互感器校验仪差流回路负荷对电流互感器检定结果影响的分析计算

互感器校验仪差流回路负荷对电流互感器检定结果影响的分析计算论文导读:：不同原理的互感器校验仪其差流回路在结构上存在较大差异，在检定电流互感器时如果不正确地配备互感器校验仪可能会给检定结果引入附加误差。文中分析了数字式互感器校验仪和比较仪式互感器校验仪的原理以及相应的差流回路附加负荷的计算过程。结果表明比较仪式互感器校验仪由于采用线圈检测差流信号，从理论上不会给测量结果带来任何附加误差；而数字式互感器校验仪通过差流电阻采样差流信号，差流电阻上的压降在标准和被测互感器二次侧导纳分流是差流回路负荷给检定结果引入误差的根本原因。论文关键词：电流互感器，互感器校验仪，差流回路负荷，二次侧导纳，检定0引言《测量用电流互感器》检定规程规定，电流互感器的检定采用比较法，即标准电流互感器和被测电流互感器在相同变比下一次串联后直接比较二次输出[1]。由于互感器校验仪测量的是标准和被测二次输出之间的差值，由互感器校验仪引入的测量不确定度仅为被测电流互感器误差的误差，虽然标准和被测的准确度级别很高，但互感器校验仪的准确度通常只需1~3级即可。即使互感器校验仪的误差为10%，给测量结果带来的不确定度仅为一个化整单位[2]。但是这并不意味着在选用互感器校验仪时只要满足准确度要求就可以了，不同原理结构的互感器校验仪在差流回路结构上的差异使得在选用不同结构形式的标准电流互感器进行检定时可能会带来检定结果的较大差异。在电流互感器检定中通常用到的是两种不同原理和结构的互感器校验仪：数字式互感器校验仪和比较仪式互感器校验仪。1数字式校验仪差流回路结构分析[3]数字式互感器校验仪对互感器的误差信号直接采样分解并经过适当计算后，可以实时的将被测互感器的比值差和相位差同步显示。配合特殊的测量软件可实现检定的自动化操作。具有操作简单，测量迅速，读数直观的特点。典型的数字式互感器校验仪差值检定线路如图1所示：额定变比相同的标准电流互感器和被测电流互感器的一次和二次分别极性端对接，为标准次级回路电阻，为差流回路电阻。为被测电流互感器的二次负荷。图1数字式校验仪检定电流互感器接线图Fig.1currenttransformerverificationdiagramusingdigitaltransformertestset如果标准和被测误差不相等，则差流电阻上有电流流过，,矢量关系如图2所示。差流可以分解为两个分量物理论文，一个是与同相位的同相分量，另一个是与相位相差90°的正交分量。假设:图2标准和被测二次电流信号矢量图Fig.2vectordiagramonsecondarysignalofstandardtransformerandtransformerundertest由上式可知，差流可以分解为一个与同相的正弦分量和一个与正交的余弦分量的和。这样当等于0°和90°时，分别等于正交分量和同相分量。数字式互感器校验仪测量的就是差流信号的同相分量和正交分量论文服务。同相分量对应的是等于0°时刻的差流值，而正交分量对应的是等于90°时刻的差流值。校验仪经过采样放大并适当计算后，直接显示被测互感器相对于标准电流互感器的比值差和相位差。应该指出的是根据电流互感器的误差定义所谓的比值差是将二次电流反转180度后按变比折算到一次后与一次电流的差值。即：而相位差则是反转180度后的二次电流和一次电流之间的夹角。即：由此可见数字式互感器校验仪所测量的同相分量和正交分量并不是电流互感器所定义的比值差和相位差，而是在工程应用上做了一定程度的近似。2比较仪式校验仪差流回路结构分析[4]比较仪式互感器校验仪的工作原理是在工作电压下测量平衡状态下流过电流比较仪的小电流，从而实现电流互感器的同相分量和正交分量的测量。图3比较仪式互感器校验仪的基本测量线路Fig.3comparatortransformertestsetmeasurementdiagram与数字式互感器校验仪不同，比较仪式互感器校验的差流回路是比较仪线圈，图中有两个回路的电流进入：一个是被测小电流，由端钮输入比较仪的一个线圈；一个是仪器内部工作电压通过电压互感器，得到或正或负的电压，加在电导箱或电容箱上，分别产生电流和，注入比较仪的同一线圈。调节电导箱和电容箱从而改变注入电流的大小，当接在比较仪指零线圈上的检流计指零时，可知被测电流和注入电流大小相等方向相反。由此可以求出被测小电流相对于工作电压的同相分量和正交分量与的关系：式中的正负号分别由同相盘和正交盘的极性开关和决定。由此可得电流互感器的误差：为了能实现比值差和相位差具有相同的开关系数，比值差改用表示，单位是，相位差的计算公式相应的乘以系数，这样：式中为测量电流互感器误差时的开关系数，和分别为同相盘和正交盘读数。如果选取电导箱和电容箱的电导和容量分别为：并且让和的读数为：这时再选取，可得：则：系数的获得有两种方案，一种是改变电压互感器的变比，第二种方案是改变比较仪的匝数。从以上比较仪式互感器校验仪的工作原理来看，其测量的结果同样是差流信号的同相分量和正交分量，而并非实际的比值差和相位差。3差流回路负荷对测量结果的影响3.1差流回路附加负荷容量计算[5]由图1可知差流回路电阻压降，也成为标准和被测电流互感器二次压降的一部分。标准电流互感器的二次压降应为：这样的和的二次负荷阻抗相应应为：而上两式中的第二项分别为和的附加二次负荷等值阻抗。且由于，由此可知，差流回路阻抗压降给标准和被测电流互感器带来的附加负荷大小相等，符号相反物理论文，且与被检互感器的误差读数成正比。