第五章電氣測量技術(shù)

第五章電氣測量技術(shù)

2交流電氣參量的測量技術(shù)：5.1

交流高電壓的測量方法5.2

交流大電流的測量方法5.3頻率、周期、相位、有效值（平均值）

及功率的常用測量方法5.4電力設(shè)備絕緣參數(shù)的測量方法本章主要內(nèi)容2交流電氣參量的測量技術(shù)：本章主要內(nèi)容5.1交流高壓的測量方法5.1交流高壓的測量方法4交流高電壓的測量方法電磁式電壓互感器（PT）電容式互感器（CVT）光學(xué)電壓傳感器（OVT）4交流高電壓的測量方法電磁式電壓互感器（PT）5電磁式電壓互感器（PT）電壓互感器接入電路原理圖W1—一次繞組匝數(shù)；W2—二次繞組匝數(shù)一、二次繞組上分別感應(yīng)的電動勢為：理想電壓互感器變比為：電磁式電壓互感器簡稱PT（PotentialTransformer）或TV，其工作原理運(yùn)用電磁感應(yīng)原理原副邊磁耦合將交流高壓變?yōu)榈碗妷?電磁式電壓互感器（PT）電壓互感器接入電路原理圖一、二次繞6電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)繞組的額定電壓及額定變比一次繞組額定電壓是指加于三相電壓互感器或三相系統(tǒng)線間用的單相電壓互感器的一次繞組上的線電壓，是繞組能夠長期工作的電壓，是電網(wǎng)的額定電壓(如10kV，35kV，110kV，220kV，330kV，500kV，1000kV等)二次繞組額定電壓是指三相電壓互感器和供三相系統(tǒng)線間用的單相電壓互感器二次繞組的長期工作電壓，二次電壓U2n的輸出范圍統(tǒng)一為0-100(或100/1.732，100/3)V零序電壓繞組的額定電壓是指供大電流接地系統(tǒng)用的電壓互感器的零序電壓繞組能長期工作的電壓，規(guī)定為0-l00V6電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)繞組的額定電壓及額定變比一次繞組額7電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級一次繞組電壓為一次額定電壓的百分?jǐn)?shù)(%)誤差限值二次負(fù)載為額定負(fù)載的百分?jǐn)?shù)(%)比差(%)角差(′)0.180～120士0.1士525～1000.280～120士0.2土100.585～115士05土2025～100185～115士1.0士4025～1003100士30未規(guī)定25～100電壓互感器容許誤差的極限值額定負(fù)載額定負(fù)載也叫額定容量，是按照其準(zhǔn)確度等級制造的容量，是當(dāng)二次電壓為額定值時，規(guī)定允許接人的負(fù)載，通常用視在功率單位VA數(shù)表示。在額定二次負(fù)載下，電壓互感器的誤差應(yīng)符合其準(zhǔn)確度等級的規(guī)定7電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級一次繞組電壓為8電磁式電壓互感器測量誤差分析

電壓互感器的等值電路圖8電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器的等值電路圖9電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器變比、相角誤差相量圖

與一次電壓大小不等，相位不重合，電壓互感器存在比差與角差

比差fu以百分?jǐn)?shù)來表示角差9電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器變比、相角誤差相量圖10電磁式電壓互感器測量誤差分析當(dāng)電壓互感器空載時當(dāng)負(fù)載為Zb時10電磁式電壓互感器測量誤差分析當(dāng)電壓互感器空載時當(dāng)負(fù)載為Z11電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器在現(xiàn)場實際運(yùn)行時，只需測量出實際二次負(fù)載Zb及其功率因數(shù)角

，即可計算出比差角差11電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器在現(xiàn)場實際運(yùn)行時，12電磁式電壓互感器的安裝及使用電壓互感器主要安裝方式圖（a）用于單相電壓的測量。圖（b）用于三相電壓的測量，圖（c）用于線電壓的測量a)b)c)電壓互感器在使用的時候要注意二次繞組不許短路12電磁式電壓互感器的安裝及使用電壓互感器主要安裝方式圖（a13電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器原理電容式電壓互感器簡稱CVT（CapacitorVoltageTransformers），主要利用電容器的分壓作用將高電壓按比例轉(zhuǎn)換為低電壓13電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器原理電容式電壓互感14電容式互感器（CVT）實際應(yīng)用CVT主要由電容分壓器（包括主電容器C1，分壓電容器C2）、中間變壓器（T）、補(bǔ)償電抗器L、保護(hù)裝置F及阻尼器D等元件組成CVT組成示意圖CVT優(yōu)點1.造價低（110kV及以上產(chǎn)品）；2.可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備的功能；3.能可靠阻尼鐵磁諧振；4.具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性等14電容式互感器（CVT）實際應(yīng)用CVT主要由電容分壓器（包15電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器實物圖15電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器實物圖16分壓原理測量高電壓的其他方式阻容分壓電阻分壓16分壓原理測量高電壓的其他方式阻容分壓電阻分壓17光學(xué)電壓傳感器（OVT）光學(xué)電壓互感器（OpticalVoltageTransducer：OVT）又稱為無源電子式電壓傳感器，采用的傳感機(jī)理是晶體的線性電光效應(yīng)（Pockels效應(yīng)）。Pockels效應(yīng)是指晶體在電場作用下，透過晶體的光發(fā)生雙折射，這一雙折射快慢軸之間的相位差與被測電壓呈正比關(guān)系，將Pockels元件直接連接到被測電壓的兩端，經(jīng)光電變換及相應(yīng)的信號處理便可求得被測電壓。OVT實現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵是如何提高OVT的溫度穩(wěn)定性、長期運(yùn)行的可靠性以及測量的精度。影響OVT穩(wěn)定性與可靠性的主要取決于傳感晶體和工作光源的溫度特性以及傳感頭的加工和傳光光纖的振動。17光學(xué)電壓傳感器（OVT）光學(xué)電壓互感器（Optical5.2交流大電流的測量方法5.2交流大電流的測量方法19交流大電流的測量方法電磁式電流互感器（CT）羅哥夫斯基（Rogowski）線圈光學(xué)電流傳感（OCT）19交流大電流的測量方法電磁式電流互感器（CT）20電磁式電流互感器（CT）電磁式電流互感器簡稱CT（CurrentTransformer）或TA，用于交流大電流變?yōu)樾‰娏?，擴(kuò)大交流電流表、功率表和電能表的量程20電磁式電流互感器（CT）電磁式電流互感器簡稱CT（Cur21電磁式電流互感器（CT）把電阻、漏抗、勵磁電流和鐵芯損耗移至繞組外面的電流互感器等值電路圖一次繞組阻抗二次繞組阻抗Z2換算到一次側(cè)后的阻抗21電磁式電流互感器（CT）把電阻、漏抗、勵磁電流和鐵芯損耗22電流互感器T形等值電路電磁式電流互感器（CT）換算到一次側(cè)后的二次電流和電壓分別為：由等值電路圖有22電流互感器T形等值電路電磁式電流互感器（CT）換算到一次23電磁式電流互感器（CT）根據(jù)能量守恒定律U1I1=E2I2U1

為加于一次繞組兩端的電壓，它等于反電動勢E1E1I1=E2I2

I1W1=I2W2

互感器的額定電流比(簡稱額定變比)被測電流I1等于接在二次繞組的電流表讀數(shù)I2乘以電流互感器額定電流變比而故23電磁式電流互感器（CT）根據(jù)能量守恒定律U1I1=E24電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)額定電流比指一次額定電流與二次額定電流之比額定容量是額定二次電流I2N通過二次額定負(fù)載Z2N時所消耗的視在功率S2N額定電壓是指一次繞組長期對地能夠承受的最大電壓(有效值)，它應(yīng)不低于所接線路的額定相電壓24電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)額定電流比指一次額定電流與二25電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級：電流互感器變換電流總是存在著一定的誤差，根據(jù)額定工作條件下所產(chǎn)生的變比誤差規(guī)定了準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級一次電流為額定電流的百分?jǐn)?shù)(%)誤差限值二次負(fù)載為額定負(fù)載的百分比數(shù)(%)比值差(士%)相角值（′）0.1510201001200.40.250.200.100.10151085525～1000.21020100～1200.50.350.2020151025～1000.51020100～1201.00.750.5060453025～10011020100～1202.01.51.0120906025～100350～1203.0未規(guī)定50～10025電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級：電流互感器變換電26電磁式電流互感器誤差分析理想電流互感器的一次安匝和二次安匝在數(shù)值上相等，在相位上相差180°實際的電流互感器工作時有勵磁電流稱為勵磁安匝，是產(chǎn)生電流互感器誤差的根源26電磁式電流互感器誤差分析理想電流互感器的一次安匝和二次安27電磁式電流互感器誤差分析電流互感器的相量圖將折算后的二次電流旋轉(zhuǎn)180°后與一次電流相比較兩者不但大小不等，而且相位不相重合，即存在兩種誤差，稱為比值誤差f1和相位誤差27電磁式電流互感器誤差分析電流互感器的相量圖將折算后的二次28電磁式電流互感器誤差分析比值誤差簡稱比差，用f1表示，它等于實際的二次電流與折算到二次側(cè)的一次電流之間的差值，與折算到二次側(cè)的一次電流的比值，以百分?jǐn)?shù)表示了計算上的方便，比差也可表示為28電磁式電流互感器誤差分析比值誤差簡稱比差，用f1表示，它29電磁式電流互感器誤差分析相角誤差簡稱角差，它是旋轉(zhuǎn)180°后的二次電流相量與一次電流相量之間的相位差，用符號

