2.8 仪用互感器测量电流和电压（课件）-《电气测量技术》同步精品课堂（高等教育出版社）

2.8 仪用互感器测量电流和电压 电气测量技术 高教版 同步精品课堂 1 学习目标 认识仪用互感器 探究仪用互感器的工作原理 使用仪用互感器测量电流、电压 仪用互感器的维护与保养 知识目标 能力目标 新知学习 一、识——认识仪用互感器 实际测量时，经常遇到需要测量高电压、大电流的场合，而要生产一个能够直接 测量高电压、大电流的交流仪表是很困难的，使用起来也十分危险。 利用变压器能 改变交流电压和电流的原理，可以制造出一种特殊的变压器——仪用互感器。 仪用互感器是指用于传递信息供给测量仪器、仪表和保护、控制装置的变换 器，也称测量用互感器。 01 02 03 新知学习 一、识——认识仪用互感器 按照用途不同，仪用互感器分为 变换交流电流的电流互感 器 变换交流电压的电压互感器 01 02 新知学习 一、识——认识仪用互感器 要求 常见仪用互感器如图所示，以小组为单位，仔细观察仪用互感器，认识电 流互感器、电压互感器的外形与结构。 新知学习 一、识——认识仪用互感器 要求 常见仪用互感器如图所示，以小组为单位，仔细观察仪用互感器，认识电 流互感器、电压互感器的外形与结构。 新知学习 一、识——认识仪用互感器 1.仪用互感器的外形 仪用互感器的外形如图所示。 新知学习 一、识——认识仪用互感器 2.仪用互感器的参数 (1)电流互感器的铭牌与参数(如图所示) 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电流互感器的主要参数有额定电流变比、准确度等级、额定容量、额定电压、极性 标志等，选用电流互感器时，主要选择它的额定电流及额定电压，电流互感器的主要参 数见表。 主要参数 说明     额定电流变比 额定电流变比是指一次额定电流与二次额定电流之比(有时简称电流比);额定 电流变比一般用不约分的分数形式表示。 额定电流是指电流互感器可以长期运行而不会因发热损坏的工作电流。当负 载电流超过额定电流时，称作过负载 准确度等级 国产电流互感器的准确度等级有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、 5.0、0.2S及0.5S级 额定容量 电流互感器的额定容量是指额定二次电流通过额定二次负载时所消耗的视在 功率 额定电压 额定电压是指一次绕组长期能够承受的最大电压(有效值),它只是说明电流互 感器的绝缘强度，而和电流互感器额定容量没有任何关系         极性标志 ①一次绕组首端标为L1.末端标为L2。当一次绕组带有中间抽头时，首端标 为L1,自第一个抽头起以下依次标为L2、L3、 …。 ②二次绕组首端标为K1,末端标为K2。当二次绕组带有中间抽头时，首端标 为K1,自第一个抽头起以下依次标为K2、K3、 …。 ③对于具有多个二次绕组的电流互感器，应分别在各二次绕组的出线端标志 “K”前加注数字，如1K1、1K2、1K3、 … ;2K1、2K2、2K3、 …。 ④标志符号的排列应当使一次电流自L1端流向L2端时，二次电流自K1流 出，经外部回路流回K2 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电流互感器的型号由字母符号及数字组成，通常表示电流互感器绕组类型、绝 缘种类、适用场所及电压等级等，见表。 第一位字母 第二位字母 第三位字母 第四位字母     L电流 互感器 M母线式(穿心式) F多圈式 K塑料外壳式 C瓷绝缘 B过流保护 Q线圈式 A穿墙式 Z浇注式 P中频 D差动保护 Y低压式 R装入式 W户外式 G改进式 J接地保护 D单匝式 C瓷箱式     S速饱和         Q加强型 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电流互感器的选择 电流互感器的额定电压必须满足以下条件：Ux≤UN 式中，Ux——电流互感器安装处的工作电压；UN—电流互感器的额定电压。 电流互感器的额定电压是指一次绕组对地或对二次绕组长期能承受的最大 绝缘电压值，而不是指一次绕组两端所加的电压。 01 02 ① 额定电压的选择 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电流互感器的选择 电流互感器二次电流都已标准化(5 A), 故选择额定电流变比，实际上就是 选择一次额定电流。电流互感器一次额定电流一般按长期通过电流互感器的最 大工作电流来选择。 为保证电流互感器有良好的电流特性，不应使其工作在一次 额定电流的1/3以下，应该尽量使其在额定电流的2/3以上运行。 01 02 ② 额定电流变比的选择 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电流互感器的选择 依据电流互感器在额定工作条件下产生的比差限值，规定了准确等级。 