。图差异。电能表这些误差的变化，常以负荷曲线来表征。图518给出一般电能表的负荷曲线，它是在额定电压，额定频率，给出一般电能表的负荷曲线，它是在额定电压，额定频率，正常使用温度，正常使用温度，cos1.0及及cos=0.5(滞后滞后)的条件下测得的。的条件下测得的。它们处于上下两条直线之间，后者是容许误差的极限。它们处于上下两条直线之间，后者是容许误差的极限。 从从图图518可以看出，当负荷电流低于可以看出，当负荷电流低于30时，曲线向负的方时，曲线向负的方向弯曲，这是由于电流铁芯磁化曲线的非直线性及摩

25、擦力矩向弯曲，这是由于电流铁芯磁化曲线的非直线性及摩擦力矩所造成的。所造成的。超过额定电流，特性曲线又向负的方向弯曲，这超过额定电流，特性曲线又向负的方向弯曲，这是由电流磁通自制动力矩增加所引起。电流磁通是由电流磁通自制动力矩增加所引起。电流磁通制动力矩正比于电流磁通的平方与铝盘转速的乘制动力矩正比于电流磁通的平方与铝盘转速的乘积，而驱动力矩仅与电流成正比，因而在负荷电积，而驱动力矩仅与电流成正比，因而在负荷电流增大时，负荷曲线向负方向下降。改善电能表流增大时，负荷曲线向负方向下降。改善电能表负荷特性的方法，可从大负荷与小负荷两个方面负荷特性的方法，可从大负荷与小负荷两个方面进行进行 。 大负

26、荷时主要矛盾是电流磁通自制动力矩的增加，从这一大负荷时主要矛盾是电流磁通自制动力矩的增加，从这一点出发，可以采取的措施是：点出发，可以采取的措施是： (1)增大电能表常数增大电能表常数(即转即转盘每转的瓦时数盘每转的瓦时数)，降低转动元件的转速，为此选用强磁，降低转动元件的转速，为此选用强磁性制动磁钢。性制动磁钢。 (2)添加过负荷补偿装置，即用磁分路将添加过负荷补偿装置，即用磁分路将一部分电流磁通分出，使之不通过铝转盘，当负荷电流增一部分电流磁通分出，使之不通过铝转盘，当负荷电流增大时，通过磁分路的磁通也增大，磁分路到某大时，通过磁分路的磁通也增大，磁分路到某+程度时即程度时即达到饱和，饱和

27、达到饱和，饱和Sm过磁分路的磁通就不随负荷电流成正过磁分路的磁通就不随负荷电流成正比增大，因而使通过铝转盘的比增大，因而使通过铝转盘的I作磁通相对增大，作磁通相对增大，9S动力动力矩也随之增大，使电流特性曲线保持平直。矩也随之增大，使电流特性曲线保持平直。 (3)增加电增加电压工作磁通，驱动力矩与电压电流工作磁通的乘积成比例，压工作磁通，驱动力矩与电压电流工作磁通的乘积成比例，若电压磁通增加，电流磁通对于驱动力矩的比例相对降低，若电压磁通增加，电流磁通对于驱动力矩的比例相对降低，电流磁通自制动力矩也随着减小，因而过负荷曲线得到改电流磁通自制动力矩也随着减小，因而过负荷曲线得到改善。善。在小负荷

28、时特性曲线受摩擦力与铁芯导磁非线性在小负荷时特性曲线受摩擦力与铁芯导磁非线性的影响较大，为此，可以采取以下措施：的影响较大，为此，可以采取以下措施：(1)(1)减轻转动部件的重量；减轻转动部件的重量；(2)(2)改进下轴承结构，如采用双宝石轴承；改进下轴承结构，如采用双宝石轴承；(3)(3)提高计数器各部件光洁度；提高计数器各部件光洁度；(4)(4)电流铁芯选用电流铁芯选用 高导磁的材料；高导磁的材料；合理选择电流铁心参数；合理选择电流铁心参数；增加驱动力矩增加驱动力矩温度影响温度影响频率影响频率影响电压影响电压影响倾斜影响倾斜影响自热影响自热影响电压、电流波形畸变影响电压、电流波形畸变影响频