表示通過作圖法求比差角差以O(shè)為圓心，OB為半徑，作圓弧交橫軸于D點，AD即為相量

與

之間的算術(shù)差，即是電流互感器的絕對誤差。再從B點向橫坐標(biāo)引一垂線與橫軸交于C點，因角通常很小，用AC就可以近似地代替AD，于是求得由于OF=AC，比差還可以表示為由于比差29電磁式電流互感器誤差分析相角誤差簡稱角差，它是旋轉(zhuǎn)18030電磁式電流互感器誤差分析三角形OBC中有通常

很小，由于EF=BC，角差也可以表示為上述表示式表明，電流互感器的比差與角差與勵磁電流的兩個分量Ia、Ir大小有關(guān)，且與角a和角有關(guān)角為損耗角式中角a與負(fù)荷功率因數(shù)角大小有關(guān)；30電磁式電流互感器誤差分析三角形OBC中有通常很小，31電磁式電流互感器的安裝及使用電流互感器變比相角誤差測量圖圖（a）用于單相電流的測量。圖（b）用于三相電流的測量，圖（c）用于不平衡電流的測量電磁式電流互感器在使用時二次側(cè)不允許開路當(dāng)運(yùn)行中電流互感器二次側(cè)開路后，一次側(cè)電流仍然不變，二次側(cè)電流等于零，則二次電流產(chǎn)生的去磁磁通也消失了。這時，一次電流全部變成勵磁電流，使互感器鐵芯飽和，磁通也很高，將產(chǎn)生以下后果：（1）由于磁通飽和，其二次側(cè)將產(chǎn)生數(shù)千伏高壓，且波形改變，對人身和設(shè)備造成危害。（2）由于鐵芯磁通飽和，使鐵芯損耗增加，產(chǎn)生高熱，會損壞絕緣。（3）將在鐵芯中產(chǎn)生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去準(zhǔn)確性31電磁式電流互感器的安裝及使用電流互感器變比相角誤差測量圖32羅哥夫斯基(Rogowski)線圈傳統(tǒng)的電磁式電流互感器因其傳感機(jī)理而出現(xiàn)不可克服的問題：1.絕緣結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，體積大，造價高；2.在故障電流下鐵芯易飽和，使二次電流數(shù)值和波形失真，產(chǎn)

生不能容許的測量誤差；3.充油易爆炸而導(dǎo)致突然失效；4.若輸出端開路，產(chǎn)生高電壓對周圍設(shè)備和人員存在潛在的威脅；5.易受電磁干擾等。羅氏線圈又稱Rogowski線圈、羅氏線圈、電流測量線圈、微分電流傳感器，是均勻密繞在環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管，羅氏線圈可以直接套在被測量的導(dǎo)體上來測量交流電流。32羅哥夫斯基(Rogowski)線圈傳統(tǒng)的電磁式電流互感器33羅哥夫斯基(Rogowski)線圈Rogowskiski線圈有兩種可能的工作狀態(tài)：自積分狀態(tài)和外積分狀態(tài)前者是利用Rogowski線圈與取樣電阻構(gòu)成積分回路；后者是把測量回路本身作為純電阻網(wǎng)絡(luò)，另外加了一個積分回路。自積分式工作方式回路方程線圈的互感33羅哥夫斯基(Rogowski)線圈Rogowskiski34羅哥夫斯基(Rogowski)線圈當(dāng)即上式可略去最右邊一項，變?yōu)閮蛇呁瑫r對t積分得輸出電壓與被測電流成比例關(guān)系稱為羅氏線圈的自積分條件自積分法適用于高頻電流的測量34羅哥夫斯基(Rogowski)線圈當(dāng)即上式可略去最右邊一35羅哥夫斯基(Rogowski)線圈外積分式工作方式當(dāng)Rogowski線圈處于開路工作狀態(tài)，且分布電容的等效阻抗較大，進(jìn)一步簡化得到取樣電阻上的電勢即為Rogowski線圈的感應(yīng)電勢，其大小正比于被測電流對時間的微分，為了測得電流的實際大小，需要引入積分電路，因此這種應(yīng)用方式稱為外積分式Rogowski線圈電流互感器.適用于低頻電流的測量,如工頻電流.外積分可分為有源積分和無源積分兩種35羅哥夫斯基(Rogowski)線圈外積分式工作方式當(dāng)Ro36羅哥夫斯基(Rogowski)線圈與傳統(tǒng)電磁式互感器相比，應(yīng)用Rogowskiski線圈測量大電流的電子式電流互感器主要特點包括：1）線性度好。線圈不含磁飽和元件，在量程范圍內(nèi)，系統(tǒng)的輸出信號與待測電流信號一直是線性的，線性度好使得羅氏線圈非常容易標(biāo)定；2）測量范圍大。系統(tǒng)的量程大小不是由線性度決定的，而是取決于最大擊穿電壓。測量交流電流量程從幾毫安到幾百千安；3）響應(yīng)速度快，頻響范圍寬，適用頻率可從從0.1Hz到1MHz；4）一次側(cè)和二次側(cè)電流無相角差；5）互感器二次開路不會產(chǎn)生高電壓，無二次開路危險。36羅哥夫斯基(Rogowski)線圈與傳統(tǒng)電磁式互感器相比37光學(xué)電流傳感（OCT）光學(xué)電流傳感（OpticalCurrentTransducer：OCT）為無源型電子傳感器，其高壓部分均為光學(xué)器件而不采用任何有源器件。OCT的基本原理是利用法拉第磁光效應(yīng)：一束線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時，線偏振光的偏振面會隨著平行于光線方向的磁場的大小發(fā)生旋轉(zhuǎn)。無源的OCT目前已經(jīng)達(dá)到實用化的程度，但是要完全取代傳統(tǒng)的電流互感器它還存在一些需要解決的技術(shù)難點，如雙折射效應(yīng)對OCT的靈敏度和測量精度的影響以及磁場的干擾、溫度的變化引起的測量誤差37光學(xué)電流傳感（OCT）光學(xué)電流傳感（OpticalCu5.3交流電氣量的測量方法5.3交流電氣量的測量方法39交流電氣量的測量

頻率和周期的測量

相位的測量有效值的測量功率的測量39交流電氣量的測量頻率和周期的測量40頻率和周期的測量周期和頻率是交流電氣量的基本特征量。同時各種傳感器和測量電路常將被測量變換成周期或頻率信號來進(jìn)行檢測，因為頻率測量是目前測量精度最高的參量之一，它能達(dá)到10-13的精確度。頻率和周期是從不同的側(cè)面來描述周期現(xiàn)象的，二者互為倒數(shù)關(guān)系，只要測得一個量就可以換算出另一個量。頻率的測量頻率是指單位時間內(nèi)被測信號重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)式中，f—被測信號的頻率；