根据上述分析附加负荷的最大容量为：式中角差的单位为分。差流回路容量实际上并不等于差流回路附加负荷的容量，二者不可混淆。差流回路容量应为：，而差流回路附加负荷的容量则为：，一般差流，因此附加负荷容量相应比差流回路容量大1~4个数量级。3.2差流回路负荷对测量结果的影响由于数字式互感器校验仪通过对差流回路电阻进行电压采样，而比较仪式互感器校验仪通过线圈对差流进行检测，差流回路负荷近似为零，因此从原理上看，比较仪式互感器校验仪不会对测量结果带来附加误差。由图1可知：差流在采样电阻上产生的压降：此压降分别在和的二次产生分流电流和。此时校验仪的读数：式中、为在二次侧测得的和励磁导纳。由此可知差流回路附加负荷造成的测量误差，就是差流回路压降在标准和被测互感器二次侧导纳分流后所引起的[6]。根据检定规程的要求，差流回路负荷对检定结果引入的附加误差不得大于被检电流互感器准确度等级的1/20。即：假设标准和被测互感器二次侧导纳：对于差流回路电阻为0.5Ω的互感器校验仪来说，则要求。不同量限不同型号的数字式互感器校验仪其差流回路的电阻也不相同。表1给出了三种常用的数字式互感器校验仪在不同量程下的差流回路的电阻值及其最大导纳限值。表1常用数字式校验仪差流回路电阻值比较Tab.1comparationondifferencecurrentloopofcommonlyuseddigitaltransformertestset由图可见HED-H型校验仪在不同量限下的差流电阻值保持恒定，均为0.5Ω。差流电阻值越小，对标准和被测的导纳要求越低。但是差流电阻值减小后，会使差流电阻上的采样电压变小，在测量0.05级5A的电流互感器时，0.5Ω的差流电阻上的采样电压仅为1.25mV。过低的采样电压可能会带来互感器校验仪本身测量准确度的下降，因此一般来说，被测准确度越高，相应互感器校验仪差流回路的电阻值越大。3.3电流互感器二次侧导纳测量[6,7,8]差流回路给测量结果带来的误差大小取决于校验仪差流回路电阻、标准电流互感器和被测电流互感器的二次侧导纳的大小论文服务。图4：电流互感器二次侧导纳测量线路Fig.4measurementonsecondaryadmittanceofcurrenttransformer对于没有经过补偿的电流互感器，可以采用自耦式电流互感器自校线路（图4）来测量二次侧导纳值。互感器校验仪的工作电流流过负荷（包括导线电阻0.06），其压降为加在电流互感器二次（一次开路），产生励磁电流输入端钮进行测量，校验仪的读数为：式中，为二次负荷（额定负荷和下限负荷）和互感器二次绕组的内阻抗的复数和。由于二次侧导纳是非线性的，且压降越小，导纳越大，因此在下限负荷5%额定电流下的二次侧导纳值最大。通常电流互感器多是经过补偿的，补偿的方法有两种，一种是磁势补偿；一种是电势补偿。采用磁势补偿铁芯磁密基本不变，近似认为二次导纳也不变物理论文，仍可由图进行测量。采用电势补偿又分为磁分路补偿和零磁通补偿。前者由于主铁芯实际磁密下降，二次侧导纳增大，用图方法测得的值偏小。而后者的主铁芯二次感应电势近似为，这样在测量二次侧导纳时需将图4中的用代替[7]。4结论无论是数字式互感器校验仪还是比较仪式互感器校验仪其测量结果并非是电流互感器所定义的比值差和相位差，而是在工程上做了一定程度的近似，将其称为误差的同相分量和正交分量更加合理。互感器校验仪的工作电流回路由标准电流互感器承担，成为标准电流互感器相应的二次容量负荷。而在进行互感器检定时，差流回路的附加容量则分别由标准和被测电流互感器共同承担，同时给标准和被测带来大小相等，符号相反的附加负荷。差流回路容量并不等于差流回路附加负荷容量，一般来说差流回路附加负荷容量要比差流回路容量大1~4个数量级。比较仪式互感器校验仪通过线圈对差流信号进行检测，差流回路负荷近似为零，因此从原理上看不会给测量结果带来附加误差；而数字式互感器校验仪通过差流电阻采样差流信号，差流电阻是给检定带来附加误差的根本原因。型号不同，数字式互感器校验仪其差流回路电阻有可能不同，同一型号的数字式互感器校验仪在不同量限的差流电阻也可能不相等。差流回路给测量结果带来的误差大小取决于校验仪差流回路电阻、标准电流互感器和被测电流互感器的二次侧导纳的大小。导纳的大小可以由互感器校验仪实际测量得出，从而综合评估所用互感器校验仪在检定规定型号或结构的互感器时是否满足使用要求。参考文献[1]JJG313-1994,测量用电流互感器[S]北京：中国计量出版社，1994[2]JJG169-1993，互感器校验仪[S]北京：中国计量出版社，1993[3]江苏省靖江市计量仪器厂.HES型数字式互感器校验仪使用说明书.[4]赵修民.比较仪式互感器校验仪的原理和应用[M]山西：山西机械设计研究所，山西互感器厂，1979[5]赵修民.互感器校验仪各回路的容量及其给互感器造成的负荷[J]互感器通讯，1994(3):10-15[6]赵修民.互感器校验仪差值回路附加负荷与测量误差.[J]仪表技术，1996(12):5-9[7]刘庆余.互感器校验仪整体检定的述评(上)[J].电测与仪表,2003,40(447):12-17.LIUQingyu.Evaluationofwholeverificationoftransformercalibrator[J].ElectricalMeasurementandInstrumentation,2003,