29、率影响：电压线圈的阻抗随频率的升高而增大，频率影响：电压线圈的阻抗随频率的升高而增大，是电压线圈里的电流减小，从而电压磁通减小、是电压线圈里的电流减小，从而电压磁通减小、驱动力减弱，导致表速变慢。驱动力减弱，导致表速变慢。直接接入式直接接入式经互感器接入式经互感器接入式 用单相电能表计量用单相电能表计量380V单相负载单相负载用单相电能表计量用单相电能表计量380V单相负载单相负载cosABABABIUP)30cos(1ABANIUP)30cos(2BABNIUP21PPP)30cos()30cos(ABANIUcoscos3ABABABANIUIUDDS988 单相电子式电能表接线图单相电子

30、式电能表接线图DDS988 单相电子式电能表接线图单相电子式电能表接线图(继电继电器器)直接接入式直接接入式DDS988 三单相电子式电能表接线图三单相电子式电能表接线图经互感器接入式经互感器接入式 直接接入式直接接入式 经互感器接入式经互感器接入式 地线与火线颠倒地线与火线颠倒电能表同名端反接电能表同名端反接连接片没有接上（俗称摘钩）连接片没有接上（俗称摘钩） 电能表的电压线圈零线断开电能表的电压线圈零线断开 三相四电能表的电压线圈零线断开三相四电能表的电压线圈零线断开电压线圈断线（摘钩）电压线圈断线（摘钩） 经电流互感器接入的电能表电流线圈断线经电流互感器接入的电能表电流线圈断线 电流线圈

31、极性接反电流线圈极性接反A相电流极性接反相电流极性接反 )sin2/1cos2/3()150(1aabaabIUIUP)sin2/1cos2/3()30(2ccbccbIUIUPsin21UIPPP电压相序接错（电压相序接错（abc接成接成bca） 其它错误接线其它错误接线sin)90cos(1aababcIUIUP)sin2/1cos2/3()150cos(2cbccacIUIUP)60cos(321UIppp单项正弦型无工电能表单项正弦型无工电能表三项正弦型无功电能表三项正弦型无功电能表900跨相型无功电能表跨相型无功电能表带附加电流线圈的三相带附加电流线圈的三相900跨相型无功电能表跨相

32、型无功电能表600型无功电能表型无功电能表 1.1.结构及工作原理结构及工作原理2.2.两元件型三相三线型无功电能表两元件型三相三线型无功电能表)30sin()150sin(1111AUBCIAUBCQKKM)30sin()210sin(222ICUBAICUACQKKM)30sin()30sin(21IUQQQKMMMsin3sin3UIKKIU三元件型无功电能表三元件型无功电能表三元件型无功电能表三元件型无功电能表)180sin()180sin(121BUCAIAUBQKKM)180sin(1CICUAKCCABCAABIIUKIUKIUKsinsinsin12 互感器标准互感器标准IEC

33、44-1:1996及及GB1208-1997电流互感器电流互感器； IEC60044-2:1997及及GB1207-1997电压互电压互感器感器标准标准 互感器的用途与结构互感器的用途与结构1.互感器的用途互感器的用途2.互感器的一般结构互感器的一般结构互感器的正确使用互感器的正确使用1.电压互感器的接线使用注意事项电压互感器的接线使用注意事项2.电流互感器的接线使用注意事项电流互感器的接线使用注意事项电力系统要安全经济运行，必须装置一些测量仪表，以测电力系统要安全经济运行，必须装置一些测量仪表，以测量电路中各种电气量，如电压、电流、功率、电能等。我量电路中各种电气量，如电压、电流、功率、电能

34、等。我们经常还会遇到测量较高电压和较大电流的各种电气量，们经常还会遇到测量较高电压和较大电流的各种电气量，为了更方便更正确地获得这种被测量的数值，测量用互感为了更方便更正确地获得这种被测量的数值，测量用互感器是不可缺少的。器是不可缺少的。仪表与互感器配合使用，可以使仪表制造的规格标准化仪表与互感器配合使用，可以使仪表制造的规格标准化（如（如100:5），且可以利用互感器扩大测量范围，仪表），且可以利用互感器扩大测量范围，仪表测量准确度也容易提高。此外，仪表的安装地点及被测量测量准确度也容易提高。此外，仪表的安装地点及被测量回路的连接方式可以灵活选择。回路的连接方式可以灵活选择。利用互感器测量，

