检测技术及仪表第5章电气量的测量

2023/2/11第5章常用测量仪表5.1仪用互感器5.2电压与电流的测量5.3功率与电能的测量5.4功率因数与频率的测量5.5电阻的测量5.6电感、电容的测量互感器是一种特殊的变压器，指用来传递信息，供给测量仪器仪表和保护控制装置的变换器。互感器的作用：（1）使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘（2）扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围5.1仪用互感器互感器的分类：电流互感器（缩写CT，文字符号TA）可用在交换电流的测量、交换电度的测量和电力拖动线路中的保护。

电压互感器（缩写PT，文字符号TV）可在高压和超高压的电力系统中用于电压和功率的测量等。一、电流互感器电流互感器是一种将高电压系统中的电流或低电压系统中的大电流，变换成低电压标准小电流的电流变换装置。电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器。1.工作原理和工作特性

它的工作原理和变压器相似。

式中，I1——一次线圈的额定电流

I2——二次线圈的额定电流电流互感器的电流比一次绕组二次绕组工作特性：1）一次侧电流的大小取决于一次侧负载，二次侧电流理想情况下仅取决于一次侧电流；2）正常运行时，二次侧绕组近似于短路工作状态；3）二次回路不允许开路；4）一次侧电流变化范围很大；5）一次绕组线径较粗，匝数少，二次绕组线径较细，匝数多。2.电流互感器测量误差1）比差2）角误差I二次电流相量旋转180°后与一次电流相量之间的夹角3）准确度等级用互感器所容许的比差表示（表5-1-1）4）额定容量常用二次侧电流通过额定二次负载时所输出的视在功率表示3.电流互感器的接线形式电流互感器的极性：按照规定，我国互感器和变压器的绕组端采用“减极性”标号法。电流互感器绕组标示1）一相式接线电流线圈通过的电流反应一次电路相应相的电流。通常用于负荷平衡的三相电路，如低压动力线路中，供测量电流、电能或接过负荷保护装置之用。2）两相V形接线也称为两相不完全星型接线。在中性点不接地的三相三线制电路中，广泛用于测量三相电流、电能及作为过电流继电保护之用。+3）三相星型接线它由三只完全相同的电流互感器构成。适用于负载不平衡的三相三线制或三相四线制系统中，用于三相电流、电能的测量及过电流保护。电流互感器在接线中应注意以下内容：1）电流互感器的二次侧在使用时绝对不可开路。使用过程中拆卸仪表或继电器时，应事先将二次侧短路。安装时，接线应可靠，不允许二次侧安装熔丝；2）二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全；3）一次侧串接在线路中，二次侧与继电器或测量仪表串接。注意4）接线时要注意端子的极性。二、电压互感器电压互感器是将一次侧的高电压按比例变为适合于仪器仪表和保护控制装置使用的低电压变换设备。按工作原理分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器。1.电磁式电压互感器工作原理与工作特性工作原理:电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同，可以说是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。结构特点：1）容量很小，类似一台小容量变压器；2）一次绕组匝数多，二次绕组匝数少，且二次绕组所接仪表的电压线圈阻抗很大，正常情况下，电压互感器在近于空载的状态下运行。电压互感器的电压比式中，U1—一次线圈的额定电压

U2—二次线圈的额定电压工作特性：1）与测量系统并联2）一次电压的大小取决于一次侧电力网电压，不受二次侧影响；3）正常运行时，二次侧绕组近似于开路工作状态；4）二次回路不允许短路；2.电磁式电压互感器测量误差1）比差2）角误差U

二次电压相量旋转180°后与一次电压相量之间的夹角3）准确度等级用互感器所容许的比差表示（表5-1-2）4）额定容量指在额定电压和额定负载下运行时，二次侧的输出容量3.电压互感器的接线1）单相接线仅适用于测量小电流接地系统（35kV及以下）的线电压。如果互感器一次绕组的一端接在线路上，另一端接地，互感器可测量大电流接地系统（110kV及以上）的相电压（图5-1-9(b)）。2）V－V接线只用两个单相电压互感器可以得到对称的三个线电压；不能测量相电压3）Y－Y接线由三个单相互感器组成，一、二次侧均接成星形，可测线电压及相电压。由于小电流接地系统在一次电路发生单相接地时，另两相的相电压要升高到线电压，所以绝缘监视电压表要按线电压选择量程，否则在发生单相接地时，电压表可能被烧毁。4）Y/Y/接线用三台单相三绕组电压互感器构成，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电保护用。可测线电压及相电压，辅助二次绕组接成开口三角形检测零序电压。三相五柱式电压互感器的接线（图5-1-9(e)）与此基本相同。60kV及以下系统，一次侧一般经过隔离开关和熔断器接入高压电网。电压互感器一次侧熔断器的作用：1）保护电压互感器本身，当电压互感器本身故障时，熔断器迅速熔断，防止事故扩大；2）防止高压电网受电压互感器本身及其引线的影响。110kV及以上系统，电压互感器一次侧不装熔断器注意使用电压互感器应注意以下事项：1）电压互感器的二次侧在工作时不能短路。

2）电压互感器的二次侧必须有一端接地。3）电压互感器接线时，应注意一、二次侧接线端子的极性。

4）电压互感器的一、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保护，同时一次侧应装设隔离开关作为安全检修用。