N—電振動次數(shù)或脈沖個數(shù)；

t—產(chǎn)生N次電振動或N個電脈沖所需的時間

40頻率和周期的測量周期和頻率是交流電氣量的基本特征量。頻率41頻率和周期的測量傳統(tǒng)的頻率測量方法主要是基于電磁原理的電動系頻率表和變換式頻率表等，目前最常用的是采用計數(shù)法測量頻率的數(shù)字頻率計，也是本書主要介紹的方法計數(shù)法測信號頻率原理圖計數(shù)法測信號頻率各點波形圖41頻率和周期的測量傳統(tǒng)的頻率測量方法主要是基于電磁原理的電42頻率和周期的測量頻率是每秒內(nèi)信號變化的次數(shù)，欲準(zhǔn)確地測量頻率，必須要確定一個準(zhǔn)確的時間間隔。由于穩(wěn)定度良好的石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號的頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-9量級，所以利用石英晶體振蕩器產(chǎn)生周期為T0的脈沖，經(jīng)過一系列分頻可得到幾種標(biāo)準(zhǔn)的時間基準(zhǔn)，例如，10ms，0.01s，1s，10s等幾種計數(shù)法測量頻率時相對誤差極限情況下最大相對誤差42頻率和周期的測量頻率是每秒內(nèi)信號變化的次數(shù)，欲準(zhǔn)確地測量43頻率和周期的測量頻率測量的相對誤差主要由兩部分組成1.計數(shù)器計數(shù)時的量化誤差2.主閘門開啟時間的相對誤差設(shè)標(biāo)準(zhǔn)頻率為f0，閘門開啟時間T=NT0=N/f0式中，G為晶體振蕩器的穩(wěn)定度計數(shù)法測量頻率的最大相對誤差43頻率和周期的測量頻率測量的相對誤差主要由兩部分組成2.主44頻率和周期的測量周期的測量周期指電信號一個循環(huán)所需要的時間，它與頻率的關(guān)系計數(shù)法測周期原理圖計數(shù)法測周期各點波形圖44頻率和周期的測量周期的測量周期指電信號一個循環(huán)所需要的時45頻率和周期的測量根據(jù)獲得的計數(shù)值N，時標(biāo)信號周期T0，以及被測信號倍乘系數(shù)n，得到周期計數(shù)法測量周期的的測量誤差最大相對誤差45頻率和周期的測量根據(jù)獲得的計數(shù)值N，時標(biāo)信號周期T0，46頻率和周期的測量中介頻率對于同一信號用直接測量頻率和直接測量周期的誤差相等時，那么此時信號的輸入頻率被稱為中介頻率fc為了獲得較高的測量準(zhǔn)確度，如果被測頻率高于或低于中介頻率時，采用直接測量頻率的方法假設(shè)可得46頻率和周期的測量中介頻率對于同一信號用直接測量頻率和直接47相位的測量相位和時間也是密切相關(guān)的，二者也可以互相轉(zhuǎn)換，例如50HZ交流電源，一個周期為20ms，對應(yīng)相位為360°，如果測出時間間隔為5ms，則知相位為90°。可見，與頻率計測量時間的原理類似，可以利用計數(shù)法來測量相位的變化47相位的測量相位和時間也是密切相關(guān)的，二者也可以互相轉(zhuǎn)換，48相位的測量被測相位差值式中，T0為時標(biāo)脈沖周期，Nx為時間

內(nèi)的計數(shù)值，T為被測信號周期由于T也是未知數(shù)，所以需要經(jīng)過兩次測量，并經(jīng)過計算得到相位差值，假設(shè)測量信號的周期計數(shù)值為NT該測量方法的準(zhǔn)確度與時標(biāo)脈沖的頻率相關(guān)準(zhǔn)確度要求為0.1°即48相位的測量被測相位差值式中，T0為時標(biāo)脈沖周期，Nx為指針式電工儀表

磁電系儀表電磁系儀表電動系儀表功率表指針式電工儀表

磁電系儀表磁電系測量機(jī)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)游絲IINS指針永久磁鐵圓柱形鐵心O'O線圈(1)固定部分馬蹄形永久磁鐵、極掌NS及圓柱形鐵心等。(2)可動部分鋁框及線圈，兩根半軸O和O，指針與游絲。

極掌與鐵心之間的空氣隙的長度是均勻的，其中產(chǎn)生均勻的輻射方向的磁場。磁電系測量機(jī)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)游絲IINS指針永久磁鐵圓柱形O'O一、是用來產(chǎn)生反作用力矩；二、是把被測電流導(dǎo)入和導(dǎo)出可動線圈；注意：游絲是用直徑較細(xì)的彈性金屬材料制成，不能通過大電流，否則容易過載熔斷。磁電系測量機(jī)構(gòu)中游絲的作用一、是用來產(chǎn)生反作用力矩；磁電系測量機(jī)構(gòu)中游絲的作用2.工作原理（結(jié)構(gòu)圖）(1)轉(zhuǎn)動力矩M的產(chǎn)生(2)反作用力矩MF的產(chǎn)生

在線圈和指針轉(zhuǎn)動時，游絲被扭緊而產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩MF。線圈受到的轉(zhuǎn)矩M=k1IFSNF

游絲的MF與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比，即MF=k2

當(dāng)彈簧的阻轉(zhuǎn)矩MF與線圈受到的轉(zhuǎn)動力矩M達(dá)到平衡時，可動部分停止轉(zhuǎn)動，此時有M=MF

線圈通入電流

I

電磁力

F線圈受到轉(zhuǎn)動力矩矩

M線圈和指針轉(zhuǎn)動2.工作原理（結(jié)構(gòu)圖）(1)轉(zhuǎn)動力矩M的產(chǎn)生(2)反

當(dāng)彈簧阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡即MF=M時，可轉(zhuǎn)動部分便停止轉(zhuǎn)動，M=k1I，

MF=k2。3.阻尼力矩的產(chǎn)生

當(dāng)線圈通入電流而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，鋁框切割磁通，在框內(nèi)感應(yīng)出電流，其電流再與磁場作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動方向相反的制動力，于是可轉(zhuǎn)動部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。

即指針的偏轉(zhuǎn)角

結(jié)論:

指針偏轉(zhuǎn)的角度與流經(jīng)線圈的電流成正比。

磁電系儀表電流的恒定分量I0當(dāng)彈簧阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡即MF=M時，可轉(zhuǎn)動4.用途測量直流電壓、直流電流及電阻。5.優(yōu)點：

1.刻度均勻；

2.靈敏度和準(zhǔn)確度高；

3.阻尼強(qiáng)；

4.消耗電能量小；

5.受外界磁場影響小。

6.缺點：

1.只能測量直流；

2.價格較高；

3.不能承受較大過載。

4.用途二磁電系電流表

電流表的內(nèi)阻要很小。

若要擴(kuò)大電流表的量程，可在測量機(jī)構(gòu)上并聯(lián)一個分流電阻RA。

電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，I負(fù)載AI負(fù)載RAR0I0R0

——測量機(jī)構(gòu)的電阻

RA——分流器的電阻二磁電系電流表電流表的內(nèi)阻要很小。若要擴(kuò)大電電磁式儀表1.電磁式儀表結(jié)構(gòu)2.排斥型電磁式儀表的工作原理

被測參數(shù)的電流流過固定線圈時，產(chǎn)生的磁場使固定鐵片和可動鐵片磁化，磁場相互作用使可動部分轉(zhuǎn)動。帶動指針旋轉(zhuǎn)。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低、能進(jìn)行交、直流測量。缺點：刻度不均勻、準(zhǔn)確度較差。固定部分：1-定線圈2-定鐵片3-轉(zhuǎn)軸活動部分：4-動鐵片6-指針7-阻尼器5-游絲8-平衡錘電磁式儀表1.電磁式儀表結(jié)構(gòu)2.排斥型電磁式儀表的工作原理電動系儀表電動系儀表結(jié)構(gòu)FF可動線圈固定線圈電動儀表電磁力示意圖電磁轉(zhuǎn)矩

T=K1I1I2;

彈簧的反作用力矩TC=K2。當(dāng)力矩平衡（T=TC）時，可動部分停止轉(zhuǎn)動，指針的偏轉(zhuǎn)角

=KI1I2。電動系電流表：I=I1=I2則指針的偏轉(zhuǎn)角為

=KI2。電動系儀表電動系儀表結(jié)構(gòu)FF可動線圈固定線圈電動儀表電磁力示功率和電能的測量方法功率測量方法

1.直接法：測量功率可直接用電動系功率表、數(shù)字功率表或三相功率表，測量三相功率還可以用單相功率表接成兩表法或三表法。

2.間接法：直流可通過測量電壓、電流間接求得功率。交流則需要通過電壓、電流和功率因數(shù)求得功率。電能測量方法

1.直接法：直接測量電能，直流可使用電動系電能表，交流用感應(yīng)系或電子電能表。

2.間接法：電能測量一般不用間接法，只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和記時時鐘進(jìn)行測量。功率和電能的測量方法功率測量方法電動系功率表

工作原理 測量功率時，電動系儀表的固定線圈與負(fù)載串聯(lián)，反映負(fù)載電流I，儀表的可動線圈與負(fù)載并聯(lián)，反映負(fù)載電壓U。按電動系儀表工作原理，可推出可動線圈的偏轉(zhuǎn)角正比于負(fù)載功率P。