35、还可以保护操作人员免除接触高压的危利用互感器测量，还可以保护操作人员免除接触高压的危险。因为操作人员使用的仪表是接在互感器二次电路上，险。因为操作人员使用的仪表是接在互感器二次电路上，二次电路的电压不高，并且通常都有一端接地。二次电路的电压不高，并且通常都有一端接地。户外干式组合互感器户外干式组合互感器装入式发电机套装入式发电机套管型电流互感器管型电流互感器互感器可分为测量用互感器和保护用互感互感器可分为测量用互感器和保护用互感器两种。器两种。还可分为电流互感器的和电压互感器。还可分为电流互感器的和电压互感器。电流互感器的原理结构与一般变压器相似。电流互感器的原理结构与一般变压器相似。由两个绕

36、制在团合铁芯上，彼此绝缘的绕由两个绕制在团合铁芯上，彼此绝缘的绕组（一次绕组和二次绕组）所组成，其匝组（一次绕组和二次绕组）所组成，其匝数分别为数分别为N1和和N2如图所示，一次绕组与被如图所示，一次绕组与被测电路串联，二次绕组与测量仪表的电流测电路串联，二次绕组与测量仪表的电流线圈相串联。线圈相串联。电流互感器的工作原理与一般变压器的工作原理电流互感器的工作原理与一般变压器的工作原理基本相同。当一次绕组中有电流基本相同。当一次绕组中有电流I1通过时，由一通过时，由一次绕组的磁动势次绕组的磁动势I1N1产生的磁通绝大部分通过铁产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合。从而在二次绕组中感应出电动势芯而闭

37、合。从而在二次绕组中感应出电动势E2。如果二次绕组接有负荷，那么二次绕组中就有电如果二次绕组接有负荷，那么二次绕组中就有电流流I2通过，二次绕组的磁动势通过，二次绕组的磁动势I2N2也产生磁通，也产生磁通，其绝大部分也通过铁芯闭合。因此铁芯中的磁通其绝大部分也通过铁芯闭合。因此铁芯中的磁通是一个由一、二次绕组的磁动势共同产生的合成是一个由一、二次绕组的磁动势共同产生的合成磁通磁通，称为主磁通。根据磁动势平衡原理可以，称为主磁通。根据磁动势平衡原理可以得到：得到：KIN=I1/I2=N2/N1即理想电流互感器两侧的电流大小和它们即理想电流互感器两侧的电流大小和它们的绕组匝数成反比，并且等于常数的

38、绕组匝数成反比，并且等于常数KIN，称为电流互感器的额定变比。称为电流互感器的额定变比。由公式得到：由公式得到：I1=K1NI2这是电流互感器的基本计算公式，根据它这是电流互感器的基本计算公式，根据它可从电流互感器铭牌上标出的额定变比可从电流互感器铭牌上标出的额定变比K1N及二次回路电流表的读数及二次回路电流表的读数I2计算出被测电计算出被测电流流I1。正常工作情况下，电流互感器的工作状态与普通正常工作情况下，电流互感器的工作状态与普通变压器有显著的区别，主要表现以下几个方面：变压器有显著的区别，主要表现以下几个方面：（）电流互感器的一次电流不随二次的负荷变（）电流互感器的一次电流不随二次的负

39、荷变化，它取决于一次电路的负荷。化，它取决于一次电路的负荷。（）电流互感器二次电路所消耗的功率随二次（）电流互感器二次电路所消耗的功率随二次电路阻抗的增大而增大。电路阻抗的增大而增大。（）接到二次电路都是此内阻很小的仪表，如（）接到二次电路都是此内阻很小的仪表，如电流表以及功率、电能表的电流线圈等，所以其电流表以及功率、电能表的电流线圈等，所以其工作状态接近于短路状态。工作状态接近于短路状态。此外，为了保证精确测量，希望电流互感器没有此外，为了保证精确测量，希望电流互感器没有误差，但实际上是不可能的。为了减少误差，要误差，但实际上是不可能的。为了减少误差，要求激磁电流愈小愈好。因此一般电流互感

