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电压互感器和电流互感器两大类

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:霍尔式钳形电流表可测得最大电流达100kA以上,可用来测量输电线上的电流,也可用来测量电子束、离子束等无法用普通电流表直接进行测量的电流。用这种办法可调整霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程。除上述方法外,采用电流互感器法也可以在不切断电路的情况下,测得电路中的电流。电流互感器的结构如图4.20所示。

进行电流测量时所选用的采样方法与软件设计与测量电压所用方法相同,下面只介绍用仪表和电路对电流值进行的直接或间接测量。

(1)电流互感器

1)LZZB1-10(HAT)型高精度电流互感器

LZZB1-10(HAT)型电流互感器为支柱式结构,采用环氧树脂全封闭浇注成型。耐污秽、耐潮湿性能好。有两个二次绕组,第1个二次绕组的准确限值系数达5P20,精确度为0.2(或0.5)级,可以供保护用或保护、测量共用。第2个二次绕组的精确度为0.1级,并同时满足0.2级要求,可以供计量用或计量、测量共用。

LZZB1-10(HAT)型互感器的型号及其含义如图4.15所示。

LZZB1-10(HAT)型互感器的结构与规格有:

本型电流互感器有多种变比:30/5A(1A)、40/5A(1A)、50/5A(1A)、75/5A(1A)、100/5A(1A)、150/5A(1A)、200/5A(1A)、300/5A(1A)、400/5A(1A)、600/5A(1A)、750/5A(1A)、800/5A(1A)、1000/5A(1A)、1200/5A(1A)、1500/5A(1A)、1600/5A(1A)、2000/5A(1A)多种。

图4.15 型号含义

2)LMZJ1-0.5型(500~800/5A)电流互感器

LMZJ1-0.5系列电流互感器适用于额定频率50Hz、额定工作电压为0.5kV及以下的交流线路中作电流、电能测量或继电保护用。

正常工作条件:

a.周围空气温度为-5~+40℃,且其24h内的平均温度值不超过+35℃。

b.40℃环境下空气的相对湿度不超过50%;在较低的温度下可以允许有较高的相对湿度,最高不超过80%。

3)TA1016-2微型精密交流电流互感器

①特点:

a.立式穿芯印刷线路板直接焊接安装、外形美观。

b.体积小,精度高;全封闭,机械和耐环境性能好,电压隔离能力强,安全可靠。

②使用环境条件:

a.环境温度:-55~+85℃。

b.相对湿度:温度为40℃时不大于90%。

③工作频率范围:20Hz~20kHz。

④绝缘耐热等级:F级(155℃)。

⑤安全特性:

a.绝缘电阻:常态时大于1000MΩ。

b.抗电强度:可承受工频6000V50Hz/1min。

c.阻燃性:符合UL94-Vo级。

⑥外形图、安装尺寸和线圈图如图4.16所示。

图4.16

⑦典型应用如图4.17所示,其性能参数见表4.4。

图4.17

表4.4 TA1016-2典型应用的性能参数

⑧注意事项:

a.电流互感器初级应串联于被测电流回路中,次级应近似工作于短路状态。

b.电流互感器次级电路不允许开路,因此,不应装熔断器。

(2)电流表直接测量法

直接测量电流的方法通常是在被测电流的通路中串入适当量程的电流表,让被测电流的全部或一部分流过电流表。从电流表上直接读取被测电流值或被测电流分流值。

对于如图4.18(a)所示电路,被测电流实际值为

式中 R0、RL——信号源内阻和负载电阻。R=R0+RL为电流回路电阻。

图4.18 用电流表测量电流

在电路中串接一个内阻为r的电流表,如图4.18(b)所示,则流过电流表的电流即电流表读数值为

相对测量误差为

由式(4.21)可知,为使电流表读数值I′x尽可能接近被测电流实际值Ix,就要求电流表的内阻r尽可能接近于零,也就是说,电流表内阻越小越好。

在串入电流表不方便或没有适当量程的电流表时,可以采取间接测量的方法,即把电流转换成电压、频率、磁场强度等物理量,直接测量转换量后根据该转换量与被测电流的对应关系求得电流值。下面介绍几种间接测量电流的转换方法。

(3)电流-电压转换法

可以采用在被测电流回路中串入很小的标准电阻r(称为取样电阻),将被测电流转换为被测电压Ux,则

当满足条件r≪R时,由式(4.20)、式(4.22)可得

若被测电流Ix很大,可以直接用高阻抗电压表测量标准电阻两端电压Ux;若被测电流Ix较小,应将Ux放大到接近电压表量程的适当值后再由电压表进行测量,为了减小Ux的测量误差,要求该放大电路应具有极高的输入阻抗和极低的输出阻抗,为此,一般采用电压串联负反馈放大电路。

(4)电流-磁场转换法

无论用电流表直接测量电流还是用上述转换法间接测量电流,都需要切断电路接入测量装置。在不允许切断电路或被测电流太大的情况下,可采取通过测量电流所产生的磁场的方法来间接测得该电流的值。

如图4.19所示为采用霍尔传感器的钳形电流表结构示意图。冷轧硅钢片圆环的作用是将被测电流Ix产生的磁场集中到霍尔元件上,以提高灵敏度,作用于霍尔片的磁感应强度B为

式中 KB——电磁转换灵敏度。

线性集成霍尔片的输出电压U0

式中 I——霍尔片控制电流;

KH——霍尔片灵敏度;

K——电流表灵敏度。

若Ix为直流,则U0也为直流;若Ix为交流,则U0也为交流。霍尔式钳形电流表可测得最大电流达100kA以上,可用来测量输电线上的电流,也可用来测量电子束、离子束等无法用普通电流表直接进行测量的电流。图4.19中被测电流导线如果在硅钢片圆环上绕几圈,电流表灵敏度便会减小几倍。用这种办法可调整霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程。

图4.19 霍尔式钳形电流表

1—冷轧硅钢片圆环;2—被测电流导线;3—霍尔元件;4—霍尔元件引脚

图4.20 电流互感器

(5)电流互感器法

除上述方法外,采用电流互感器法也可以在不切断电路的情况下,测得电路中的电流。电流互感器的结构如图4.20所示。它是在磁环上(或铁芯)上绕一些线圈而构成的,假设被测电流(一次侧电流)为i1,一次绕组匝数为N1,二次绕组匝数为N2,则二次侧电流为

由此可知,只要测得二次侧电流i2,就可得知被测电流(一次侧电流)的大小。

由于电流互感器二次绕组匝数远大于一次绕组匝数,在使用时二次侧绝对不允许开路,否则会使一次侧电流完全变成励磁电流,铁芯达到高度饱和状态,使铁芯严重发热并在二次侧产生很高的电压,引起互感器的热破坏和电击穿,对人身造成伤害。此外,为了人身安全,互感器二次绕组一端必须可靠地接地(安全接地)。

电流互感器输出的是电流,测量时,互感器二次绕组接一电阻R,从R上取得电压接到放大器或交直流变换器上,R的大小由互感器的容量决定(一般常用电流互感器为10VA或5VA),R上输出电压U0

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