1、第五章 电气测量技术2交流电气参量的测量技术：5.1 交流高电压的测量方法5.2 交流大电流的测量方法5.3 频率、周期、相位、有效值（平均值）及功率的常用测量方法5.4 电力设备绝缘参数的测量方法本章主要内容5.1 交流高压的测量方法4交流高电压的测量方法电磁式电压互感器电磁式电压互感器（PT）电容式互感器电容式互感器（CVT）光学电压传感器光学电压传感器（OVT）5电磁式电压互感器（PT）电压互感器接入电路原理图W1一次绕组匝数；W2二次绕组匝数81104.4410EfW 82204.4410EfW 一、二次绕组上分别感应的电动势为：1122UEWKEW理想电压互感器变比为：111222N
2、UNUEWKKUEW电磁式电压互感器简称PT（Potential Transformer）或TV，其工作原理运用电磁感应原理原副边磁耦合将交流高压变为低电压6电磁式电压互感器技术参数绕组的额定电压及额定变比绕组的额定电压及额定变比一次一次绕组绕组额定电压是指加于三相电压互感器或三相系统线间用的单相电压互感器的一次绕组上的线电压，是绕组能够长期工作的电压，是电网的额定电压(如10kV，35kV，110kV，220kV，330kV，500kV，1000kV等)二次二次绕组绕组额定电压是指三相电压互感器和供三相系统线间用的单相电压互感器二次绕组的长期工作电压，二次电压U2n的输出范围统一为0-100
3、(或100/1.732，100/3)V零序电压绕组零序电压绕组的额定电压是指供大电流接地系统用的电压互感器的零序电压绕组能长期工作的电压，规定为0-l00V7电磁式电压互感器技术参数准确度等级准确度等级准确度等级准确度等级一次绕组电压为一次一次绕组电压为一次额定电压的百分数额定电压的百分数(%)误差限值误差限值二次负载为额定二次负载为额定负载的百分数负载的百分数(%)比差比差(%)角差角差()0.180120士0.1士5251000.280120士0.2土100.585115士05土2025100185115士1.0士40251003100士30未规定25100电压互感器容许误差的极限值额定负
4、载额定负载额定负载也叫额定容量，是按照其准确度等级制造的容量，是当二次电压为额定值时，规定允许接人的负载，通常用视在功率单位VA数表示。在额定二次负载下，电压互感器的误差应符合其准确度等级的规定8电磁式电压互感器测量误差分析111ZRjx222ZRjxbbbZRjx110III11111UEI Rjx22()abUIRjx 电压互感器的等值电路图9电磁式电压互感器测量误差分析电压互感器变比、相角误差相量图122K U 与一次电压1U大小不等，相位不重合，电压互感器存在比差与角差 122111100100(%)UUuUUUKK UUfUUK12UKU100(%)UuKKfK比差比差fu以百分数来
5、表示角差角差10电磁式电压互感器测量误差分析当电压互感器空载时%1001110UxIIaRfr34381110UxIIrRa当负载为Zb时112222221212sin100%UbbRxIfRcosxUKK 112222221212sincos3438 UbbRxIRxUKK 11电磁式电压互感器测量误差分析电压互感器在现场实际运行现场实际运行时，只需测量出实际二次负载Zb及其功率因数角 ，即可计算出比差角差b0000.0291sin%NUNbNbbZffffcosZ 00034.38sinNUNbNbbZcosffZ12电磁式电压互感器的安装及使用电压互感器主要安装方式图（a）用于单相电压的
6、测量。图（b）用于三相电压的测量，图（c）用于线电压的测量a)b)c)电压互感器在使用的时候要注意二次绕组不许短路电压互感器在使用的时候要注意二次绕组不许短路13电容式互感器（CVT）122CioCUUC电容式电压互感器原理电容式电压互感器电容式电压互感器简称CVT（Capacitor Voltage Transformers），主要利用电容器的分压作用将高电压按比例转换为低电压14电容式互感器（CVT）实际应用CVT主要由电容分压器（包括主电容器C1，分压电容器C2）、中间变压器（T）、补偿电抗器L、保护装置F及阻尼器D等元件组成CVT组成示意图CVT优点优点1.造价低（110 kV及以上产