40、器铁芯求激磁电流愈小愈好。因此一般电流互感器铁芯磁通密度较低，在磁通密度较低，在0.080.1范围。范围。普通电流互感器的铁芯通常制成芯式，材料是优普通电流互感器的铁芯通常制成芯式，材料是优质硅钢片。为了减少涡流损耗，片与片之间彼此质硅钢片。为了减少涡流损耗，片与片之间彼此绝缘。绝缘。准确度级别高的实验室型电流互感的铁芯，是用准确度级别高的实验室型电流互感的铁芯，是用坡莫合金制成，其截面为圆环形，这种合金只有坡莫合金制成，其截面为圆环形，这种合金只有较高的起始导磁率、最大导磁率以及很小的损耗。较高的起始导磁率、最大导磁率以及很小的损耗。在国家标准在国家标准GB1208 GB1208 8787中

41、对电流互感器的参数有明确定中对电流互感器的参数有明确定义及规定。义及规定。额定一次电流额定一次电流I1NI1N：作为互感器性能基准的一次电流：作为互感器性能基准的一次电流值。各种互感的值。各种互感的I1NI1N不同，可为不同，可为0.10在使用时。在使用时被测电流应接近被测电流应接近I1NI1N，此时误差较小。，此时误差较小。额定二次电流额定二次电流I2NI2N：作为互感器性能基准的二次电流：作为互感器性能基准的二次电流值。值。I2NI2N通常为通常为1 1或或5 5，这是为了使量限为，这是为了使量限为1 1和和5 5的的电流表能适用于各种电流量限的测量。电流表能适用

42、于各种电流量限的测量。额定变流比额定变流比K1NK1N：额定一次电流与额定二次电流比，：额定一次电流与额定二次电流比，理想情况下即为匝数比。理想情况下即为匝数比。额定负荷：电流互感器的负荷是二次回路的额定负荷：电流互感器的负荷是二次回路的阻抗，即二次绕组的阻抗，即二次绕组的K1、K2端之间所接全部仪端之间所接全部仪表及导线的组抗。每个电流互感器在实际应用时表及导线的组抗。每个电流互感器在实际应用时所接的负荷并不相同，为了确定电流互感器准确所接的负荷并不相同，为了确定电流互感器准确度必须对负荷值有所规定，称为额定负荷。电流度必须对负荷值有所规定，称为额定负荷。电流互感器在额定电流和额定负荷下运行

43、时，二次所互感器在额定电流和额定负荷下运行时，二次所输出的容量称额定容量。输出的容量称额定容量。由于大多数电流互感器的由于大多数电流互感器的I2N为，为，SN与与ZN之之间只差一个系数，即额定容量与额定负荷均可说间只差一个系数，即额定容量与额定负荷均可说明二次回路的总阻抗，因此额定负荷也常用额定明二次回路的总阻抗，因此额定负荷也常用额定容量伏安数表示。容量伏安数表示。设备最高电压：根据设备的绝缘条件及其它设备最高电压：根据设备的绝缘条件及其它性能，允许长期运行的最高相间电压的有效值。性能，允许长期运行的最高相间电压的有效值。6. 准确度等级：准确度等级是对电流互感器所指准确度等级：准确度等级是

44、对电流互感器所指定的误差等级。在规定使用条件下，互感器的误定的误差等级。在规定使用条件下，互感器的误差应在规定限度之内。电流互感器的准确度级别差应在规定限度之内。电流互感器的准确度级别用额定电流下所规定的允许电流误差来划分。测用额定电流下所规定的允许电流误差来划分。测量用电流互感器分量用电流互感器分5，3，1，0.5，0.2，0.1级。级。仪用互感器分仪用互感器分0.2，0.1，0.05，0.02，0.01级。级。变比误差变比误差相角误差相角误差:简称角差。它是旋转简称角差。它是旋转180后的二次磁后的二次磁势安匝数与一次磁势安匝数之间的相位差。势安匝数与一次磁势安匝数之间的相位差。影响误差的

45、因素影响误差的因素（）激磁电流（）激磁电流I0对误差的影响对误差的影响（）一次电流的影响，当电流互感器工作在小电（）一次电流的影响，当电流互感器工作在小电流时，由于硅钢片磁化曲线的非线性影响，其初流时，由于硅钢片磁化曲线的非线性影响，其初始的磁通密度较低，因而导磁率始的磁通密度较低，因而导磁率小，引起的误小，引起的误差增大。所以在选择电流互感器容量时，不能选差增大。所以在选择电流互感器容量时，不能选得过大，以避免在小电流下运行。得过大，以避免在小电流下运行。（）二次负荷的影响：二次负荷阻抗（）二次负荷的影响：二次负荷阻抗b增加增加（如多接几块仪表），由于一次电流（如多接几块仪表），由于一次电流