如果U、I

為交流同樣可推出可動線圈的偏轉(zhuǎn)角正比于負(fù)載功率P。電壓線圈電流線圈電動系功率表工作原理如果U、I為交流同樣可推

功率表正確接線應(yīng)遵守“電源端”守則，即接線時將“電源端”接在電源的同一極性上。*號表示“電源端”功率表的正確接線功率表正確接線應(yīng)遵守“電源端”守則，即接線時將“功率表的錯誤接線（a）和（b)電流線圈與電壓線圈電源端*不接同一極性，功率表轉(zhuǎn)反（b）和（c）可動線圈與固定線圈間存在電位差的錯誤a)b)c)功率表的錯誤接線（a）和（b)電流線圈與電壓線圈電源端*不單相交流功率的測量1用電壓表，電流表，相位表間接測交流功率

有功功率

無功功率

視在功率

單相交流功率的測量1用電壓表，電流表，相位表間接測交流功單相交流功率的測量2用功率表測有功（無功）功率

(a)直接接入(b)經(jīng)互感器接入U—電壓；W—功率表；*—電流、電壓同名端；U1—一次電壓；U2—二次電壓用功率表測量單相有功功率單相交流功率的測量2用功率表測有功（無功）功率三相交流功率的測量1用單相功率表測三相功率

一表法：適用于電壓、負(fù)載對稱的系統(tǒng)。三相負(fù)載的總功率，等于功率表讀數(shù)的三倍。a)負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)法b)負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)法三相交流功率的測量1用單相功率表測三相功率a)負(fù)載為星三相交流功率的測量

2在三相三線制中，廣泛采用兩功率表來測量三相功率。

通過電流線圈的電流為線電流，加在電壓線圈上的電壓為線電壓，三相總功率等于兩表讀數(shù)之和。iAW1W2****iBiCABC兩功率表測量三相功率工作原理：三相瞬時功率：所以，p=uAiA+uBiB+uC(–iA–

iB)

iC=(uA–uC)

iA+(uB–uC)

iB=uACiA+uBCiB

=p1+p2p=pA+pB+pC=uAiA+uBiB+uCiC因為，iA+iB+iC=0可見，三相功率可用兩個功率表來測量。三相交流功率的測量2在三相三線制中，廣泛采用式中為uAC和iA之間的相位差。iAW1W2****iBiCABCW1的讀數(shù)為：W2的讀數(shù)為：式中為uBC和iB之間的相位差。兩功率表讀數(shù)之和為

P

=P1+P2=UACIAcos+UBCIBcos

三相交流功率的測量式中為uAC和iA之間的相位差。iAW1W2****iB

P1=UACIAcos

=Ul

Il

cos(30o–

)

P2=UBCIBcos

=Ul

Il

cos(30o+

)由相量圖可知，兩功率表的讀數(shù)為：兩功率表讀數(shù)之和為P

=P1+P2=Ul

Il

cos(30o–

)+Ul

Il

cos(30o+

)可見，采用兩表法可測量三相功率。當(dāng)<60o時，P1和P2均為正值，P=P1讀數(shù)+P2讀數(shù)當(dāng)>60o時，P1為正值，P2為負(fù)值，反轉(zhuǎn)，P=P1讀數(shù)–P2讀數(shù)

三相功率應(yīng)是兩個功率表讀數(shù)的代數(shù)和，其中任意一個功率表的讀數(shù)是無意義的。三相交流功率的測量P

=P1+P2=UAC

IAcos+UBC

IBcos

P1=UACIAcos=UlIlc3

三表法：適用于三相四線制，電壓、負(fù)載不對稱的系統(tǒng)，被測三相總功率為三表讀數(shù)之和，即三相交流功率的測量3三表法：三相交流功率的測量4

有功表跨相90度聯(lián)接測無功功率和電能：一表三相交流功率的測量二表三表4有功表跨相90度聯(lián)接測無功功率和電能：三相交流5測量有功二表法線路測無功功率三相交流功率的測量兩有功功率表讀數(shù)之差：Q

=P1－P2=Ul

Il

cos(30o–

)－Ul

Il

cos(30o+

)iAW1W2****iBiCABC5測量有功二表法線路測無功功率三相交流功率的測量兩有功功率基本電氣絕緣預(yù)防性試驗基本電氣絕緣預(yù)防性試驗一．絕緣電阻和吸收比的測量

絕緣電阻的測試是電氣設(shè)備絕緣測試中應(yīng)用最廣泛，試驗最方便的項目。絕緣電阻值的大小，能有效地反映絕緣的整體受潮、污穢以及嚴(yán)重過熱老化等缺陷。絕緣電阻的測試最常用的儀表是絕緣電阻表（俗稱兆歐表），絕緣電阻最大可達(dá)105～106M左右。絕緣電阻表的輸出電壓通常有100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等規(guī)格，輸出電流隨輸出電壓的升高而減少，5kV高壓時一般輸出電流只有幾個mA，對于一般的絕緣材料是足夠的，但對于大電容量的試品，如電力電纜、大型發(fā)電機(jī)定子繞組、電力電容器，則需要大功率的測量儀表。一．絕緣電阻和吸收比的測量

絕緣電阻的測試是電氣設(shè)備絕緣測試

測量原理

1、電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)并非絕對不導(dǎo)電。圖1中左側(cè)方框代表一絕緣試品，合上開關(guān)K，在絕緣介質(zhì)的兩端施加一定的直流電壓V，微安表指針首先會發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，隨后指針偏轉(zhuǎn)角度逐步減小并會穩(wěn)定在一定的角度，微安表所指示的電流變化如圖1中右側(cè)的電流曲線i所示。圖1直流電壓下流過不均勻介質(zhì)的電流構(gòu)成測量原理1、電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)并非絕對不導(dǎo)電。圖1直2、總電流i可以分解成三種電流分量：由絕緣電阻R決定的漏電流i1：不隨時間而改變的純阻性電流介質(zhì)內(nèi)部電壓重新分配過程中產(chǎn)生的吸收電流i2：按指數(shù)規(guī)律衰減的阻容性電流由快速極化產(chǎn)生的電容電流i3：按指數(shù)規(guī)律衰減的純?nèi)菪噪娏?，衰減時間常數(shù)比i2時間常數(shù)小，衰減速度較快。3、吸收電流與吸收曲線：吸收電流與絕緣介質(zhì)內(nèi)部絕緣老化程度有關(guān)，如受潮、局部絕緣缺陷等會使吸收變快，吸收電流與時間的曲線叫吸收曲線。不同絕緣介質(zhì)的吸收曲線不同，對同一絕緣介質(zhì)而言，絕緣狀況不同，吸收曲線也不相同。4、吸收比K：測量絕緣電阻及吸收比就是利用吸收現(xiàn)象來檢查絕緣是否整體受潮，有無貫通性的集中性缺陷，規(guī)程規(guī)定加壓后60s和15s時測得的絕緣電阻之比為吸收比。即K＝R60／R15

當(dāng)K≥1.3時，認(rèn)為絕緣干燥，而以60s時的電阻為該設(shè)備的絕緣電阻。測量原理2、總電流i可以分解成三種電流分量：測量原理絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象下面以雙層介質(zhì)為例定性分析吸收現(xiàn)象，如圖2，在雙層介質(zhì)上施加直流電壓，。1、當(dāng)K剛合上瞬間，電壓突變，這時層間電壓分配取決于電容．即：2、而在穩(wěn)態(tài)(t－∞)時，層間電壓取決于電阻，即：3、若被測介質(zhì)均勻，C1＝C2，r1＝r2，則在介質(zhì)分界面上不會出現(xiàn)電荷重新分配的過程。4、若被測介質(zhì)均勻C1≠C2，r1≠r2。這表明K合閘后，兩層介質(zhì)上的電壓要重新分配。若C1>C2，r1>r2，則合閘瞬間U2>U1；穩(wěn)態(tài)時，U1>U2，即U2逐漸下降，U1逐漸增大。C2已充上的一部分電荷要通過r2放掉，而C1則要經(jīng)R和r2從電源再吸收一部分電荷。這一過程稱為吸收過程。因此，直流電壓加在介質(zhì)上，回路中電流隨時間的變化，如圖3所示。圖2圖3絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象下面以雙層介質(zhì)為例定性分析吸收現(xiàn)象，如圖2絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象解釋1、初始瞬間由于各種極化過程的存在，介質(zhì)中流過的電流很大。2、隨時間增加，電流逐漸減小，最后趨于一穩(wěn)定值Ig，Ig就是由介質(zhì)電導(dǎo)決定的泄漏電流。與之相應(yīng)的電阻就是介質(zhì)的絕緣電阻。3、圖3中陰影部分面積就表示了吸收過程中的吸收電荷，相應(yīng)的電流稱為吸收電流。它隨時間增長而衰減，其衰減速度取決于介質(zhì)的電容和電阻(時間常數(shù)為)。干燥絕緣體，r很大，故

