1、互感器校驗(yàn)儀差流回路負(fù)荷對(duì)電流互感器檢定結(jié)果影響的分析計(jì)算論文導(dǎo)讀:：不同原理的互感器校驗(yàn)儀其差流回路在結(jié)構(gòu)上存在較大差異，在檢定電流互感器時(shí)如果不正確地配備互感器校驗(yàn)儀可能會(huì)給檢定結(jié)果引入附加誤差。文中分析了數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀和比擬儀式互感器校驗(yàn)儀的原理以及相應(yīng)的差流回路附加負(fù)荷的計(jì)算過程。結(jié)果說明比擬儀式互感器校驗(yàn)儀由于采用線圈檢測(cè)差流信號(hào)，從理論上不會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來任何附加誤差；而數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀通過差流電阻采樣差流信號(hào)，差流電阻上的壓降在標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)互感器二次側(cè)導(dǎo)納分流是差流回路負(fù)荷給檢定結(jié)果引入誤差的根本原因。論文關(guān)鍵詞：電流互感器，互感器校驗(yàn)儀，差流回路負(fù)荷，二次側(cè)導(dǎo)納，檢定0 引

2、 言?測(cè)量用電流互感器?檢定規(guī)程規(guī)定，電流互感器的檢定采用比擬法，即標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被測(cè)電流互感器在相同變比下一次串聯(lián)后直接比擬二次輸出【1】。由于互感器校驗(yàn)儀測(cè)量的是標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)二次輸出之間的差值，由互感器校驗(yàn)儀引入的測(cè)量不確定度僅為被測(cè)電流互感器誤差的誤差，雖然標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)的準(zhǔn)確度級(jí)別很高，但互感器校驗(yàn)儀的準(zhǔn)確度通常只需13級(jí)即可。即使互感器校驗(yàn)儀的誤差為10%，給測(cè)量結(jié)果帶來的不確定度僅為一個(gè)化整單位【2】。但是這并不意味著在選用互感器校驗(yàn)儀時(shí)只要滿足準(zhǔn)確度要求就可以了，不同原理結(jié)構(gòu)的互感器校驗(yàn)儀在差流回路結(jié)構(gòu)上的差異使得在選用不同結(jié)構(gòu)形式的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器進(jìn)行檢定時(shí)可能會(huì)帶來檢定結(jié)果的較大差

3、異。在電流互感器檢定中通常用到的是兩種不同原理和結(jié)構(gòu)的互感器校驗(yàn)儀：數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀和比擬儀式互感器校驗(yàn)儀。1 數(shù)字式校驗(yàn)儀差流回路結(jié)構(gòu)分析【3】數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀對(duì)互感器的誤差信號(hào)直接采樣分解并經(jīng)過適當(dāng)計(jì)算后，可以實(shí)時(shí)的將被測(cè)互感器的比值差和相位差同步顯示。配合特殊的測(cè)量軟件可實(shí)現(xiàn)檢定的自動(dòng)化操作。具有操作簡(jiǎn)單，測(cè)量迅速，讀數(shù)直觀的特點(diǎn)。典型的數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀差值檢定線路如圖1所示：額定變比相同的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被測(cè)電流互感器的一次和二次分別極性端對(duì)接，為標(biāo)準(zhǔn)次級(jí)回路電阻，為差流回路電阻。為被測(cè)電流互感器的二次負(fù)荷。圖1 數(shù)字式校驗(yàn)儀檢定電流互感器接線圖Fig.1current tran

4、sformer verification diagram using digital transformer testset如果標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)誤差不相等，那么差流電阻上有電流流過，,矢量關(guān)系如圖2所示。差流可以分解為兩個(gè)分量物理論文，一個(gè)是與同相位的同相分量，另一個(gè)是與相位相差90的正交分量。假設(shè):圖2 標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)二次電流信號(hào)矢量圖Fig.2 vectordiagram on secondary signal of standard transformer and transformer under test由上式可知，差流可以分解為一個(gè)與同相的正弦分量和一個(gè)與正交的余弦分量的和。這樣當(dāng)?shù)扔?和9

5、0時(shí)，分別等于正交分量和同相分量。數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀測(cè)量的就是差流信號(hào)的同相分量和正交分量論文效勞。同相分量對(duì)應(yīng)的是等于0時(shí)刻的差流值，而正交分量對(duì)應(yīng)的是等于90時(shí)刻的差流值。校驗(yàn)儀經(jīng)過采樣放大并適當(dāng)計(jì)算后，直接顯示被測(cè)互感器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的比值差和相位差。應(yīng)該指出的是根據(jù)電流互感器的誤差定義所謂的比值差是將二次電流反轉(zhuǎn)180度后按變比折算到一次后與一次電流的差值。即：而相位差那么是反轉(zhuǎn)180度后的二次電流和一次電流之間的夾角。即：由此可見數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀所測(cè)量的同相分量和正交分量并不是電流互感器所定義的比值差和相位差，而是在工程應(yīng)用上做了一定程度的近似。2 比擬儀式校驗(yàn)儀差流回路結(jié)構(gòu)