7、品）；2.可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能；3.能可靠阻尼铁磁谐振；4.具备优良的瞬变响应特性等15电容式互感器（CVT）电容式电压互感器实物图16分压原理测量高电压的其他方式阻容分压阻容分压2222121211221()11RZj C RW jRRZZj C Rj C R电阻分压电阻分压122ioRRUUR17光学电压传感器（OVT）光学电压互感器光学电压互感器（Optical Voltage Transducer：OVT）又称为无源电子式电压传感器，采用的传感机理是晶体的线性电光效应（Pockels效应）。Pockels效应是指晶体在电场作用下，透过晶体的
8、光发生双折射，这一双折射快慢轴之间的相位差与被测电压呈正比关系，将Pockels元件直接连接到被测电压的两端，经光电变换及相应的信号处理便可求得被测电压。OVT实现的技术关键技术关键是如何提高OVT的温度稳定性、长期运行的可靠性以及测量的精度。影响OVT稳定性稳定性与可靠性可靠性的主要取决于传感晶体和工作光源的温度特性以及传感头的加工和传光光纤的振动。5.2 交流大电流的测量方法19交流大电流的测量方法电磁式电流互感器（电磁式电流互感器（CT）罗哥夫斯基（罗哥夫斯基（Rogowski）线圈）线圈光学电流传感（光学电流传感（OCT）20电磁式电流互感器（CT）电磁式电流互感器电磁式电流互感器简称
9、CT（Current Transformer）或TA，用于交流大电流变为小电流，扩大交流电流表、功率表和电能表的量程21电磁式电流互感器（CT）把电阻、漏抗、励磁电流和铁芯损耗移至绕组外面的电流互感器等值电路图一次绕组阻抗111ZRjx二次绕组阻抗222ZRjxZ2换算到一次侧换算到一次侧后的阻抗221 22ZKZ 1122WKW22221222()ZRjxkRjx22电流互感器T形等值电路电磁式电流互感器（CT）换算到一次侧后的二次电流和电压分别为：2212IKI 2212UK U 11111()UIRjxE22222()UZIRjx由等值电路图有23电磁式电流互感器（CT）根据能量守恒定律
10、U1I1=E2I2U1 为加于一次绕组两端的电压，它等于反电动势E1E1I1=E2I28114.4410mEfB SW8224.4410mEfB SW I1W1=I2W2 1122IWIW互感器的额定电流比互感器的额定电流比(简称额定简称额定变比变比)12IWKW被测电流I1等于接在二次绕组的电流表读数I2乘以电流互感器额定电流变比22IIK I而故24电磁式电流互感器主要技术参数额定电流比额定电流比指一次额定电流与二次额定电流之比1121005NNIKI额定容量额定容量是额定二次电流I2N通过二次额定负载Z2N时所消耗的视在功率S2N2222NNNSIZ额定电压额定电压是指一次绕组长期对地能
11、够承受的最大电压(有效值)，它应不低于所接线路的额定相电压25电磁式电流互感器主要技术参数准确度等级准确度等级：电流互感器变换电流总是存在着一定的误差，根据额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确度等级准确度等级一次电流为额定电流的百分数(%)误差限值二次负载为额定负载的百分比数(%)比值差(士%)相角值（）0.1510201001200.40.250.200.100.101510855251000.210201001200.50.350.20201510251000.510201001201.00.750.5060453025100110201001202.01.51.01209060251
12、003501203.0未规定未规定5010026电磁式电流互感器误差分析理想电流互感器理想电流互感器的一次安匝和二次安匝在数值上相等，在相位上相差1801212I WI W 12120I WI W实际的电流互感器实际的电流互感器工作时有励磁电流102102I WI WI W 120120I WI WI W称为励磁安匝，是产生电流互感器误差的根源根源00I W27电磁式电流互感器误差分析电流互感器的相量图将折算后的二次电流旋转180后与一次电流相比较两者不但大小不等，而且相位不相重合，即存在两种误差，称为比值误差比值误差f1和相位误差相位误差28电磁式电流互感器误差分析比值误差比值误差简称比差，