46、I1变不，当变不，当增加时（设负荷功率因数增加时（设负荷功率因数cos2不变），则二不变），则二次电流次电流I2减小，减小， I10 N1增加，因此比差及角差增加，因此比差及角差增大。增大。当二次负荷功率因数角当二次负荷功率因数角2增加时，比差增大，而增加时，比差增大，而角差减小；反之亦然。但此部分比差和角差的变角差减小；反之亦然。但此部分比差和角差的变化很小，在实用中对准确度等级低的互感器而言化很小，在实用中对准确度等级低的互感器而言可以忽略不计。可以忽略不计。（）电源频率的影响：频率降低时，将使（）电源频率的影响：频率降低时，将使2等等减小，影响误差，其间关系如图所示。减小，影响误差，其间

47、关系如图所示。结构：电压互感器的工作原理、结构结构：电压互感器的工作原理、结构和接线方式与电力变压器相似，同样和接线方式与电力变压器相似，同样是由相互绝缘的一次、二次绕组绕在是由相互绝缘的一次、二次绕组绕在公共的闭合铁芯上组成的，如图所示。公共的闭合铁芯上组成的，如图所示。其主要区别是二者容量不同，且电压其主要区别是二者容量不同，且电压互感器是在接近空载的状态下工作的。互感器是在接近空载的状态下工作的。电压互感器是将高电压变化为低电压供电给仪表，电压互感器是将高电压变化为低电压供电给仪表，所以它的一次匝数所以它的一次匝数N1多，二次匝数多，二次匝数N2少，一次少，一次绕组与被测电压并联，二次绕

48、组与电压表、电能绕组与被测电压并联，二次绕组与电压表、电能表的电压线圈等并联。表的电压线圈等并联。当一次绕组加上电压时铁芯内有交变主磁通当一次绕组加上电压时铁芯内有交变主磁通通通过，一、二次绕组分别有感应电势过，一、二次绕组分别有感应电势E和和E2。将电。将电压互感器二次绕组阻抗折算到一次侧后，可以得压互感器二次绕组阻抗折算到一次侧后，可以得到如图和所示的形等值电路图到如图和所示的形等值电路图.从等值电路图中得到从等值电路图中得到:KuN=U1/U2=N1/N2这就是理想电压互感器的电压变比，称为这就是理想电压互感器的电压变比，称为额定变比。即理想电压互感器一次绕组电额定变比。即理想电压互感器

49、一次绕组电压压1与二次绕组电压与二次绕组电压U2的比值是个常数，的比值是个常数，等于一次绕组和二次绕组的匝数比。被测等于一次绕组和二次绕组的匝数比。被测电压电压U1的大小为的大小为:U1=KuNU2这是电压互感器的基本计算公式，由此可这是电压互感器的基本计算公式，由此可根据二次回路电压表的读数根据二次回路电压表的读数U2及额定电压及额定电压比比KUN求出被测电压求出被测电压U1。额定电压比：额定一次电压额定电压比：额定一次电压U1N与额定二次电压与额定二次电压U2N之比，用符号之比，用符号KUN表示。表示。准确度等级准确度等级: 准确度等级是对电压互感器所指定准确度等级是对电压互感器所指定的误

50、差等级。在规定使用条件下，互感器的误差的误差等级。在规定使用条件下，互感器的误差应在规定限度之内。应在规定限度之内。目前用于电力系统中的国产电压互感器准确度等目前用于电力系统中的国产电压互感器准确度等级有级有0.1级、级、0.2级、级、0.5级、级、1.0级和级和3.0级。其级。其中中0.2级以上的互感器主要用于试验室进行功率，级以上的互感器主要用于试验室进行功率，电能的精密测量或用来校验低等级的互感器。其电能的精密测量或用来校验低等级的互感器。其中中0.5级的互感器在电力系统电能计量中得到广级的互感器在电力系统电能计量中得到广泛的应用。泛的应用。额定二次负荷：二次负荷是指接在电压互感器二次回

