互感器的特性试验

互感器的特性试验电流互感器在正常工作时，与普通变压器不同；其原边电流.1I不随副边电流.2I变动而变化，.1I只取决于原边回路的电压和阻抗。副边回路所消耗的功率随其回路的阻抗增加而增大，一般副边负载都是内阻很小的仪表，其工作状态相当于短路。一、电流互感器的向量分析如图8-9所示，电流互感器正常工作时，原边绕组的磁势.1I1W大部分用以补偿副边绕组的磁势.2I2W，只一小部分作为空载磁势.0I1W，在铁芯中的磁通较小，所以在副边绕组中感生的电势.2E不大。如果.1I不变，增大副边回路的阻抗，则.2I和副边回路的磁势将减小，而磁势.0I1W和磁通.必然增大，如果副边回路开路（2Z＝∞，.2I＝0），副边回路的磁势.2I2W便等于零，总的磁势将等于原边回路的磁势，因而在铁芯中建立的磁通将大大超过正常工作时的磁通，使铁芯损失增大，引起过度发热。同时在副边绕组中感生较高的电势，可能达到危险的程度。所以电流互感器副边绕组不能开路运行。I2I2W2I2r2I2x2E2I1W1W1I0I1-I2W2E1I2r1I1x1U1I0图8-9电流互感器的向量二、电流比差的测量理想的电流互感器其电流比应与匝数成反比，即1221IWIW(8-1)式中1I——原边电流（安）；2I——副边电流（安）；1W——原边绕组匝数；2W——副边绕组匝数。如图的向量图所示，如果.2I旋转后与.1I重合，就能满足式8-1。事实上，由于激磁电流和铁损的存在，会出现电流比差和角差。比差就是按电流比折算到原边的副边电流与实际的副边电流之间的差值，如实际的电流比为Ik＝12II(8-2)那么，由测得副边电流2I就可以决定原边电流1I，即1I＝Ik2I(8-3)但实际的电流比，一般不知道，因为它和电流互感器的工作方式有关，为了决定1I可以下式表示：1I＝Iek2I(8-4)式中1I——近似原边电流（安）；Iek——额定电流比（厂家铭牌规定值），Iek＝e1e2II。如采用标准电流互感器来测量电流，其误差为221112100%100%100%IeIIeIIIKIIkIkIkkIIIkIk(8-5)式中I——电流误差；IK——电流比差。从式8-5可见，电流误差也就是电流比差。电流比一般的测量接线如图8-10所示，LB为电流发生器，被试电流互感器xLH和标准电流互感器NLH的原边串联在LB副边回路内，图中的电流表的准确度等级，都必须较所接的电流互感器的准确级高，如被试电流互感器为0.5级，电流表2A应为0.2级以上，标准电流互感器也要比被试电流互感器的准确级高，才有校验意义。220V/6~12VA1A2LHNLHxBLU~图8-10电流比测量接线例如：当图8-10中xLH的额定变比＝2005，准确度为0.5级；NLH的变比Nk＝2005，准确度为0.2级；NI＝５安，2I＝4.9安时，按式(8-2～8-4)可算出被试xLH的电流比，和电流比差为Ik＝2004.9＝40.82；Nk＝40IK＝40-40.82100%2%40.82I＝200-204.1100%2%204.1当然这种测量方法包括标准NLH和电流表1A的误差在内，这对电力系统内装设的电流互感器的校验已足够准确。因为一般测量用的电流互感器均为0.5级或1级。三、电流互感器角差测量电流互感器除了电流的误差外，还有角误差。它是原边电流和旋转180o后的副边电流的向量之间的差角δ如图8-11所示，从向量图中可以看出：1202，2所在的直角三角形中，斜边等于.0I1W。所以.0102..202102IWsin()tanIWIWcos()δ（rad）(8-6)因为.0102IWcos()和.22IW相比很小，故可忽略不计，由此得.0102.22IWsin()IW(8-7)因为090o所以.02.221IcosWIW(8-8)角差δ的测试，需用专门的仪器。