13、用f1表示，它等于实际的二次电流与折算到二次侧的一次电流之间的差值，与折算到二次侧的一次电流的比值，以百分数表示%100100/1121111121IIIKKIKIIf12IKI%10011KKKf了计算上的方便，比差也可表示为%1001111211WIWIWIf29电磁式电流互感器误差分析相角误差相角误差简称角差，它是旋转180后的二次电流相量与一次电流相量之间的相位差，用符号 表示1通过作图法求比差角差以O为圆心，OB为半径，作圆弧交横轴于D点，AD即为相量 与 之间的算术差，即是电流互感器的绝对误差。再从B点向横坐标引一垂线与横轴交于C点，因 角通常很小，用AC就可以近似地代替AD，于是
14、求得11I W22I W10sin()ACIIa120sin()IIIa1222WIIW 011sin()100%IfaI由于OF=AC，比差还可以表示为000111coscos(90)cossin100100(%)rrIaIaIaIafII 由于比差30电磁式电流互感器误差分析三角形OBC中有0111cos()sinBCIIaII通常 很小，111sin011cos()3438()IaI由于EF=BC，角差也可以表示为11cossin3438()raIaIaI上述表示式表明，电流互感器的比差与角差与励磁电流的两个分量Ia、Ir大小有关，且与角a和 角有关角为损耗角式中角a与负荷功率因数角b大
15、小有关；31电磁式电流互感器的安装及使用电流互感器变比相角误差测量图图（a）用于单相电流的测量。图（b）用于三相电流的测量，图（c）用于不平衡电流的测量电磁式电流互感器在使用时二次侧不允许开路二次侧不允许开路当运行中电流互感器二次侧开路后，一次侧电流仍然不变，二次侧电流等于零，则二次电流产生的去磁磁通也消失了。这时，一次电流全部变成励磁电流，使互感器铁芯饱和，磁通也很高，将产生以下后果：（1）由于磁通饱和，其二次侧将产生数千伏高压，且波形改变，对人身和设备造成危害。（2）由于铁芯磁通饱和，使铁芯损耗增加，产生高热，会损坏绝缘。（3）将在铁芯中产生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去准确性32罗哥
16、夫斯基(Rogowski)线圈传统的电磁式电流互感器因其传感机理而出现不可克服不可克服的问题：1.绝缘结构日趋复杂，体积大，造价高；2.在故障电流下铁芯易饱和，使二次电流数值和波形失真，产 生不能容许的测量误差；3.充油易爆炸而导致突然失效；4.若输出端开路，产生高电压对周围设备和人员存在潜在的威胁；5.易受电磁干扰等。罗氏线圈罗氏线圈又称Rogowski线圈、罗氏线圈、电流测量线圈、微分电流传感器，是均匀密绕在环形非磁性骨架上的空心螺线管，罗氏线圈可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。33罗哥夫斯基(Rogowski)线圈Rogowskiski线圈有两种两种可能的工作状态：自积分自积分状
17、态和外积分外积分状态前者是利用Rogowski线圈与取样电阻构成积分回路；后者是把测量回路本身作为纯电阻网络，另外加了一个积分回路。自积分式工作方式自积分式工作方式回路方程10()()()()issdi tdiu tMLR i tu tdtdt00()()()sdu tu ti tCdtRNSMul线圈的互感34罗哥夫斯基(Rogowski)线圈当即上式可略去最右边一项，变为1()()sdi tdi tMLdtdt0()()u ti tR两边同时对t积分得1()()osRu tMi tL输出电压与被测电流成比例关系比例关系称为罗氏线圈的自积分条件)()(tutiRdtdiLoSS0RRLSS0
18、RRLSS自积分法适用于高频电流的测量35罗哥夫斯基(Rogowski)线圈外积分式工作方式外积分式工作方式当Rogowski线圈处于开路工作状态，且分布电容的等效阻抗较大，进一步简化得到10()()diu te tMdt取样电阻上的电势即为Rogowski线圈的感应电势，其大小正比于被测电流对时间的微分，为了测得电流的实际大小，需要引入积分电路，因此这种应用方式称为外积分式Rogowski线圈电流互感器.适用于低频电流的测量,如工频电流.外积分可分为有源积分和无源积分两种0RLRSS36罗哥夫斯基(Rogowski)线圈与传统电磁式互感器相比，应用Rogowskiski线圈测量大电流的电子式