很大，吸收過程明顯，吸收電流衰減緩慢，吸收比K大；而絕緣受潮后，電導(dǎo)增大，r減小，Ig也增大，吸收過程不明顯。因此，可根據(jù)絕緣電阻和吸收比K來判斷絕緣是否受潮。絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象解釋1、初始瞬間由于各種極化過程的存在，介絕緣電阻測量儀表

1、測量絕緣電阻的儀表常稱作搖表，由于絕緣電阻數(shù)值至少在兆歐級以上，所以又稱為兆歐表。

2、兆歐表三個接線端子：Line端子L：接于被試設(shè)備的高壓導(dǎo)體上；Earth端子E：接于被試設(shè)備的外殼或地上；Guard端子G：接于被試設(shè)備的高壓屏蔽環(huán)/罩上，以消除表面泄漏電流的影響。絕緣電阻測量儀表

1、測量絕緣電阻的儀表常稱作搖表，由于絕手搖式兆歐表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測量原理由電源和兩個線圈回路組成。電源是手搖發(fā)電機(jī)，處于磁場中的兩個線圈（電流線圈和電壓線圈）相互垂直，組成磁電式流比計機(jī)構(gòu)。當(dāng)搖動兆歐表時，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電壓施加試品上，這時在電壓線圈和電流線圈中就分別有電流I1和Ix流過，將會產(chǎn)生兩個不同方向的轉(zhuǎn)矩T1和T2：手搖直流發(fā)電機(jī)∞Ω50020010030100FxNSUIxRxRI1+-MFxIF1F1T1=k1

I1

B1

()T2=k2

Ix

B2

()當(dāng)兩個反向轉(zhuǎn)矩平衡時:k1

I1

B1

()=k2

Ix

B2

()已知R為標(biāo)準(zhǔn)電阻，R1和R2分別為電壓線圈和電流線圈的電阻。因為：結(jié)論：偏轉(zhuǎn)角與被測電阻Rx有一定的函數(shù)關(guān)系，通過標(biāo)定，角就能反映被測電阻的大小。而且偏轉(zhuǎn)角與電源電壓U無關(guān)，所以手搖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動的快慢不影響讀數(shù)手搖式兆歐表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測量原理由電源和兩個線圈回路組成。電絕緣電阻表的使用兆歐表在工作時,自身產(chǎn)生高電壓,而測量對象又是電氣設(shè)備,所以必須正確使用,否則就會造成人身或設(shè)備事故。（1）測量前必須將被測設(shè)備電源切斷,并對地短路放電,決不允許設(shè)備帶電進(jìn)行測量,以保證人身和設(shè)備的安全。（2）對可能感應(yīng)出高壓電的設(shè)備,必須消除這種可能性后,才能進(jìn)行測量。（3）被測物表面要清潔,減少接觸電阻,確保測量結(jié)果的正確性。（4）測量前要檢查兆歐表是否處于正常工作狀態(tài),主要檢查其“0”和“∞”兩點。即搖動手柄,使電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,兆歐表在短路時應(yīng)指在“0”位置,開路時應(yīng)指在“∞”位置。（5）兆歐表使用時應(yīng)放在平穩(wěn)、牢固的地方,且遠(yuǎn)離大的外電流導(dǎo)體和外磁場。

做好上述準(zhǔn)備工作后就可以進(jìn)行測量了,在測量時,還要注意兆歐表的正確接線,否則將引起不必要的誤差甚至錯誤。絕緣電阻表的使用兆歐表在工作時,自身產(chǎn)生高電壓,絕緣電阻的局限絕緣電阻值的大小，能有效地反映絕緣的整體受潮、污穢以及嚴(yán)重過熱老化等缺陷，并且用兆歐表測量絕緣電阻操作簡單、安全、概念清晰以及兆歐表價格便宜等，所以在高壓電氣設(shè)備的絕緣測試中兆歐表的使用最廣泛。但是用兆歐表測試絕緣時，存在下列明顯缺點：（1）一般直流兆歐表的電壓2.5KV以下，比某些電氣設(shè)備的工作電壓要低得多，當(dāng)設(shè)備存在某些缺陷時，高壓下的泄漏電流要比低壓下的大得多，亦即高壓下的絕緣電阻要比低壓下的電阻小得多。（2）一般直流兆歐表的輸出電流在2mA以下，當(dāng)被測試設(shè)備的等效電容較大（例如電力變壓器、發(fā)電機(jī)定子繞組）時，充電速度慢，難以測得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。絕緣電阻的局限絕緣電阻值的大小，能有效地反映絕緣二、介質(zhì)損耗因數(shù)的測量介質(zhì)損耗因數(shù)是反映絕緣性能的基本指標(biāo)之一。它可以很靈敏地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷。介質(zhì)損耗因數(shù)與絕緣電阻和泄漏電流的測試相比具有明顯的優(yōu)點，它與試驗電壓、試品尺寸等因素?zé)o關(guān)，更便于判斷電氣設(shè)備絕緣變化情況。二、介質(zhì)損耗因數(shù)的測量介質(zhì)損耗因數(shù)介質(zhì)損耗及介質(zhì)損耗角δ

1、介質(zhì)損耗：是指絕緣材料在一定強(qiáng)度的交變電場的作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)、介質(zhì)極化效應(yīng)和局部放電，在其內(nèi)部引起的有功損耗，常簡稱介損。如圖6(a)所示，電介質(zhì)可以近視等效為電阻R和電容C的并聯(lián)，對電介質(zhì)施加交流電壓，流過電介質(zhì)的電流就包含阻性分量和容性分量，它們與參考相量的相位關(guān)系如圖6(b)所示。2、介質(zhì)損耗角：在交變電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角為該絕緣試品的功率因數(shù)角，而的余角δ就是介質(zhì)損耗角，也簡稱介損角。(a)電介質(zhì)的RC并聯(lián)等效電路(b)相量圖圖6電介質(zhì)RC并聯(lián)等效電路和相量圖3、介質(zhì)損耗因數(shù)介質(zhì)損耗及介質(zhì)損耗角δ

1、介質(zhì)損耗：是指絕緣材料在一定強(qiáng)度4、介質(zhì)損耗因數(shù)和介質(zhì)損耗角正切，根據(jù)圖6.6(b)可知，電介質(zhì)的介質(zhì)損耗因數(shù)就等于該電介質(zhì)的介質(zhì)損耗角正切，它是一個與無量常數(shù)。而介質(zhì)的有功損耗P：所以介質(zhì)損耗角正切可以用來衡量電介質(zhì)損耗大小。電介質(zhì)損耗發(fā)熱并可能引起電介質(zhì)的熱擊穿,因此在電絕緣技術(shù)中,特別是當(dāng)絕緣材料用于高電場強(qiáng)度或高頻的場合,應(yīng)盡可能采tgδ較低的材料。但也有利用高頻電流（一般為0.3～300兆赫）使介質(zhì)發(fā)熱以達(dá)到干燥材料(木材、紙、陶瓷等)的目的。4、介質(zhì)損耗因數(shù)和介質(zhì)損耗角正切，根據(jù)圖6.6(b)可知，QS1電橋測量介質(zhì)損耗角正切原理電氣設(shè)備絕緣能力的下降，如絕緣受潮、絕緣油受污染、老化變質(zhì)等，直接反映為介損增大。測量的大小及變化趨勢，可以幫助我們判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況。傳統(tǒng)測量方法是采用QS1型電橋，也稱高壓西林電橋，同時也能得到試品的電容量。當(dāng)電橋平衡時，IG=0，應(yīng)滿足：