51、路电额定二次负荷：二次负荷是指接在电压互感器二次回路电压表功率表及电能表的电压线圈以及连接导线的总阻抗。压表功率表及电能表的电压线圈以及连接导线的总阻抗。负荷通常以视在功率伏安值表示，并以二次电压为计算基负荷通常以视在功率伏安值表示，并以二次电压为计算基础。础。额定二次负荷是指用来确定互感器的二次线圈是否符合规额定二次负荷是指用来确定互感器的二次线圈是否符合规定的准确度等级要求所依据的负荷值。在产品铭牌上标注定的准确度等级要求所依据的负荷值。在产品铭牌上标注的额定二次负荷与准确度等级是相对应的。电压互感器在的额定二次负荷与准确度等级是相对应的。电压互感器在额定电压及额定二次负荷下运行时，二次输

52、出的容量为额额定电压及额定二次负荷下运行时，二次输出的容量为额定容量。定容量。产品铭牌上标定的额定二次负荷通常用额定容量数表产品铭牌上标定的额定二次负荷通常用额定容量数表示，其输出标准值有，示，其输出标准值有，等。，等。前提到的公式是忽略绕组的铜电阻压降及漏阻抗前提到的公式是忽略绕组的铜电阻压降及漏阻抗压降。实际上，电压互感器是有铁损和铜损的，压降。实际上，电压互感器是有铁损和铜损的，绕组中有阻抗压降。电压互感器存在着比差和角绕组中有阻抗压降。电压互感器存在着比差和角差。差。比差：比差等于折算到一次回路的二次电压比差：比差等于折算到一次回路的二次电压与实际一次电压的差值与实际一次电压的差值相角

53、差：相角差简称角差。是指一次电压与相角差：相角差简称角差。是指一次电压与旋转旋转后二次电压相量间的相位差，当旋后二次电压相量间的相位差，当旋转后的二次电压超前于一次电压相量时，角差为转后的二次电压超前于一次电压相量时，角差为正值，反之，角差为负值。正值，反之，角差为负值。电压互感器的误差同样受到铁芯材料、磁路结构、电压互感器的误差同样受到铁芯材料、磁路结构、一、二次绕组的阻抗及二次负荷一、二次绕组的阻抗及二次负荷Zb的影响，电压的影响，电压互感器误差与二次负荷的关系见图。互感器误差与二次负荷的关系见图。为了提高电压互感器测量的准确度，减少误差，为了提高电压互感器测量的准确度，减少误差，除了选择

54、合适的铁芯材料外，更重要的是减小绕除了选择合适的铁芯材料外，更重要的是减小绕组的电阻。此外可以采用附加绕组补偿法，即在组的电阻。此外可以采用附加绕组补偿法，即在二次绕组上并绕一个附加绕组二次绕组上并绕一个附加绕组NK，利用，利用NK上产上产生的感应电势，使输出电压的大小和相位上得到生的感应电势，使输出电压的大小和相位上得到补偿，从而达到减小比差和角差的目的。其原理补偿，从而达到减小比差和角差的目的。其原理接线如图所示。接线如图所示。电压互感器的接线方式电压互感器的接线方式1.V，v接法接法2.Y，yn接法接法3.YN，yn接法接法电流互感器的接线方式电流互感器的接线方式1.两相星型接线两相星型

55、接线2.三相星型接线三相星型接线3.分接线分接线（）额定电压的选择，电流互感器的额（）额定电压的选择，电流互感器的额定电压必须大于实际工作电压定电压必须大于实际工作电压（）额定变比的选择长期通过电流互感（）额定变比的选择长期通过电流互感器的最大工作电流应小于或等于互感器一器的最大工作电流应小于或等于互感器一次额定电流次额定电流1N，最好使电流互感器在额，最好使电流互感器在额定电流附近运行，这样测量就更准确。定电流附近运行，这样测量就更准确。（）准确度等级的选择依据电流互感器（）准确度等级的选择依据电流互感器在额定工作条件下所产生的变比误差，规在额定工作条件下所产生的变比误差，规定了准确等级。定了准确等级。（）额定容量的选择（）额定容量的选择:电流互感器的额定容量就电流互感器的额定容量就是二次额定