6、分析【4】比擬儀式互感器校驗(yàn)儀的工作原理是在工作電壓下測(cè)量平衡狀態(tài)下流過電流比擬儀的小電流，從而實(shí)現(xiàn)電流互感器的同相分量和正交分量的測(cè)量。圖3 比擬儀式互感器校驗(yàn)儀的根本測(cè)量線路Fig.3comparator transformer test set measurement diagram與數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀不同，比擬儀式互感器校驗(yàn)的差流回路是比擬儀線圈，圖中有兩個(gè)回路的電流進(jìn)入：一個(gè)是被測(cè)小電流，由端鈕輸入比擬儀的一個(gè)線圈；一個(gè)是儀器內(nèi)部工作電壓通過電壓互感器，得到或正或負(fù)的電壓，加在電導(dǎo)箱或電容箱上，分別產(chǎn)生電流和，注入比擬儀的同一線圈。調(diào)節(jié)電導(dǎo)箱和電容箱從而改變注入電流的大小，當(dāng)接在比擬

7、儀指零線圈上的檢流計(jì)指零時(shí)，可知被測(cè)電流和注入電流大小相等方向相反。由此可以求出被測(cè)小電流相對(duì)于工作電壓的同相分量和正交分量與的關(guān)系：式中的正負(fù)號(hào)分別由同相盤和正交盤的極性開關(guān)和決定。由此可得電流互感器的誤差：為了能實(shí)現(xiàn)比值差和相位差具有相同的開關(guān)系數(shù)，比值差改用表示，單位是，相位差的計(jì)算公式相應(yīng)的乘以系數(shù)，這樣：式中為測(cè)量電流互感器誤差時(shí)的開關(guān)系數(shù)，和分別為同相盤和正交盤讀數(shù)。如果選取電導(dǎo) 箱和電容箱的電導(dǎo)和容量分別為：并且讓和的讀數(shù)為：這時(shí)再選取，可得：那么：系數(shù)的獲得有兩種方案，一種是改變電壓互感器的變比，第二種方案是改變比擬儀的匝數(shù)。從以上比擬儀式互感器校驗(yàn)儀的工作原理來看，其測(cè)量的結(jié)

8、果同樣是差流信號(hào)的同相分量和正交分量，而并非實(shí)際的比值差和相位差。3差流回路負(fù)荷對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響3.1 差流回路附加負(fù)荷容量計(jì)算【5】由圖1可知差流回路電阻壓降，也成為標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)電流互感器二次壓降的一局部。標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次壓降應(yīng)為：這樣的和的二次負(fù)荷阻抗相應(yīng)應(yīng)為：而上兩式中的第二項(xiàng)分別為和的附加二次負(fù)荷等值阻抗。且由于，由此可知，差流回路阻抗壓降給標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)電流互感器帶來的附加負(fù)荷大小相等，符號(hào)相反物理論文，且與被檢互感器的誤差讀數(shù)成正比。根據(jù)上述分析附加負(fù)荷的最大容量為：式中角差的單位為分。差流回路容量實(shí)際上并不等于差流回路附加負(fù)荷的容量，二者不可混淆。差流回路容量應(yīng)為：，而差流回路附加

9、負(fù)荷的容量那么為：，一般差流，因此附加負(fù)荷容量相應(yīng)比差流回路容量大14個(gè)數(shù)量級(jí)。3.2 差流回路負(fù)荷對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響由于數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀通過對(duì)差流回路電阻進(jìn)行電壓采樣，而比擬儀式互感器校驗(yàn)儀通過線圈對(duì)差流進(jìn)行檢測(cè)，差流回路負(fù)荷近似為零，因此從原理上看，比擬儀式互感器校驗(yàn)儀不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來附加誤差。由圖1可知：差流在采樣電阻上產(chǎn)生的壓降：此壓降分別在和的二次產(chǎn)生分流電流和。此時(shí)校驗(yàn)儀的讀數(shù)：式中、為在二次側(cè)測(cè)得的和勵(lì)磁導(dǎo)納。由此可知差流回路附加負(fù)荷造成的測(cè)量誤差，就是差流回路壓降在標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)互感器二次側(cè)導(dǎo)納分流后所引起的【6】。根據(jù)檢定規(guī)程的要求，差流回路負(fù)荷對(duì)檢定結(jié)果引入的附加誤差不得大于

10、被檢電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)的1/20。即：假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)互感器二次側(cè)導(dǎo)納：對(duì)于差流回路電阻為0.5的互感器校驗(yàn)儀來說，那么要求。不同量限不同型號(hào)的數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀其差流回路的電阻也不相同。表1給出了三種常用的數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀在不同量程下的差流回路的電阻值及其最大導(dǎo)納限值。表1 常用數(shù)字式校驗(yàn)儀差流回路電阻值比擬Tab.1 comparationon difference current loop of commonly used digital transformer test set 校驗(yàn)儀 準(zhǔn)確 型號(hào) 度等級(jí) HES-1 HEW6-A HED-H 0.050.01級(jí) 10 5 0.5 G