Zx：為被試品的等效阻抗Cn：為標(biāo)準(zhǔn)電容器R3：可調(diào)無感電阻C4：可調(diào)無感電容器圖7圖7

QS1電橋原理圖整理得：左邊實部顯然等于零，整理可得：故有：一般取歐姆，f=50Hz，R43184（），得到：同理可得：QS1電橋測量介質(zhì)損耗角正切原理電氣設(shè)備絕緣能力三、接地阻抗的測量1、電力設(shè)備的接地:將設(shè)備的某一部位通過接地線與接地網(wǎng)進(jìn)行可靠的金屬連接。為保證接地阻抗在一定范圍內(nèi)（不同接地類型有不同的要求），一般需要埋設(shè)接地網(wǎng)。接地網(wǎng)由角鋼、圓鋼等構(gòu)成一定的幾何形狀，設(shè)備、接地線和接地網(wǎng)要可靠連接。2、電力設(shè)備的接地種類：按照接地目的的不同，可以分為工作接地：指電力系統(tǒng)利用大地作為地線回路的接地，正確的工作接地是電力設(shè)備正常工作的基本條件，如三相四線制中變壓器中性點的接地。保護(hù)接地：指為防止電力設(shè)備的外殼和不帶電的金屬部分因絕緣泄漏或感應(yīng)帶電所進(jìn)行的接地。正確的保護(hù)接地是防止觸電、保護(hù)人身安全的重要措施。防雷接地：指過電壓保護(hù)裝置或戶外設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)的接地，如避雷器的接地、光伏電池組串的金屬框架的接地等。三、接地阻抗的測量1、電力設(shè)備的接地:接地阻抗接地阻抗：

指電力設(shè)備的接地極與電位為零的遠(yuǎn)處間的阻抗，可以用兩點間的電壓與通過接地裝置流向大地的電流的比值來測量。它反映的是接地裝置對入地電流的阻礙作用的大小。由于接地阻抗的大小對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和人身安全有重大影響，所以接地阻抗的測量屬于國家標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制要求測量項目。影響接地阻抗大小的因數(shù)：接地體附近土壤電阻率的大小接地網(wǎng)的幾何參數(shù)和埋入深度接地線與接地網(wǎng)的金屬連接接地阻抗接地阻抗：伏安法測量接地阻抗的基本原理在接地極E和電流極C之間施加工頻交流電壓U,就會有電流通過接地極、大地和輔助電流電極構(gòu)成的回路。電流通過接地極向大地四周擴(kuò)散，在接地極附近形成電壓降。由于電流從接地體向四周發(fā)散，所以距離接地極越近，電流密度越大，電壓降落也最顯著，形成圖8（b）所示的電位分布。如果輔助電流極離接地極的距離足夠遠(yuǎn)，就會在它們的中間出現(xiàn)電壓降近視為零的區(qū)域，該區(qū)域的電位分布對應(yīng)圖8（b）中電位分布曲線中間平坦的部分。假設(shè)輔助電壓極P正好位于該區(qū)域，電壓表和電流的讀數(shù)分別為V、I，則接地體E的工頻接地阻抗Z為：圖8(a)接線原理圖(b)接地體附近電位分布圖伏安法測量接地阻抗的基本原理在接地極E和電流極C之間伏安法準(zhǔn)確測量接地阻抗的關(guān)鍵

輔助電壓電極P必須準(zhǔn)確找到電位為零的區(qū)域。具體方法是：在E、C足夠遠(yuǎn)（通常大于接地網(wǎng)對角線長度的4-5倍）的情況下，將輔助電壓極逐步遠(yuǎn)離E極向C極方向移動，當(dāng)電壓表讀數(shù)基本不變時，該位置就是近視的零電位點。有時為了測準(zhǔn)，則采用變電所的出線，達(dá)到E、C兩極距離足夠大。伏安法準(zhǔn)確測量接地阻抗的關(guān)鍵

輔助電壓電極P必須準(zhǔn)確找到電位接地阻抗的測量方法1、試驗接線圖：見圖9由于一般低壓220V由一條相線和一條中性線（一火一地）構(gòu)成，若沒有升壓變壓器隔離，則相線端直接接到被測接地裝置上，可能造成電源短路。圖9電壓-電流表法接地阻抗測量試驗接線圖2、接地阻抗計算Z——接地阻抗，單位;V——電壓表測得被測接地電極與電壓輔助電極間電壓，單位V;

I——流過被測接地電極的電流，單位A。接地阻抗的測量方法1、試驗接線圖：見圖9圖9電壓-電流表法接地阻抗測量試驗的電極布置電極直線布置：一般選電流線dGC等于(4～5)D，D為接地網(wǎng)最大對角線長度，電壓線dGP為0.618dGC左右。測量時還應(yīng)將電壓極沿接地網(wǎng)與電流極連線方向前后移動dGC的5%，各測一次。若3次測得的阻抗值接近，可以認(rèn)為電壓極位置選擇合適。若3次測量值不接近，應(yīng)查明原因（如電流極、電壓極引線是否太短等）。當(dāng)遠(yuǎn)距離放線有困難時，在土壤電阻率均勻地區(qū)，dGC可取2D;當(dāng)土壤電阻率不均勻時，dGP可取3D左右。電極三角形布置，一般選dGP=dGC=(4～5)D，夾角≈30。測量時也應(yīng)將電壓極前后移動再測2次，共測3次。接地阻抗測量試驗的電極布置電極直線布置：一般選電流線dGC等接地阻抗測量注意事項(1)測量應(yīng)選擇在干燥季節(jié)和土壤未凍結(jié)進(jìn)行。(2)采用電極直線布置測量時，電流線與電壓線應(yīng)盡可能分開，不應(yīng)纏繞交錯。(3)在變電站進(jìn)行現(xiàn)場測量時，由于引線較長，應(yīng)多人進(jìn)行，轉(zhuǎn)移地點時，不得甩扔引線。(4)測量時接地阻抗表無指示，可能是電流線斷；指示很大，可能是電壓線斷或接地體與接地線未連接；接地阻抗表指示擺動嚴(yán)重，可能是電流線、電壓線與電極或接地阻抗表端子接觸不良，也可能是電極與土壤接觸不良造成的。(5)對于運(yùn)行10年以上接地網(wǎng)，應(yīng)部分開挖檢查，看是否有接地體焊點斷開、松脫、嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象。曾發(fā)生過變電站接地電阻測量合格而開挖檢查時發(fā)現(xiàn)接地體嚴(yán)重銹蝕的情況。接地阻抗測量注意事項(1)測量應(yīng)選擇在干燥季節(jié)和土壤未凍結(jié)進(jìn)四、電力設(shè)備局部放電的測量1、定義：按照GB/T7354-2003(等同IEC60270-2000)《局部放電測量》中的定義,局部放電是指導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，這種放電可以在導(dǎo)體附近發(fā)生，也可以不在導(dǎo)體附件發(fā)生。2、局放產(chǎn)生的原因：主要是由于絕緣體內(nèi)部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的，例如固體絕緣體中的小氣泡或其它雜質(zhì)、導(dǎo)體和絕緣體界面上的小金屬毛刺等都會導(dǎo)致局部的電場集中。3、危害：早期局放放電水平低，對整體絕緣尚不構(gòu)成嚴(yán)重影響。但長期在工作電壓下的局部放電會伴隨著熱、光和化學(xué)反應(yīng)，逐步侵蝕周圍的絕緣,最終產(chǎn)生嚴(yán)重的絕緣缺陷。局部放電量是評估電力設(shè)備絕緣性能的重要質(zhì)量指標(biāo)，局部放電測量試驗是電力設(shè)備絕緣的非常重要的預(yù)防性試驗項目。國標(biāo)GB/T7354-2003及部標(biāo)DL/T417-2006均對局部放電測量試驗的試驗對象、測量參數(shù)、測量回路等給出具體說明。四、電力設(shè)備局部放電的測量1、定義：按照GB/T7354-2局部放電的機(jī)理分析局部放電的基本模型：見圖11

絕緣體內(nèi)含一小空氣泡δ，氣泡δ與固體介質(zhì)的上下S區(qū)形成串聯(lián)，再與左右P區(qū)并聯(lián)，等效電路如圖11(b)所示。定性分析：設(shè)A為S區(qū)截面積，、為固體介質(zhì)和氣泡的介電常數(shù)圖11含氣泡的絕緣試品及其等效電路(a)含一個氣泡的固體絕緣試品 (b)等效電路。

，氣泡δ的等效電容S區(qū)固體介質(zhì)的等效電容局部放電的機(jī)理分析局部放電的基本模型：見圖11圖11含氣泡局部放電的機(jī)理分析在絕緣試品兩端施加一交流電壓UAC,電容Cs和Cδ串聯(lián)分壓，兩個電容上的電壓比為：氣泡內(nèi)的電場強(qiáng)度Eδ與S區(qū)的電場強(qiáng)度ES之比為：結(jié)論：氣泡內(nèi)的電場強(qiáng)度就是周圍固體介質(zhì)中的電場強(qiáng)度的