我国 颁布的《电能计量装置检验规程》规定：对于I 类电能计量装置，应选用0.2级的 电流互感器。对于Ⅱ、Ⅲ、IV类电能计量装置，应选用0.5级的电流互感器。 01 02 ③ 准确度等级的选择 电流互感器的额定容量应满足下式要求：0.25 SN≤S₂≤SN 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电流互感器的选择 电流互感器的额定容量应满足下式要求：0.25 SN≤S₂≤SN 式中，SN——电流互感器的额定容量；S₂— 电流互感器的实际二次总负载的 视在功率。注意不要使测量范围超出被测绝缘电阻阻值过大，否则读数将产生较大误差。 01 02 ④ 额定容量的选择 新知学习 一、识——认识仪用互感器 (2)电压互感器的参数 电压互感器主要参数有绕组的额定电压、额定电压变比、准确度等级、极性标 志等，见表。 主要参数 参数介绍   绕组的额定 电压 额定一次电压指可以长期加在一次绕组上的电压，其值应与我国电力系统规 定的“额定电压”系列相一致。 我国规定接在三相系统中相线与相线之间的单相电压互感器额定二次电压为100V, 接在三相系统相与地间的单相电压互感器额定二次电压为100/ √3 V   额定电压变比 额定电压变比为额定一次电压与额定二次电压之比，一般用不约分的分数形 式表示 额定二次负载 额定二次负载为确定准确度等级所依据的二次负载导纳(或阻抗)值 准确度等级 国产电压互感器的准确度等级有0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0 级。用户电能计量装置通常采用0.2级和0.5级电压互感器   极性标志 为了保证测量及校验工作的接线正确，电压互感器一次及二次绕组的端子应 标明极性标志。电压互感器一次绕组接线端子用大写字母U、V、W、N表示， 二次绕组接线端子用小写字母u、v、w、n表示 新知学习 一、识——认识仪用互感器 电压互感器的型号由3或4个拼音字母及数字组成。通常它表示电压互感器 的相数、绝缘介质、结构特征等。字母后面的数字表示电压等级(单位为kV), 字母 含义见表。 第一位字母 第二位字母 第三位字母 第四位字母 名称 相数 绕组外的绝缘介质 结构特征     J电压互感器 D 单 相 G干式 R电容式 W五铁心柱 S三相 J油浸 S三相 B带补偿角差绕组 C串级 C瓷绝缘 Z浇注绝缘 J接地保护 W五铁心柱     新知学习 一、识——认识仪用互感器 3.仪用互感器的用途 02 03 01 在测量高压电路时，不但降低了 对仪表的绝缘要求，而且可以保证工作人员和仪表的安全。 仪用互感器二次侧的额定电压 和额定电流统一规定为100 V 和5 A, 只要最大量程为100V 的电压表和5A 的电 流表，再配用不同变比的仪用互感器，就能满足测量各种高电压和大电流的要求。 可利用仪用互感器按比例地把大电流、高电压变换 成小电流、低电压，再用低量程的仪表进行测量，就相当于扩大了交流仪表的量程。 扩大交流仪表的量程 测量高压时保证工作人员和仪表的安全 有利于仪表生产的标准化，降低生产成本 新知学习 二 、探——探究仪用互感器的工作原理 1. 电流互感器的内部结构与工作原理 电流互感器的图形符号如图所示，实际上就是一个降流变压器，能把一 次侧的大电流变换成二次侧的小电流。 新知学习 二 、探——探究仪用互感器的工作原理 1. 电流互感器的内部结构与工作原理 使用时，将一次侧与被测电路串联，二次侧 与电流表串联，如图所示，由于电流表的内阻一般很小，所以电流互感器在正 常工作状态时，接近于变压器的短路状态。 新知学习 二 、探——探究仪用互感器的工作原理 2.电压互感器的内部结构及工作原理 电压互感器实际上就是一个降压变压器，其图形符号与接线图分别如图2-4-6 和图2-4-7所示。 新知学习 二 、探——探究仪用互感器的工作原理 2.电压互感器的内部结构及工作原理 使用时，将一次侧与被测电路并联，二次侧 与电压表并联。 由于二次侧的额定电压一般为100V, 故不同电压变比的电压互感器，其一次侧的匝数是不同的。 电压互感器能将一次侧的高电压变换成二次侧的低电压，因此其 一次侧绕组的匝数远多于二次侧匝数。 01 02 03 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 选表 实际选择电流互感器时，通常遵循三条原则： ①根据被测电流的大小选择电流互感器的 额定电流变比，也就是要使电流互感器的一次 侧额定电流大于被测电流； ②与电流互感器配套使用的交流电流表应 选5A的量程，右图所示为与KA=400/5的电流 互感器配合使用的电流表； ③测量仪表所消耗的功率不要超过电流互 感器的额定容量 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 接线 将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二 次侧与电流表串联。