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1、互感器原理、应用及检定,中国电力科学研究院国家高电压计量站周 峰/高级工程师027,主要内容,2,第一章 理论基础第二章 互感器原理及应用第三章 互感器检定技术第四章 故障原因分析第五章 互感器建标考核,3,第一章 基础知识,1.1 电工测量基础（一）测量、计量 测量的定义（狭义）：“以确定量值为目的的一组操作”。例：电压表测电压，温度计测温度，,4,测量的定义（广义）：测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例：故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等,5,测量与计量密切相关，但又有不同计量是一种特殊形式的测量，它把被测量
2、设备与国家计量部门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格与否，并给出具有法律效力的证书。计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动，如单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。注：计量活动 和测量活动的区别,计量与测量的关系,6,（二）测量（计量）过程 测量包含三个重要因素：测量对象，测量方法，测量设备。计量包含五个重要因素：人，机，料，法，环。,7,电气测量的内容是：电参量测量分电磁测量和电子测量，具体测量对象包括：电能量的测量 包括各种
3、频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。电路参数的测量 包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。电信号特征的测量 包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。电子设备性能的测量 包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。,8,（三）测量方法 按测量过程分：直接测量、间接测量和组合测量。直接测量：直接测量又称为直读式测量，被测量的量值可从仪表盘或表上直接读取。优点：方法简便，读数迅速。缺点：由于仪表接入被测电路后，会使电路工作状态发生变化，因而这种测量方法的准确度较低。举例：电流表测量电流，电压
4、表测量电压，功率表测量功率等。,9,间接测量法（比较测量法）：零值法，差值法，替代法零值法：在测量过程中，通过改变标准量，使其与被测量相等（即两者差值为零），从而确定被测量数值的方法叫零值法。如用电桥测量电阻就属于这种方法。差值法：利用被测量与标准量的差值作用于测量仪表，从而确定被测量数值的方法，叫差值法。如用校验仪测量互感器误差就属于这种方法。替代法：在测量过程中，用已知标准量代替被测量，若维持仪表原来的读数不变，则被测量必等于已知标准量，这种测量方法叫做代替法。优点：准确度高 缺点：设备复杂，价格较高，操作麻烦,10,U：标准电压源，R1和R2：标准分压电阻，D：指零仪。测量时，通过调节R
5、1和R2的比例，使D指零，这时,D,TV0：标准互感器，TVx：被测互感器。测量时，通过调节微差源使指零仪指零，这时,零值法,差值法,11,替代法,曹冲称象,12,电桥平衡时必须同时满足两个平衡条件：模平衡条件与相位平衡条件,阻抗电桥,13,根据衡条件：,西林电桥,14,按测量性质分：时域测量、频域测量、数据域测量和调制域测量。（1）时域测量：测量被测信号幅度与时间的函数关系。（2）频域测量：测量被测信号幅度与频率的函数关系。（3）数据域测量：测量数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性。（4）调制域测量：测量被测信号频率随时间变化而变化的特性。,15,测量标准的传递,16,1.2 误差理
6、论基础,精密度：在规定条件下，对同一被测对象重复测量所得示值间的一致程度。一般用统计量描述，如标准偏差等。正确度：无穷多次重复测量所得量值的平均值与一个参考量值间的一致程度。准确度：测得值与真值间的一致程度。,指测量仪器的读数与被测量真值相一致的程度，可用精密度、正确度和准确度来表示。,（一）测量仪器的精度,评价方法：误差、不确定度,17,根据测量误差的性质及产生的原因，可分为：,误差：指测量的结果与被测量的真实值（实际值）之间存在的差异。,（二）误差定义及分类,18,（三）测量误差的表示方法,绝对误差 absolute error 相对误差 relative error 引用误差 quote
7、d error,19,仪表的指示值Ax与被测量实际值A0之间的差值，叫做绝对误差。AxA0在计算值时，通常可用标准表的指示值作为被测量的实际值。将上式变形可得 A0AxAx+（）Ax+C 上式中的C称为仪表的修正值。,绝对误差,20,绝对误差与被测量实际值A0比值的百分数，叫做实际相对误差，即 一般情况下实际值A0难以确定，用仪表的指示值Ax替代，称示值相对误差，即,相对误差,21,绝对误差与仪表量程（最大读数）Am比值的百分数，叫做引用误差m，即,引用误差,引用误差实际上就是仪表在最大读数时的相对误差，即满度相对误差。然而，实践证明，在仪表测量范围内的每个示值的绝对误差都是不同的。,22,为