19、电流互感器主要特点主要特点包括：1）线性度好。线圈不含磁饱和元件，在量程范围内，系统的输出信号与待测电流信号一直是线性的，线性度好使得罗氏线圈非常容易标定；2）测量范围大。系统的量程大小不是由线性度决定的，而是取决于最大击穿电压。测量交流电流量程从几毫安到几百千安；3）响应速度快，频响范围宽，适用频率可从从0.1Hz到1MHz；4）一次侧和二次侧电流无相角差；5）互感器二次开路不会产生高电压，无二次开路危险。37光学电流传感（OCT）光学电流传感光学电流传感（Optical Current Transducer：OCT）为无源型电子传感器，其高压部分均为光学器件而不采用任何有源器件。OCT的基
20、本原理基本原理是利用法拉第磁光效应：一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面会随着平行于光线方向的磁场的大小发生旋转。无源的OCT目前已经达到实用化的程度，但是要完全取代传统的电流互感器它还存在一些需要解决的技术难点技术难点，如双折射效应对OCT的灵敏度和测量精度的影响以及磁场的干扰、温度的变化引起的测量误差5.3 交流电气量的测量方法39交流电气量的测量 频率和周期的测量频率和周期的测量 相位的测量相位的测量有效值的测量有效值的测量功率的测量功率的测量40频率和周期的测量周期周期和频率频率是交流电气量的基本特征量。同时各种传感器和测量电路常将被测量变换成周期或频率信号来进行检
21、测，因为频率测量是目前测量精度最高的参量之一，它能达到10-13的精确度。频率和周期是从不同的侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系，只要测得一个量就可以换算出另一个量。频率的测量频率的测量频率是指单位时间内被测信号重复出现的次数Nft式中，f被测信号的频率；N电振动次数或脉冲个数；t产生N次电振动或N个电脉冲所需的时间 41频率和周期的测量传统的频率测量方法主要是基于电磁原理的电动系频率表和变换式频率表等，目前最常用的是采用计数法计数法测量频率的数字频率计，也是本书主要介绍的方法计数法测信号频率原理图计数法测信号频率各点波形图42频率和周期的测量频率频率是每秒内信号变化的次数，欲准确地测量频
22、率，必须要确定一个准确的时间间隔。由于稳定度良好的石英晶体振荡器产生的信号的频率稳定度可达10-9量级，所以利用石英晶体振荡器产生周期为T0的脉冲，经过一系列分频可得到几种标准的时间基准，例如，10ms，0.01s，1s，10s等几种00TN T计数法测量频率时相对误差xxdfdNdTfNT极限情况下最大相对误差max()()xxdfdNdTfNT 43频率和周期的测量频率测量的相对误差主要由两部分组成 1.计数器计数时的量化误差11dNNNfT 2.主闸门开启时间的相对误差设标准频率为f0，闸门开启时间T=NT0=N/f000dfdTGTf 式中，G为晶体振荡器的稳定度计数法测量频率的最大相
23、对误差最大相对误差max11()()()xxxdfGGfNf T 44频率和周期的测量周期的测量周期的测量周期指电信号一个循环所需要的时间，它与频率的关系1Tf计数法测周期原理图计数法测周期各点波形图45频率和周期的测量 根据获得的计数值N，时标信号周期T0，以及被测信号倍乘系数n，得到周期0 xNTTn计数法测量周期的的测量误差计数法测量周期的的测量误差00 xxdTdTdNTNT最大相对误差0max01()()()xxdTdTdNGTNTN 0max()()xxxdTTGTnT 46频率和周期的测量中介频率中介频率对于同一信号用直接测量频率和直接测量周期的误差相等时，那么此时信号的输入频率
24、被称为中介频率fc为了获得较高的测量准确度，如果被测频率高于或低于中介频率时，采用直接测量频率直接测量频率的方法0()xxxdTTGTnT 1()xxxdfGff T 假设xxxxdTdfTf0 xcnffT T可得47相位的测量相位相位和时间也是密切相关的，二者也可以互相转换，例如50HZ交流电源，一个周期为20ms，对应相位为360，如果测出时间间隔为5ms，则知相位为90。可见，与频率计测量时间的原理类似，可以利用计数法计数法来测量相位的变化48相位的测量被测相位差值0360360 xxtN TTT 式中，T0为时标脉冲周期，Nx为时间 内的计数值，T为被测信号周期t由于T也是未知数，所