5）一次侧并接在线路中。

6）电压互感器送电时必须先合一次侧后合二次侧，停电时先停二次侧后停一次侧，防止反送电危及设备安全。电压与电流是电量测量的主要对象，其它电量和非电量可以转换成电压或电流进行测量。通常采用的方法有直接测量法和间接测量法，采用的仪器有磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表、万用表和互感器等。5.2电压与电流的测量2023/2/124一、电压的测量测量电压，应将电压表并联接在被测对象两端，并且测量直流电压时，应注意极性。为减小电压表对被测对象的影响，电压表的内阻或内阻抗应尽可能大。2023/2/125电压的测量分为直流电压的测量、交流电压的测量和高电压的测量。电压表接地标志应接在低电位端1.直流电压的测量磁电系电压表、万用表、直流电位差计等2.交流电压的测量电磁系电压表、电动系电压表、整流系电压表、万用表、交流电位差计等3.高电压的测量电压互感器与低压电压表、分压器与互感器及低压电压表等4.间接测量二、电流的测量测量电流时，应将电流表串联接在被测电路中，并且测量直流电流时，应注意极性。为减小电流表对被测对象的影响，电流表的内阻或内阻抗应尽可能小。2023/2/127电流的测量分为直流电流的测量、交流电流的测量和大电流的测量。电流表线圈应接在低电位端1.直流电流的测量磁电系电流表、万用表、直流电位差计等2.交流电流的测量电磁系电流表、电动系电流表、万用表、交流电位差计等3.大电流的测量电流互感器、分流器等4.间接测量通常采用的方法有直接测量法和间接测量法。5.3功率与电能的测量2023/2/129功率的直接测量，采用电动系或数字的单相功率表或三相功率表测量功率。功率的间接测量，直流情况下通过测量电压、电流间接求得功率；交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。电能的直接测量，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。一、功率的测量1.直流功率的测量（1）伏安表法用电压表和电流表分别测电压U和电流I，然后计算得到P。如果考虑仪表内阻的影响，有两种接线方式：电压表前接，电压表后接。2023/2/130（2）功率表电动系功率表，数字功率表（由数字电压表和功率变化器构成）2.单相有功功率的测量（1）间接法

采用电压表、电流表、功率因数表分别测电压U、电流I和功率因数cos，则P=UIcos（2）直接法电动系功率表、变换式功率表（磁电系表头、两个电流互感器和半导体二极管构成）3.三相有功功率的测量采用单相功率表（一表法、二表法、三表法）或三相功率表

4.三相无功功率的测量

采用有功功率表测量（1）跨相90°接线法a.一表跨相法接线方式：功率表的电流线圈接入任一相，电压线圈跨接在另两相，电流线圈的发电机端（*）接入电源侧，电压线圈的发电机端（*）按三相顺序接入电流线圈所在相的下一相（即功率表的电流、电压跨相90°）。适用于对称三相电路，无功功率为功率表读数的倍

b.二表跨相法：接线方式：两个功率表的电流线圈接入任两相，电压线圈跨接在没有接入对应电流线圈的另两相，电流线圈的发电机端（*）接入电源侧，电压线圈的发电机端（*）按三相顺序接入电流线圈所在相的下一相。适用于对称三相电路，无功功率为两个功率表读数之和的/2倍

c.三表跨相法接线方式：三个功率表的电流线圈分别接入三相，电压线圈跨接在没有接入对应电流线圈的另两相，电流线圈的发电机端（*）接入电源侧，电压线圈的发电机端（*）按三相顺序接入电流线圈所在相的下一相。适用于三相电源对称、负载不对称三相电路，无功功率为三个功率表读数之和的1/倍（2）人工中性点接线法适用于电源对称、负载对称或不对称三相电路，无功功率为两个功率表读数之和的倍二、电能的测量1.单相交流电路中电能的测量单相感应系电能表（用电流、电压互感器扩大量程）2.三相交流电路中电能的测量三相二元件式电能表（三相三线制）、三相三元件式电能表（三相四线制）2023/2/1363.无功电能的测量三相三线制、三相四线制无功电能表一、功率因数（相位）测量5.4功率因数（相位）与频率的测量2023/2/1371.间接测量（1）单相和三相对称电路

电压表、电流表和功率表（2）三相不对称电路

有功和无功电能表2.直接测量

功率因数表二、频率的测量电动系频率表2023/2/138工程上使用的电阻阻值范围很宽，约为10-7~1015Ω。5.5电阻的测量2023/2/139一般把电阻分为三类：小电阻（1Ω以下）、中值电阻（1~106Ω）、大电阻（106Ω以上）。对不同的阻值范围，采用不同的测量方法。（表5-5-1）一、中值电阻的测量1.欧姆表法（直接法）欧姆表，万用表的欧姆挡2.电桥法（间接法）2023/2/1403.伏安表法（间接法）电压表前接、电压表后接优点：1）能在工作状态下进行测量；2）适用于大容量变压器类具有大电感线圈电阻的测量二、小阻值电阻的测量电桥法、四端钮结构伏安表法、微欧表法三、大阻值电阻的测量绝缘电阻表四、接地电阻的测量接地电阻测量仪一、电感的测量5.6电感、电容的测量2023/2/142电感的测量包括直流电阻R、电感量L和品质因数Q的测量。仅介绍线性电感的电感量L的测量方法。1.伏安表法2.三表法3.电桥法（交流电桥）海氏电感电桥、麦克斯韦电桥二、