8、此，又引入最大引用误差的概念，用最大绝对误差m代替,既能克服了引用误差的不足，又更加统一地描述了误差所对应的测量精度。国家标准中规定以最大引用误差来表示仪表的准确度。,23,误差合成,其中,、,的绝对误差为,、,绝对误差,相对误差,24,实例：和函数误差,例：,25,26,（四）测量不确定度,定义：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。“合理”reasonably，是指在统计控制状态下，即处 于重复性条件下或重现性条件下的测量状态。“分散性”Dispersion，指测量结果的分散性，即测量结果以一定概率落在某个量值区间。“相联系”associated with，不确定度是和
9、测量结果一起，用来表明在给定条件下对被测量进行测量时,测量结果所可能出现的区间。,A类标准不确定度（UA）标准不确定度 B类标准不确定度（UB）合成标准不确定度（UC）不确定度 U（K2）测 扩展不确定度 U（K3）量 U95 不 U99确 定 A类相对标准不确定度（UArel）度 相对标准不确定度 B类相对标准不确定度（UBre）合成相对标准不确定度（UCrel）相对不确定度 Urel（K2）Urel（K3）相对扩展不确定度 Urel 95 Urel 99,分类,相对不确定度=不确定度被测量之值,扩展不确定度=标准不确定度包含因子,28,注:标准不确定度：用标准偏差给出的不确定度。A 类标准
10、不确定度：用统计方法评定出的不确定度。其评定方法称为A类评定。B类标准不确定度：用非统计方法评定出的不确定度。其评定方法称为B类评定。合成不确定度：当测量结果是由若干个其他量的值求得时，按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。相对不确定度:不确定度除以被测量之值。扩展不确定度：确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值分布在指定概率内含于此区间。,29,不确定度 VS 误差,30,30,1.3 电磁学基础,（一）基本概念：1、磁感应强度B（磁通密度，简称磁密）表示磁感应线的疏密度，表征磁场强度及方向的物理量，矢量、其方向为磁感应线上每一点的切线方向，与电流成右手螺旋定则。单位：Wb/m2;或
11、T。,磁力线与电流之间的右螺旋关系,31,2、磁通 表示磁感应线的条数，单位：Wb。在单位面积内：1）均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，叫磁通量。=BS 2）非均匀磁场中的通式,32,3、磁感应线形象的描绘磁场，无头无尾的闭合曲线。4、磁导率（）磁导率是表征物质导磁能力的物理量，它表明了物质对磁场的影响程度。,主要导磁物质的相对磁导率,33,5、铁磁物质,有几种物质，如铁、钴、镍以及它们的合金，以及锰和铬的某些合金，即使在较小的外磁场的作用下，其磁化也特别显著。这类物质称为铁磁物质，它们的磁导率都很大。将铁磁材料放入磁场后，磁场会显著增强。,铁磁物质中有许多称为磁畴的天然
12、磁化区,附加磁场,外磁场,6、磁场强度、磁化曲线磁场强度H也是表征磁场强弱和方向的物理量,单位是A/m。B=f(H)H=B/,起始磁化曲线,周期磁化曲线,将一块未磁化的铁磁材料制成闭合铁芯，其上绕有绕组，调节使电流从零开始逐渐增大，则铁芯中穿过横截面的磁通密度将随之增大，测得不同H值下的B值，可绘出B-H曲线。,35,7、磁滞回线 选择不同的磁场强度H反复磁化时，可得出不同的磁滞回线,将各条磁滞回线的顶点连接起来，所得的曲线称为基本磁化曲线。近似于起始磁化曲线。,基本磁化曲线,铁磁材料基本磁化曲线,36,（二）基本电磁定律：,电生磁的基本定律 安培环路定律 磁生电的基本定律 法拉第电磁感应定律
13、 磁路的欧姆定律,37,1、安培环路定律 2、法拉第感应定律,电流互感器基本原理,电压互感器基本原理,38,对于均匀磁路：,式中，,定义为磁路的磁阻。磁阻的倒数:,3、磁路的欧姆定律,电路和磁路之间的对应关系,39,40,40,1.4 我国电力系统概述,41,42,五大发电集团,（截止2004）年,43,两大国家级电网,44,四种电网类型,一级输电网络 一级输电向二级输电系统输送电能。这类电网将发电厂与枢纽变电站连接起来，进而将电能输送到二级输电网络。一般采用三相架空杆塔线路联结成网。通常电力用户，即使是大型用户都不直接从该电网中取电。输电网的电压范围通常为：220 kV（330）500kV（
14、750）1000 kV,45,四种电网类型,二级输电网络二级输电网从枢纽变电站汲取电能，向大型工业用户的配电变电站 和公共电网HV/MV配电变电站供电。该电网通常采用架空线形式（有时在靠近城区的地方采用电缆形式），电压范围为：(66)110kV-220 kV。,46,四种电网类型,中压配电网 中压配电网从HV/MV 变电站或公共电网的配电系统取得电能，向中小型工业用户供电。中压配电网在城区一般采用地缆形式，在乡村一般采用架空线，电压范围通常为：6 kV-35 kV。,47,四种电网类型,低压配电网 低压配电网从公共配电变电站向各种个人用户、工厂车间等供电。低压配电网通常采用地缆或架空线路的形式，电压一般为 380 V。,48,铁磁材料的基本特性,B,H,a,b,c,d,铁磁材料的起始磁化曲线,由于外磁场较弱，磁畴不会产生大规模偏转，磁通密度增加不快。,外磁场增强，磁畴产生大规模偏转，磁通密度增加较快。,外磁场继续增加，大部分磁畴已完成偏转，B值增加变得缓慢。,拐点、膝点,在各种电机、变压器的主磁路中，为了获得较大的磁通，但又不过分的增大励磁电流，通常把铁心内工作点的B选择在膝点附近。,49,谢 谢!,