25、以需要经过两次测量，并经过计算得到相位差值，假设测量信号的周期计数值为NT360 xxTNN该测量方法的准确度准确度与时标脉冲的频率相关准确度要求为0.100.1360TT即03600 xff指针式电工仪表磁电系仪表电磁系仪表电动系仪表功率表游丝游丝I II INS指针指针永久磁铁永久磁铁圆柱形圆柱形铁心铁心O O线圈线圈一、是用来产生反作用力矩；一、是用来产生反作用力矩；二、是把被测电流导入和导出可动线圈；二、是把被测电流导入和导出可动线圈；注意：注意：游丝是用直径较细的弹性金属材料制成，不能通过游丝是用直径较细的弹性金属材料制成，不能通过大电流，否则容易过载熔断。大电流，否则容易过载熔断。
26、磁电系测量机构中游丝的作用磁电系测量机构中游丝的作用线圈受到的转矩线圈受到的转矩 M=k1IFSNF 当弹簧的阻转矩当弹簧的阻转矩与线圈受到的转动力矩与线圈受到的转动力矩M达达到平衡时，可动部分停止转动，此时有到平衡时，可动部分停止转动，此时有M=MF 线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F 线圈受到转动力矩线圈受到转动力矩矩矩 M 线圈和指针转动线圈和指针转动M=k1I kIIkk21 即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论:指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。TdtiT0 1 磁电系仪表 电流的恒定分量 I0 测量直流电压、直流电流及电阻。测
27、量直流电压、直流电流及电阻。5.优点：优点：1.1.刻度均匀；刻度均匀；2.2.灵敏度和准确度高；灵敏度和准确度高；3.3.阻尼强；阻尼强；4.4.消耗电能量小；消耗电能量小；5.5.受外界磁场影响小。受外界磁场影响小。6.缺点：缺点：1.只能测量直流；只能测量直流；2.价格较高；价格较高；3.不能承受较大过载。不能承受较大过载。电磁式仪表电磁式仪表1.电磁式仪表结构电磁式仪表结构2.排斥型电磁式仪表的工作原理排斥型电磁式仪表的工作原理 被测参数的电流流过固定线圈时，产生的磁场使固定铁片被测参数的电流流过固定线圈时，产生的磁场使固定铁片和可动铁片磁化，磁场相互作用使可动部分转动。带动指针旋和可
28、动铁片磁化，磁场相互作用使可动部分转动。带动指针旋转。转。结构简单、价格低、能进行交、直流测量。结构简单、价格低、能进行交、直流测量。刻度不均匀、准确度较差。刻度不均匀、准确度较差。1-定线圈定线圈2-定铁片定铁片3-转轴转轴4-动铁片动铁片6-指针指针7-阻尼器阻尼器5-游丝游丝8-平衡锤平衡锤TdtiT021 电动系仪表电动系仪表结构FF可动线圈可动线圈固定线圈固定线圈电动仪表电磁力示意图电磁转矩 T=K1I1I2;弹簧的反作用力矩 TC=K2。当力矩平衡（T=TC）时，可动部分停止转动，指针的偏转角=KI1I2。电动系电流表：I=I1=I2 则指针的偏转角为=KI2。功率和电能的测量方法
29、功率测量方法功率测量方法 1.直接法：直接法：测量功率可直接用电动系功率表、数字功测量功率可直接用电动系功率表、数字功率表或三相功率表，测量三相功率还可以用单相功率率表或三相功率表，测量三相功率还可以用单相功率表接成两表法或三表法。表接成两表法或三表法。2.间接法：间接法：直流可通过测量电压、电流间接求得功率。直流可通过测量电压、电流间接求得功率。交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。电能测量方法电能测量方法 1.直接法：直接法：直接测量电能，直流可使用电动系电能表，直接测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。交流用感应系或