这里介绍一种用差流法测量角差δ的接线。如图8-11(a)所示，被校电流互感器xLH和标准电流互感器NLH的原边串联，副便接入仪器形成三个基本电流回路：①标准电流互感器的副边电流.N2I，经AB'DE形成一个回路；②被校电流互感器的副边电流.x2I经EDCB形成第二个回路；③互感线圈M的副边电流.N3I经电阻ab形成第三个回路。图中电阻rcd流过的电流是2XI和2NI的差值.I。IN3rba'IN3I1IN2IN2Ix2IIN2rAB'ErArbGrcdDCBAarbbMLHNLHxALHU~(a)IN2IIx2IrcdIN2rAIN3IN3rba'b'c'cba(b)图8-11用差流法测量电流互感器误差原理图(a)原理接线图；(b)向量图图8-11(b)向量图，可用来分析上述几个回路中电流的相互关系。由图8-11（b）可见，.N3I和.N2I互差90o。假设标准互感器的误差等于零，δ就是.x2I和.N2I之间的角差。..2IsintanIN(8-9)因为δ角较小（不超过1o）所以介质损失角正切值为..2IsintanIN(8-10)图8-11（a）中调节仪器中电阻上的可动点,a'及B'使检流计指示为零，此时在电阻rcd上的压降等于rA和rB上的总压降，如图中8-11(b)的所示；rA上的压降和.N2I同相，在电阻rb上的压降和.N2I差90o，故abc和a'b'c'相似，所以又得知cd.3.rIsinINbr(8-11)将式(8-11)代入式(8-10)得cd..3...r3...222IIIIsinIIIINbNbcdNNNrrr(8-12)设.3.2ICINN，上式可以写成Cbcdrr(8-13)从式8-13可以看出，调节rb和rcd电阻值使检流计等于零时的读数，就可得到被校互感器的角差δ。由图8-11(b)的两个相似三角形同时可以得到：cd.2.rIcosINAr(8-14)因为I...22..22IIIcos100%100%IIxNNN(8-15)将式8-14代入式8-15得：Icd..2.rA.2III100%100%INAcdNrrr(8-16)所以调节rA和rcd电阻值，使检流计等于零时的读数即可得到被校电流互感器的电流比差I。实际上，标准电流互感器也有误差，所以实际误差还应加上标准电流互感器本身的误差，即NII(8-17)N(8-18)式中N——标准电流互感器的比差；N——标准电流互感器的角差。四、影响电流互感器误差的原因影响电流互感器误差的原因主要由以下三点：（1）由于铁芯的磁导不好，铁芯的损失增大，激磁电流也大；铁芯的几何尺寸设计得不适当，漏磁偏大。这些都直接影响互感器的角差，使其增大；（2）副边回路的电阻、电抗和负载因数（即2cos，见图8-9）的大小，会影响δ的大小并使角差发生变化；（3）副边电流及其频率的大小，可以导致副边阻抗压降的变化，因而不仅使角δ发生变化，而且可使电流比差变化。五、电压互感器的向量分析电压互感器的工作特性和电流互感器不同，当原边电压基本不变时，副边绕组的工作电流很小，近似开路状态；电压互感器工作时，其副边绕组不能短路。为了满足测量电压准确度的要求，通常电压互感器的铁芯磁密取得比变压器低（约为6000~10000高斯），而绕组导线截面取得较大。如图8-12所示，如果原边和副边绕组内在工作时没有阻抗压降（.rI=0及.xI=0），由向量图上可以看出：..11EU..22EU那么..11..22uEUkEU(8-19)实际上铁芯内有损耗，绕组存在着阻抗，端电压.2U随着负荷发生变化，因而测量电压比，就产生了误差。I1x1I1E1E1I1r1-U2I1I1W1I0I0W1E2I2x2I2r2I2Z2U2I2I2W2U1图8-12电压互感器的向量六、电压比差测量原边的实际电压对副边的实际电压比，叫做实际电压比(如式8-19所示)。