倍，由于常用固體絕緣材料的介電常數(shù)是空氣的介電常數(shù)δ的2-20倍，小氣泡很可能在工作電壓下就會出現(xiàn)局部放電。局部放電的機(jī)理分析在絕緣試品兩端施加一交流電壓UAC,電容C氣泡內(nèi)發(fā)生局部放電的過程分析給試品施加工頻交流電壓，氣泡兩端的電壓如圖12所示：虛線正弦電壓曲線表示不出現(xiàn)局部放電氣泡δ兩端的電壓變化曲線表示出現(xiàn)穩(wěn)定的周期性局部放電時氣泡δ兩端的電壓變化情況圖12氣泡內(nèi)發(fā)生局部放電的過程隨后再重復(fù)上升、擊穿后快速下降的循環(huán)，半周期局放循環(huán)次數(shù)取決于氣泡的擊穿電壓UδB和外加試驗電壓UAC的大小。氣泡電壓下降幅度△Uδ反應(yīng)了局部氣體放電電離過程的劇烈程度。因為氣體放電的電離過程會產(chǎn)生正負(fù)離子，這些帶電離子在外電場的作用下分別定向移動到氣泡的上下壁從而形成了一個內(nèi)部反向電場。氣泡內(nèi)的電場是外加電場和這個反向電場疊加的結(jié)果。在半個周波內(nèi)的每一次新的放電，都會在氣泡壁上積累更多的電荷，反向電場也不斷加強(qiáng)，所以就需要更高的外部電壓才能產(chǎn)生新的放電。Uδ

隨外電壓UAC上升并達(dá)到氣泡的擊穿電壓UδB時，氣泡內(nèi)發(fā)生放電，UδB迅速下降到Uδm，氣泡放電停止，氣泡電壓的下降幅度為△Uδ。氣泡內(nèi)發(fā)生局部放電的過程分析給試品施加工頻交流電壓，氣泡兩端局部放電的復(fù)雜性上述對局部放電放生過程的分析只是基于單氣泡一個定性的分析，而實際的局部放電過程要復(fù)雜得多。絕緣材料中的氣泡可能會有多個，局部放電點可能會有多個每個氣泡的起始放電電壓也不一樣，所以放電脈沖不會如圖12那樣整齊。但局部放電基本都發(fā)生在工頻電壓上升途中，并靠近正負(fù)峰值附近。劇烈的局部放電也可能在2、4象限出現(xiàn)，這主要是由于劇烈放電產(chǎn)生大量正負(fù)離子，這些帶點離子在兩氣泡壁間形成過高的內(nèi)部反向電壓足以在外部電壓下降到一定程度后就將氣泡擊穿。局部放電的復(fù)雜性上述對局部放電放生過程的分析只是基于單氣泡一局部放電的主要參數(shù)(1).放電起始電壓Ui指局放脈沖參量幅值等于或超過某一規(guī)定的最低值時的施加在絕緣試品上的最低電壓。從以上定義不難看出，絕緣材料內(nèi)微弱的局放是允許的，但為了保證電力設(shè)備安全運(yùn)行，必須對局部放電水平進(jìn)行定期檢查。(2).放電熄滅電壓Ue當(dāng)所選的局放脈沖參量幅值等于或小于某一規(guī)定的最低值時的最低施加電壓。(3).視在放電量q：在試品兩端瞬時注入一定電荷量，使試品端電壓的變化和由局部放電本身引起的端電壓的變化相同，此注入量即為局部放電的視在電荷量,單位為皮庫（pC）。由于局部放電發(fā)生在絕緣試品的內(nèi)部，其實際放電量無法測量，但視在放電電荷量q可以證明與實際放電量之間基本成正比的關(guān)系,并且視在放電電荷量總是小于實際放電量。局部放電的主要參數(shù)(1).放電起始電壓Ui脈沖電流法局部放電測量的基本回路DL/T417-2006《電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場測試導(dǎo)則》對脈沖電流法推薦了針對不同類型試品的三種檢測回路，如下圖6.13中（a）、（b）、（c）所示.脈沖電流法局部放電測量的基本回路DL/T417-2三種標(biāo)準(zhǔn)測量回路

（1）檢測阻抗Zm與耦合電容CK串聯(lián)檢測回路在試驗電壓下，流經(jīng)試品的電容電流超過檢測阻抗的允許電流，或試品的接地部位固定接地，可采用圖13（a）所示檢測回路?；芈分械腪f用以衰減來自高壓電源的干擾，并阻止試品局部放電脈沖經(jīng)電源阻抗旁路，從而增加靈敏度。（2）檢測阻抗Zm與試品CK串聯(lián)檢測回路在試驗電壓下，流經(jīng)試品的電容電流符合檢測阻抗的允許電流，試品的接地部位允許不接地，可采用圖13（b）所示檢測回路。在此回路中檢測阻抗接在試品的低壓側(cè)，試品低壓側(cè)必須與地隔開。有時，試驗變壓器入口電容和高壓引線的雜散電容可起耦合電容CK的作用，而不需再接專門的耦合電容器。此種接線特別適用于試品電容小于試驗變壓器入口電容和雜散電容的情況。（3）平衡檢測回路當(dāng)采用圖13（a）、（b）測量回路受到較強(qiáng)外部干擾時，應(yīng)考慮采用圖13（c）所示的平衡回路。三種標(biāo)準(zhǔn)測量回路（1）檢測阻抗Zm與耦合電容CK串聯(lián)檢測回

第五章電氣測量技術(shù)

第五章電氣測量技術(shù)

101交流電氣參量的測量技術(shù)：5.1

交流高電壓的測量方法5.2

交流大電流的測量方法5.3頻率、周期、相位、有效值（平均值）

及功率的常用測量方法5.4電力設(shè)備絕緣參數(shù)的測量方法本章主要內(nèi)容2交流電氣參量的測量技術(shù)：本章主要內(nèi)容5.1交流高壓的測量方法5.1交流高壓的測量方法103交流高電壓的測量方法電磁式電壓互感器（PT）電容式互感器（CVT）光學(xué)電壓傳感器（OVT）4交流高電壓的測量方法電磁式電壓互感器（PT）104電磁式電壓互感器（PT）電壓互感器接入電路原理圖W1—一次繞組匝數(shù)；W2—二次繞組匝數(shù)一、二次繞組上分別感應(yīng)的電動勢為：理想電壓互感器變比為：電磁式電壓互感器簡稱PT（PotentialTransformer）或TV，其工作原理運(yùn)用電磁感應(yīng)原理原副邊磁耦合將交流高壓變?yōu)榈碗妷?電磁式電壓互感器（PT）電壓互感器接入電路原理圖一、二次繞105電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)繞組的額定電壓及額定變比一次繞組額定電壓是指加于三相電壓互感器或三相系統(tǒng)線間用的單相電壓互感器的一次繞組上的線電壓，是繞組能夠長期工作的電壓，是電網(wǎng)的額定電壓(如10kV，35kV，110kV，220kV，330kV，500kV，1000kV等)二次繞組額定電壓是指三相電壓互感器和供三相系統(tǒng)線間用的單相電壓互感器二次繞組的長期工作電壓，二次電壓U2n的輸出范圍統(tǒng)一為0-100(或100/1.732，100/3)V零序電壓繞組的額定電壓是指供大電流接地系統(tǒng)用的電壓互感器的零序電壓繞組能長期工作的電壓，規(guī)定為0-l00V6電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)繞組的額定電壓及額定變比一次繞組額106電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級一次繞組電壓為一次額定電壓的百分?jǐn)?shù)(%)誤差限值二次負(fù)載為額定負(fù)載的百分?jǐn)?shù)(%)比差(%)角差(′)0.180～120士0.1士525～1000.280～120士0.2土100.585～115士05土2025～100185～115士1.0士4025～1003100士30未規(guī)定25～100電壓互感器容許誤差的極限值額定負(fù)載額定負(fù)載也叫額定容量，是按照其準(zhǔn)確度等級制造的容量，是當(dāng)二次電壓為額定值時，規(guī)定允許接人的負(fù)載，通常用視在功率單位VA數(shù)表示。在額定二次負(fù)載下，電壓互感器的誤差應(yīng)符合其準(zhǔn)確度等級的規(guī)定7電磁式電壓互感器技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級一次繞組電壓為107電磁式電壓互感器測量誤差分析

電壓互感器的等值電路圖8電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器的等值電路圖108電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器變比、相角誤差相量圖