30、电子电能表。2.间接法：间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。电动系功率表 工作原理工作原理 测量功率时，电动系仪表的固定线圈测量功率时，电动系仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流与负载串联，反映负载电流 I，仪表的，仪表的可动线圈与负载并联，反映负载电压可动线圈与负载并联，反映负载电压 U。按电动系仪表工作原理，可推出可动线按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率圈的偏转角正比于负载功率P。PKRUKIIKIP211 2 cos PPK i iK
31、U IK P 如果如果U、I 为交流同样可推出可动线为交流同样可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率圈的偏转角正比于负载功率P。功率表正确接线应遵守“电源端”守则，即接线时将“电源端”接在电源的同一极性上。*号表示号表示“电源端电源端”功率表的正确接线功率表的错误接线（a）和（）和（b)电流电流线圈线圈与电压与电压线圈线圈电源端电源端*不接同一极性，功率表转反不接同一极性，功率表转反（b）和（和（c）可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误）可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误 a)b)c)单相交流功率的测量 1 用电压表，电流表，相位表间接测交流功率用电压表，电流表，相位表间接测交流功率 PUIc
32、osQUIsinSUI有功功率有功功率 无功功率无功功率 视在功率视在功率 单相交流功率的测量 2 用功率表测有功（无功）功率用功率表测有功（无功）功率 (a)直接接入 (b)经互感器接入U电压；W功率表；*电流、电压同名端；U1一次电压；U2二次电压用功率表测量单相有功功率三相交流功率的测量 1 用单相功率表测三相功率用单相功率表测三相功率 一表法：一表法：适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。读数的三倍。PP3a)负载为星形联结法 b)负载为三角形联结法三相交流功率的测量 2 在三相三线制中，广泛采用两功
33、率表来测量三相功率在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量三相功率。通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。三相总功率等于两表读数之和。AZiABZCZiBiC工作原理：工作原理：三相瞬时功率：三相瞬时功率：所以，所以，p=uA iA+uB iB+uC(iA iB)iC =(uA uC)iA+(uB uC)iB =uAC iA+uBC iB =p1+p2p=pA+pB+pC =uA iA+uB iB+uC iC因为，因为，iA+iB+iC=0ACAcos 1PUIAZiABZCZiBiCBCB
34、cos 2PUI三相交流功率的测量 P1=UAC IA cos =Ul Il cos(30 )P2=UBC IB cos =Ul Il cos(30+)由相量图可知，两功率表的读数为：由相量图可知，两功率表的读数为：两功率表读数之和为两功率表读数之和为 P=P1+P2 =Ul Il cos(30 )+Ul Il cos(30+)cosIUll3 可见，采用两表法可测量三相功率。可见，采用两表法可测量三相功率。当当 60时，时，P1为正值，为正值，P2为负值，反转，为负值，反转，P=P1读数读数 P2读数读数 三相功率应是两个功率表读三相功率应是两个功率表读数的代数和，其中任意一个功数的代数和，
35、其中任意一个功率表的读数是无意义的。率表的读数是无意义的。三相交流功率的测量 3 三表法：三表法：适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即为三表读数之和，即321PPPP三相交流功率的测量 4 有功表跨相有功表跨相90度联接测无功功率和电能：度联接测无功功率和电能：一表一表1cos(90)sinsinBCABCAllQUIUIU I三相交流功率的测量13sin()3llQU IQ二表二表三表三表113()2QQQ1233()3QQQQ5 测量有功二表法线路测无功功率测量有功二表法线路测无功功率三相交流功率