11、+B0.005S G+B0.01S 0.50.1級(jí) 1 0.5 G+B0.05S G+B0.1S G+B 0.1S 1級(jí)及以下 0.1 0.05 G+B0.5S G+B1S 由圖可見HED-H型校驗(yàn)儀在不同量限下的差流電阻值保持恒定，均為0.5。差流電阻值越小，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)的導(dǎo)納要求越低。但是差流電阻值減小后，會(huì)使差流電阻上的采樣電壓變小，在測(cè)量0.05級(jí)5A的電流互感器時(shí)，0.5的差流電阻上的采樣電壓僅為1.25mV。過低的采樣電壓可能會(huì)帶來互感器校驗(yàn)儀本身測(cè)量準(zhǔn)確度的下降，因此一般來說，被測(cè)準(zhǔn)確度越高，相應(yīng)互感器校驗(yàn)儀差流回路的電阻值越大。3.3 電流互感器二次側(cè)導(dǎo)納測(cè)量差流回路給測(cè)量結(jié)果

12、帶來的誤差大小取決于校驗(yàn)儀差流回路電阻、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被測(cè)電流互感器的二次側(cè)導(dǎo)納的大小論文效勞。圖4：電流互感器二次側(cè)導(dǎo)納測(cè)量線路Fig.4measurement on secondary admittance of current transformer對(duì)于沒有經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾娏骰ジ衅鳎梢圆捎米择钍诫娏骰ジ衅髯孕＞€路圖4來測(cè)量二次側(cè)導(dǎo)納值。互感器校驗(yàn)儀的工作電流流過負(fù)荷包括導(dǎo)線電阻0.06，其壓降為加在電流互感器二次一次開路，產(chǎn)生勵(lì)磁電流輸入端鈕進(jìn)行測(cè)量，校驗(yàn)儀的讀數(shù)為：式中，為二次負(fù)荷額定負(fù)荷和下限負(fù)荷和互感器二次繞組的內(nèi)阻抗的復(fù)數(shù)和。由于二次側(cè)導(dǎo)納是非線性的，且壓降越小，導(dǎo)納越大，因此在

13、下限負(fù)荷5%額定電流下的二次側(cè)導(dǎo)納值最大。通常電流互感器多是經(jīng)過補(bǔ)償?shù)模a(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N，一種是磁勢(shì)補(bǔ)償；一種是電勢(shì)補(bǔ)償。采用磁勢(shì)補(bǔ)償鐵芯磁密根本不變，近似認(rèn)為二次導(dǎo)納也不變物理論文，仍可由圖 進(jìn)行測(cè)量。采用電勢(shì)補(bǔ)償又分為磁分路補(bǔ)償和零磁通補(bǔ)償。前者由于主鐵芯實(shí)際磁密下降，二次側(cè)導(dǎo)納增大，用圖 方法測(cè)得的值偏小。而后者的主鐵芯二次感應(yīng)電勢(shì)近似為，這樣在測(cè)量二次側(cè)導(dǎo)納時(shí)需將圖4 中的用代替【7】。4 結(jié)論無論是數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀還是比擬儀式互感器校驗(yàn)儀其測(cè)量結(jié)果并非是電流互感器所定義的比值差和相位差，而是在工程上做了一定程度的近似，將其稱為誤差的同相分量和正交分量更加合理。互感器校驗(yàn)儀的工作電流

14、回路由標(biāo)準(zhǔn)電流互感器承當(dāng)，成為標(biāo)準(zhǔn)電流互感器相應(yīng)的二次容量負(fù)荷。而在進(jìn)行互感器檢定時(shí)，差流回路的附加容量那么分別由標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)電流互感器共同承當(dāng)，同時(shí)給標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)帶來大小相等，符號(hào)相反的附加負(fù)荷。差流回路容量并不等于差流回路附加負(fù)荷容量，一般來說差流回路附加負(fù)荷容量要比差流回路容量大14個(gè)數(shù)量級(jí)。比擬儀式互感器校驗(yàn)儀通過線圈對(duì)差流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，差流回路負(fù)荷近似為零，因此從原理上看不會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來附加誤差；而數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀通過差流電阻采樣差流信號(hào)，差流電阻是給檢定帶來附加誤差的根本原因。型號(hào)不同，數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀其差流回路電阻有可能不同，同一型號(hào)的數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀在不同量限的差流電阻也可能不相等。差流回路給測(cè)量結(jié)果帶來的誤差大小取決于校驗(yàn)儀差流回路電阻、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被測(cè)電流互感器的二次側(cè)導(dǎo)納的大小。導(dǎo)納的大小可以由互感器校驗(yàn)儀實(shí)際測(cè)量得出，從而綜合評(píng)估所用互感器校驗(yàn)儀在檢定規(guī)定型號(hào)或結(jié)構(gòu)的互感器時(shí)是否滿足使用要求。參考文獻(xiàn)【1】JJG313-1994,測(cè)量用電流互感器北京：中國計(jì)量出版社，1994【2】JJG169-1993，互感器校驗(yàn)儀 北京：中國計(jì)量出版社，1993【3】江蘇省靖江市計(jì)量儀器廠.HES型數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀使用說明書.【4】趙修民.比擬儀式互感器校驗(yàn)儀的原理和應(yīng)用山西：山西機(jī)械