與一次電壓大小不等，相位不重合，電壓互感器存在比差與角差

比差fu以百分?jǐn)?shù)來表示角差9電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器變比、相角誤差相量圖109電磁式電壓互感器測量誤差分析當(dāng)電壓互感器空載時當(dāng)負(fù)載為Zb時10電磁式電壓互感器測量誤差分析當(dāng)電壓互感器空載時當(dāng)負(fù)載為Z110電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器在現(xiàn)場實際運(yùn)行時，只需測量出實際二次負(fù)載Zb及其功率因數(shù)角

，即可計算出比差角差11電磁式電壓互感器測量誤差分析電壓互感器在現(xiàn)場實際運(yùn)行時，111電磁式電壓互感器的安裝及使用電壓互感器主要安裝方式圖（a）用于單相電壓的測量。圖（b）用于三相電壓的測量，圖（c）用于線電壓的測量a)b)c)電壓互感器在使用的時候要注意二次繞組不許短路12電磁式電壓互感器的安裝及使用電壓互感器主要安裝方式圖（a112電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器原理電容式電壓互感器簡稱CVT（CapacitorVoltageTransformers），主要利用電容器的分壓作用將高電壓按比例轉(zhuǎn)換為低電壓13電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器原理電容式電壓互感113電容式互感器（CVT）實際應(yīng)用CVT主要由電容分壓器（包括主電容器C1，分壓電容器C2）、中間變壓器（T）、補(bǔ)償電抗器L、保護(hù)裝置F及阻尼器D等元件組成CVT組成示意圖CVT優(yōu)點1.造價低（110kV及以上產(chǎn)品）；2.可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備的功能；3.能可靠阻尼鐵磁諧振；4.具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性等14電容式互感器（CVT）實際應(yīng)用CVT主要由電容分壓器（包114電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器實物圖15電容式互感器（CVT）電容式電壓互感器實物圖115分壓原理測量高電壓的其他方式阻容分壓電阻分壓16分壓原理測量高電壓的其他方式阻容分壓電阻分壓116光學(xué)電壓傳感器（OVT）光學(xué)電壓互感器（OpticalVoltageTransducer：OVT）又稱為無源電子式電壓傳感器，采用的傳感機(jī)理是晶體的線性電光效應(yīng)（Pockels效應(yīng)）。Pockels效應(yīng)是指晶體在電場作用下，透過晶體的光發(fā)生雙折射，這一雙折射快慢軸之間的相位差與被測電壓呈正比關(guān)系，將Pockels元件直接連接到被測電壓的兩端，經(jīng)光電變換及相應(yīng)的信號處理便可求得被測電壓。OVT實現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵是如何提高OVT的溫度穩(wěn)定性、長期運(yùn)行的可靠性以及測量的精度。影響OVT穩(wěn)定性與可靠性的主要取決于傳感晶體和工作光源的溫度特性以及傳感頭的加工和傳光光纖的振動。17光學(xué)電壓傳感器（OVT）光學(xué)電壓互感器（Optical5.2交流大電流的測量方法5.2交流大電流的測量方法118交流大電流的測量方法電磁式電流互感器（CT）羅哥夫斯基（Rogowski）線圈光學(xué)電流傳感（OCT）19交流大電流的測量方法電磁式電流互感器（CT）119電磁式電流互感器（CT）電磁式電流互感器簡稱CT（CurrentTransformer）或TA，用于交流大電流變?yōu)樾‰娏鳎瑪U(kuò)大交流電流表、功率表和電能表的量程20電磁式電流互感器（CT）電磁式電流互感器簡稱CT（Cur120電磁式電流互感器（CT）把電阻、漏抗、勵磁電流和鐵芯損耗移至繞組外面的電流互感器等值電路圖一次繞組阻抗二次繞組阻抗Z2換算到一次側(cè)后的阻抗21電磁式電流互感器（CT）把電阻、漏抗、勵磁電流和鐵芯損耗121電流互感器T形等值電路電磁式電流互感器（CT）換算到一次側(cè)后的二次電流和電壓分別為：由等值電路圖有22電流互感器T形等值電路電磁式電流互感器（CT）換算到一次122電磁式電流互感器（CT）根據(jù)能量守恒定律U1I1=E2I2U1

為加于一次繞組兩端的電壓，它等于反電動勢E1E1I1=E2I2

I1W1=I2W2

互感器的額定電流比(簡稱額定變比)被測電流I1等于接在二次繞組的電流表讀數(shù)I2乘以電流互感器額定電流變比而故23電磁式電流互感器（CT）根據(jù)能量守恒定律U1I1=E123電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)額定電流比指一次額定電流與二次額定電流之比額定容量是額定二次電流I2N通過二次額定負(fù)載Z2N時所消耗的視在功率S2N額定電壓是指一次繞組長期對地能夠承受的最大電壓(有效值)，它應(yīng)不低于所接線路的額定相電壓24電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)額定電流比指一次額定電流與二124電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級：電流互感器變換電流總是存在著一定的誤差，根據(jù)額定工作條件下所產(chǎn)生的變比誤差規(guī)定了準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級一次電流為額定電流的百分?jǐn)?shù)(%)誤差限值二次負(fù)載為額定負(fù)載的百分比數(shù)(%)比值差(士%)相角值（′）0.1510201001200.40.250.200.100.10151085525～1000.21020100～1200.50.350.2020151025～1000.51020100～1201.00.750.5060453025～10011020100～1202.01.51.0120906025～100350～1203.0未規(guī)定50～10025電磁式電流互感器主要技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級：電流互感器變換電125電磁式電流互感器誤差分析理想電流互感器的一次安匝和二次安匝在數(shù)值上相等，在相位上相差180°實際的電流互感器工作時有勵磁電流稱為勵磁安匝，是產(chǎn)生電流互感器誤差的根源26電磁式電流互感器誤差分析理想電流互感器的一次安匝和二次安126電磁式電流互感器誤差分析電流互感器的相量圖將折算后的二次電流旋轉(zhuǎn)180°后與一次電流相比較兩者不但大小不等，而且相位不相重合，即存在兩種誤差，稱為比值誤差f1和相位誤差27電磁式電流互感器誤差分析電流互感器的相量圖將折算后的二次127電磁式電流互感器誤差分析比值誤差簡稱比差，用f1表示，它等于實際的二次電流與折算到二次側(cè)的一次電流之間的差值，與折算到二次側(cè)的一次電流的比值，以百分?jǐn)?shù)表示了計算上的方便，比差也可表示為28電磁式電流互感器誤差分析比值誤差簡稱比差，用f1表示，它128電磁式電流互感器誤差分析相角誤差簡稱角差，它是旋轉(zhuǎn)180°后的二次電流相量與一次電流相量之間的相位差，用符號

表示通過作圖法求比差角差以O(shè)為圓心，OB為半徑，作圓弧交橫軸于D點，AD即為相量

與

之間的算術(shù)差，即是電流互感器的絕對誤差。再從B點向橫坐標(biāo)引一垂線與橫軸交于C點，因角通常很小，用AC就可以近似地代替AD，于是求得由于OF=AC，比差還可以表示為由于比差29電磁式電流互感器誤差分析相角誤差簡稱角差，它是旋轉(zhuǎn)180129電磁式電流互感器誤差分析三角形OBC中有通常

很小，由于EF=BC，角差也可以表示為上述表示式表明，電流互感器的比差與角差與勵磁電流的兩個分量Ia、Ir大小有關(guān)，且與角a和角有關(guān)角為損耗角式中角a與負(fù)荷功率因數(shù)角大小有關(guān)；30電磁式電流互感器誤差分析三角形OBC中有通常很小，130電磁式電流互感器的安裝及使用電流互感器變比相角誤差測量圖圖（a）用于單相電流的測量。圖（b）用于三相電流的測量，圖（c）用于不平衡電流的測量電磁式電流互感器在使用時二次側(cè)不允許開路當(dāng)運(yùn)行中電流互感器二次側(cè)開路后，一次側(cè)電流仍然不變，二次側(cè)電流等于零，則二次電流產(chǎn)生的去磁磁通也消失了。這時，一次電流全部變成勵磁電流，使互感器鐵芯飽和，磁通也很高，將產(chǎn)生以下后果：（1）由于磁通飽和，其二次側(cè)將產(chǎn)生數(shù)千伏高壓，且波形改變，對人身和設(shè)備造成危害。（2）由于鐵芯磁通飽和，使鐵芯損耗增加，產(chǎn)生高熱，會損壞絕緣。（3）將在鐵芯中產(chǎn)生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去準(zhǔn)