36、的测量两有功功率表读数之差两有功功率表读数之差：Q=P1 P2 =Ul Il cos(30 )Ul Il cos(30+)llU I sinAZiABZCZiBiC基本电气绝缘预防性试验一绝缘电阻和吸收比的测量绝缘电阻的测试是电气设备绝缘测试中应用最广泛，试验最方便的项目。绝缘电阻值的大小，能有效地反映绝缘的整体受潮、污秽以及严重过热老化等缺陷。绝缘电阻的测试最常用的仪表是绝缘电阻表（俗称兆欧表），绝缘电阻最大可达105106M左右。绝缘电阻表的输出电压通常有100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等规格，输出电流随输出电压的升高而减少，5kV高压时一般输
37、出电流只有几个mA，对于一般的绝缘材料是足够的，但对于大电容量的试品，如电力电缆、大型发电机定子绕组、电力电容器，则需要大功率的测量仪表。测量原理 1、电气设备中的绝缘介质并非绝对不导电。图1中左侧方框代表一绝缘试品，合上开关K，在绝缘介质的两端施加一定的直流电压V，微安表指针首先会发生较大偏转，随后指针偏转角度逐步减小并会稳定在一定的角度，微安表所指示的电流变化如图1中右侧的电流曲线i所示。1234ABCD4321DCBATitleNumberR evisio nSizeLetterDate:18-Mar-201 0Sh eet of File:C:Prog ram FilesDesig n
38、 Exp lo rer 99 SEExampleseMeasure5.ddbDrawn B y:uARR1CC1V+_ii2i3i1ti0i3i2i=i1+i2+i3i1试品K图1 直流电压下流过不均匀介质的电流构成2、总电流i可以分解成三种电流分量：由绝缘电阻R决定的漏电流i1：不随时间而改变的纯阻性电流介质内部电压重新分配过程中产生的吸收电流i2：按指数规律衰减的阻容性电流由快速极化产生的电容电流i3：按指数规律衰减的纯容性电流，衰减时间常数比i2时间常数小，衰减速度较快。3、吸收电流与吸收曲线：吸收电流与绝缘介质内部绝缘老化程度有关，如受潮、局部绝缘缺陷等会使吸收变快，吸收电流与时间的曲
39、线叫吸收曲线。不同绝缘介质的吸收曲线不同，对同一绝缘介质而言，绝缘状况不同，吸收曲线也不相同。4、吸收比K：测量绝缘电阻及吸收比就是利用吸收现象来检查绝缘是否整体受潮，有无贯通性的集中性缺陷，规程规定加压后60s和15s时测得的绝缘电阻之比为吸收比。即 KR60R15 当K1.3时，认为绝缘干燥，而以60s时的电阻为该设备的绝缘电阻。测量原理绝缘介质的吸收现象下面以双层介质为例定性分析吸收现象，如图2，在双层介质上施加直流电压，。1、当K刚合上瞬间，电压突变，这时层间电压分配取决于电容即：2、而在稳态(t)时，层间电压取决于电阻，即：2121rrUUt12021CCUUt3、若被测介质均匀，C
40、1C2，r1r2，则 在介质分界面上不会出现电荷重新分配的过程。4、若被测介质均匀C1C2，r1r2。这表明K合闸后，两层介质上的电压要重新分配。若C1 C2，r1r2，则合闸瞬间U2U1；稳态时，U1 U2，即U2逐渐下降，U1逐渐增大。C2已充上的一部分电荷要通过r2放掉，而C1则要经R和r2从电源再吸收一部分电荷。这一过程称为吸收过程。因此，直流电压加在介质上，回路中电流随时间的变化，如图3所示。图2图3绝缘介质的吸收现象解释1、初始瞬间由于各种极化过程的存在，介质中流过的电流很大。2、随时间增加，电流逐渐减小，最后趋于一稳定值Ig，Ig就是由介质电导决定的泄漏电流。与之相应的电阻就是介
41、质的绝缘电阻。3、图3中阴影部分面积就表示了吸收过程中的吸收电荷，相应的电流称为吸收电流。它随时间增长而衰减，其衰减速度取决于介质的电容和电阻(时间常数为)。干燥绝缘体，r很大，故 很大，吸收过程明显，吸收电流衰减缓慢，吸收比K大；而绝缘受潮后，电导增大，r减小，Ig也增大，吸收过程不明显。因此，可根据绝缘电阻和吸收比K来判断绝缘是否受潮。212121)(rrrrCC绝缘电阻测量仪表 1、测量绝缘电阻的仪表常称作摇表，由于绝缘电阻数值至少在兆欧级以上，所以又称为兆欧表。2、兆欧表三个接线端子：Line端子L：接于被试设备的高压导体上；Earth端子E：接于被试设备的外壳或地上；Guard端子G