对功率表、电能表等转动 力矩与电流方向有关的仪表，当其与电流互感 器配合使用时，还要确保电流互感器的极性正 确，极性接反会导致仪表指针反转。电流互感 器一次侧的L1和二次侧的K1是同名端，L2和K2是同名端 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 电流互感器使用注意事项 PART 01 电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路 PART 03 接在同一互感器上的电流表不能太多，否则会导致测量误差增大 PART 02 在高压电路中，电流互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地，以确保人身 和设备的安全。但在380 V220 V的低压电路中，电流互感器的铁心和二次侧的一端 可以不必接地。 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 选表 实际选择电压互感器时，通常遵循 三个原则： ①根据被测电压的高低选择电压互感器的额定电压变比，也就是使所选 用的电压互感器一次绕组的额定电压大于被测电压； ②与电压互感器配套使用的测量 仪表一般应选100V的交流电压表； ③测量仪表所消耗的功率不要超过电压互感器的额定容量，否则将使互 感器的误差加大 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 接线 将电压互感器的一次侧与被测电路 并联，二次侧与电压表(或仪表的电压 线圈)并联 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 电压互感器使用注意事项 电压互感器的二次侧在工作时不能短路。在正常工作时，其二次侧近于 开路状态，电流很小；当二次侧短路时，其电流很大(二次侧阻抗很小),将烧毁设 备甚至危及人身安全。 电压互感器的铁心和二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧击穿时，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。 电压互感器接线时，应注意一次侧、二次侧接线端子的极性，以保证测量的准确性。 新知学习 三、做——使用仪用互感器测量电流、电压 电压互感器使用注意事项 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。 为保证测量的准确度，要求电压互感器的准确度等级比所接仪表的准确 度等级高2级。 电压互感器的一次侧、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保护，同时一次 侧应装设隔离开关供安全检修用。 一次侧并接在线路中。 新知学习 四 、修——仪用互感器的维护与保养 1. 电流互感器的校验 校验过程 校验方法   极性检查 电流互感器一次绕组标志为P1、P2,二次绕组标志为S1、S2。若P1、S1是同名端， 则这种标志称为减极性。 一次电流从P1进，二次电流从S1出。极性检查很简单，除 了可以在互感器校验仪上进行检查外，还可以使用直流检查法       退磁检查 电流互感器在电流突然下降的情况下，互感器铁心可能产生剩磁，如电流互感器在 大电流情况下突然切断电源、二次绕组突然开路等，互感器铁心有剩磁，使铁心磁导率 下降，影响互感器性能。长期使用后的互感器都应该退磁，互感器检验前也要退磁。 退磁就是通过给一次或二次绕组以交变的励磁电流，给铁心以交变的磁场。从零开始 逐渐加大交变的磁场(励磁电流)使铁心达到饱和状态，然后再慢慢减小励磁电流到 零，以消除剩磁 新知学习 四 、修——仪用互感器的维护与保养 1. 电流互感器的校验 校验过程 校验方法           退磁检查 对于电流互感器退磁，一次绕组开路，二次绕组通以工频电流，从零开始逐渐增 加到一定的电流值(该电流值与互感器的设计测量上限有关，一般为额定电流的 20%~50%,可以这样判断，如果电流突然急剧变大，此时表示铁心已进入磁饱和阶 段)。然后再将电流缓慢降为零，如此重复2~3次，在断开电源前，应将一次绕组短接， 再断开电源，铁心退磁完成，此方法称为开路退磁法 对于有些电流互感器，由于二次绕组的匝数都比较多。若采用开路退磁法，开路的 绕组可能产生高电压。因此可以在二次绕组接上较大的电阻(额定阻抗的10~20倍)。 一次绕组通以电流，从零渐变到互感器一次绕组允许的最大电流，再渐变到零，如此重 复2~3次。如果接有负载的二次绕组产生电压不是特别高，可以加大二次绕组的负载 电阻，这样可以提高退磁效果           准确度 检查 互感器误差试验一般采用被测互感器与标准互感器进行比较，两互感器的二次电 流差即为被测互感器误差，此种检验方法称为比较法。