如果实际电压比为已知，可求出原边的实际电压：12UUuk(8-20)但实际电压比一般也不知道，因为它和电压互感器的工作方式有关。为了求得1U，可以利用额定电压比（厂家供给的数据），来求出近似实际的原边电压。即12UUuek(8-21)式中12UUeueek（铭牌的额定电压比）(8-22)用标准电压互感器校验的电压比误差：111UU100%Uur222UU100%100%Uueuueuukuukkkkrkk(8-23)式中ur——电压的误差；ukr——电压比的误差。从式8-23可见，电压的误差，也就是电压比差。电压比差的测量和变压器一样，也可以用电压表法进行。但要求比变压器高，原边应施加额定的稳定电压，用标准NYH测量原边电压，副边要加规定的负荷。其接线如图8-13所示，所用电压表应比电压互感器的准确级高。RAV2V1YHxYHNU~图8-13电压互感器电压比测量接线YHN——标准电压互感器；YHx——被测电压互感器；R——负荷电阻例如：有一135JDJJ型电压互感器，其原边电压1U为350003伏，副边电压2U为1003伏，准确度为0.5级，容量为150伏安，试测量其电压比误差。已知额定变压比为3500033501003uek电压表1V的指示为57.7伏，从而求得1U57.5350=20195伏。如将NYH的电压比误差忽略不计，则电压表2V的指示为2U57伏。因此，实际电压比为2019535457uk将整理后的数据代入式得350354100%1.1%354ukr由此可见，这个135JDJJ型电压互感器准确级，大于1级，比铭牌规定的误差大。测量时应注意一定要考虑被测电压互感器的负荷，即伏安数，所以还必须测量副边回路的电流。七、互感器电压角差测量电压互感器的角差是指原边电压.1U与旋转180o后的副边电压.2U之间的夹角u，如图8-14所示。测量电压互感器角差的原理和测量电流互感器的角差原理相同，只是测量回路内的阻抗较大，电流较小。其接线原理如图8-14(a)所示，标准电压互感器NYH与被测电压互感器xYH并联，2r分接在两个电压互感器并联回路内，2r的两端由于差电流所产生的压降就代表NYH与xYH的差压.U。.U可分解为两个分量，一个为与.N2U同相的NU，一个为与.N2U成90o的.xU。因u很小，可以近似地认为.NU就是被测xYH的电压比差，并将Ux视为其相角差。联接在NYH副边回路的变压器B的作用，是为了满足检测回路的要求，变换电流.N2I如图8-14(b)所示，.N2I在可调标准电阻1sr上的电压降恰好与.N2U相差180o，当调节1sr使.N2I1sr等于.NU时，则在仪器的1sr上，以适当的刻度就可直接反映被测xYH的电压比差。BRIN2r1rs1MI'N2rs2GYHxr2YHNU~(a)IN2rs1uuUNUUxUx2I'N2rs2UN2(b)图7-14电压互感器误差校验器的接线原理及向量(a)接线原理；(b)向量图和测量电流互感器角差的原理一样，利用互感M的作用使流经电阻2sr上的电流.N2I与.N2I相位角差90o，这样.N2I2sr也就与.N2I1sr相差90o，与.xU相差180o。结果.N2I2sr就是.xU。在2sr上以适当的刻度表示，即可直接反映被测xYH的相角差u。目前我国自行设计制造的互感器校验器有1HEG、2HEG、3HEG型三种，其中3HEG型的性能最好，携带也很方便。可以校验0.01级到10级的电流、电压互感器的变比差、相角差等。八、影响电压互感器误差的原因由图8-12可见，副边回路负载加大，将会改变2的大小，使误差发生变化。特别是电阻1r及2r的增大，误差明显地随之增大。为了减小电阻，所以电压互感器绕组导线电流密度取的较小。其次是电抗和电阻的比值改变对相角差u影响也较大。所以电压互感器的等效电抗不应