标准互感器要求比被测互感器 高出两个等级，此时标准互感器误差可忽略不计。若标准互感器比被测互感器只高一 个等级，此时试验结果误差应考虑加上标准互感器误差。 被测互感器与标准互感器的二次电流差一般采用互感器校验仪进行测量。直接从 互感器校验仪上读出比值差和相位差，由于互感器校验仪测的是被测互感器与标准互 感器电流差与二次电流的比值，所以对互感器校验仪的要求不高。校验什么等级的互 感器，基本由标准互感器决定。 标准互感器是互感器校验系统的核心。对被测互感器进行校验，除了标准互感器、 互感器校验仪，还要有给互感器提供一次电流的升流器，可以调节升流器电流的调压 器及负载 新知学习 四 、修——仪用互感器的维护与保养 2. 电压互感器的常见故障检测 故障现象 故障原因 三相电压 指示不平衡 一相降低(可为零),另两相正常，线 电压不正常，或伴有声、光信号 可能是互感器高压或低压熔断器熔断 中性点非 有效接地系 统，三相电压 指示不平衡 一相降低(可为零),另两相升高(可 达线电压)或指针摆动 可能是单相接地故障或基频谐振 三相电压同时升高，并超过线电压 (指针可摆到头) 可能是分频或高频谐振 新知学习 四 、修——仪用互感器的维护与保养 2. 电压互感器的常见故障检测 故障现象 故障原因 高压熔断器多次熔断 可能是内部绝缘严重损坏，如绕组层间 或匝间短路故障 中性点有效接地系统，母线倒闸操作时，出现相电压 升高并以低频摆动 一般为串联谐振现象 无任何操作，突然出现相电压异常升高或降低 可能是互感器内部绝缘损坏 中性点有效接地系统，电压互感器投运时电压表指 示不稳定 可能是高压绕组N(X)端与地接触 不良   悬浮电位放电 可能是穿芯螺栓和铁心连接松动，造成 螺栓处于悬浮电位；金属异物处于悬浮电 位放电；绝缘支架螺母电位悬浮   电弧放电 可能是串级绕组对铁心放电，绝缘支架不 良而放电；绝缘进水受潮；一次绕组末端未 接地 1.钳形电流表主要用于测量什么？ A. 电压 B. 电流 C. 电阻 D. 功率 课堂练习 答案：D. 所有以上 解析：互感器主要用于改变电压或电流的幅度，同时提供电气隔离，确保测量设备的安全性。 2.电流互感器（CT）通常安装在电路的哪个位置？ A. 电路的开始 B. 电路的结束 C. 电路的任何位置 D. 只能安装在电路的负载侧 课堂练习 答案：C. 电路的任何位置 解析：电流互感器可以安装在电路的任何位置，但通常安装在电流进入负载之前，以确保准确测量整个电路的电流。 3.电压互感器（VT）的主要作用是什么？ A. 降低电压以便于测量 B. 提高电压以驱动负载 C. 隔离高电压电路 D. 所有以上 课堂练习 答案：A. 降低电压以便于测量 解析：电压互感器主要用于将高电压降低到一个安全且适合测量的低电压水平。 万用表测量直流电流时，红表笔和黑表笔的连接方式是什么？ A. 红表笔接正极，黑表笔接负极 B. 红表笔接负极，黑表笔接正极 C. 可以任意连接 D. 红表笔接地，黑表笔接负载 4.在使用电流互感器时，为什么需要确保电流的极性正确？ A. 为了确保测量的准确性 B. 为了提高测量的安全性 C. 为了减少测量误差 D. 所有以上 课堂练习 答案：D. 所有以上 解析：电流互感器的极性必须正确，以确保测量的准确性、安全性，并减少误差。 使用钳形电流表测量电流时，需要注意什么？ A. 钳口必须完全闭合 B. 只能测量塑料绝缘的电线 C. 只能测量没有负载的电路 D. 需要将电线切断 5.互感器的额定值通常指的是什么？ A. 额定电流 B. 额定电压 C. 额定功率 D. 额定频率 课堂练习 答案：A. 额定电流 解析：对于电流互感器，额定值通常指的是额定电流，即互感器设计用于准确测量的最大电流值。 6.为什么电压互感器的次级绕组需要接地？ A. 为了提高测量的准确性 B. 为了确保操作人员的安全 C. 为了减少电磁干扰 D. 所有以上 课堂练习 答案：B. 为了确保操作人员的安全 解析：电压互感器的次级绕组接地主要是为了确保操作人员的安全，防止因绝缘故障而产生的危险电压。 7.电流互感器的次级绕组通常连接到什么设备？ A. 电动机 B. 照明设备 C. 测量仪表或继电器 D. 发电机 课堂练习 答案：C. 测量仪表或继电器 解析：电流互感器的次级绕组通常连接到测量仪表或继电器，用于监测电流或保护电路。 8.互感器的变比是指什么？ A. 初级与次级之间的电压比 B. 初级与次级之间的电流比 C. 初级与次级之间的功率比 D. 初级与次级之间的频率比 课堂练习 答案：B. 初级与次级之间的电流比 解析：互感器的变比是指初级绕组与次级绕组之间的电流比，这是互感器设计中的一个重要参数。 课堂小结 1、简述电压互感器的常见故障及原因。 2、简述电流互感器的校验方法。 3、简述使用电压互感器测量电压的方法。 作业布置 感谢观看 $$