42、：接于被试设备的高压屏蔽环/罩上，以消除表面泄漏电流的影响。手摇式兆欧表的内部结构和测量原理由电源和两个线圈回路组成。电源是手摇发电机，处于磁场中的两个线圈（电流线圈和电压线圈）相互垂直，组成磁电式流比计机构。当摇动兆欧表时，发电机产生的直流电压施加试品上，这时在电压线圈和电流线圈中就分别有电流I1和Ix流过，将会产生两个不同方向的转矩T1和T2：50020010030100FxNSUIxRxRI1+-MFxIF1F1T1=k1 I1 B1()T2=k2 Ix B2()当两个反向转矩平衡时:k1 I1 B1()=k2 Ix B2()()()(11221xfBkBkII)(21xIIf 或RRR
43、RIIx121x已知R为标准电阻，R1和R2分别为电压线圈和电流线圈的电阻。因为：)()()(121xxRfRRRRfIIfx结论：偏转角与被测电阻Rx有一定的函数关系，通过标定，角就能反映被测电阻的大小。而且偏转角与电源电压U无关，所以手摇发电机转动的快慢不影响读数绝缘电阻表的使用 兆欧表在工作时,自身产生高电压,而测量对象又是电气设备,所以必须正确使用,否则就会造成人身或设备事故。（1）测量前必须将被测设备电源切断,并对地短路放电,决不允许设备带电进行测量,以保证人身和设备的安全。（2）对可能感应出高压电的设备,必须消除这种可能性后,才能进行测量。（3）被测物表面要清洁,减少接触电阻,确保
44、测量结果的正确性。（4）测量前要检查兆欧表是否处于正常工作状态,主要检查其“0”和“”两点。即摇动手柄,使电机达到额定转速,兆欧表在短路时应指在“0”位置,开路时应指在“”位置。（5）兆欧表使用时应放在平稳、牢固的地方,且远离大的外电流导体和外磁场。做好上述准备工作后就可以进行测量了,在测量时,还要注意兆欧表的正确接线,否则将引起不必要的误差甚至错误。绝缘电阻的局限 绝缘电阻值的大小，能有效地反映绝缘的整体受潮、污秽以及严重过热老化等缺陷，并且用兆欧表测量绝缘电阻操作简单、安全、概念清晰以及兆欧表价格便宜等，所以在高压电气设备的绝缘测试中兆欧表的使用最广泛。但是用兆欧表测试绝缘时，存在下列明显
45、缺点：（1）一般直流兆欧表的电压2.5KV以下，比某些电气设备的工作电压要低得多，当设备存在某些缺陷时，高压下的泄漏电流要比低压下的大得多，亦即高压下的绝缘电阻要比低压下的电阻小得多。（2）一般直流兆欧表的输出电流在2mA以下，当被测试设备的等效电容较大（例如电力变压器、发电机定子绕组）时，充电速度慢，难以测得准确数据。二、介质损耗因数 的测量 介质损耗因数 是反映绝缘性能的基本指标之一。它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。介质损耗因数 与绝缘电阻和泄漏电流的测试相比具有明显的优点，它与试验电压、试品尺寸等因素无关，更便于判断电气设备绝缘变化情
46、况。tgtg介质损耗及介质损耗角1、介质损耗：是指绝缘材料在一定强度的交变电场的作用下，由于介质电导、介质极化效应和局部放电，在其内部引起的有功损耗，常简称介损。如图6(a)所示，电介质可以近视等效为电阻R和电容C的并联，对电介质施加交流电压，流过电介质的电流就包含阻性分量 和容性分量，它们与参考相量 的相位关系如图6(b)所示。2、介质损耗角：在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量 和电压相量 之间的夹角为该绝缘试品的功率因数角，而的余角就是介质损耗角，也简称介损角。(a)电介质的RC并联等效电路 (b)相量图图6 电介质RC并联等效电路和相量图IU3、介质损耗因数100%QP被测试品的无
47、功功率被测试品的有功损耗介质损耗因素4、介质损耗因数和介质损耗角正切 100%QP被测试品的无功功率被测试品的有功损耗介质损耗因素tgcosUIP sinUIQ，100%tg%100cossin100%sincos介质损耗因素CRIItgCR1根据图6.6(b)可知，tgtg电介质的介质损耗因数就等于该电介质的介质损耗角正切 ，它是一个与无量常数。而介质的有功损耗 P：tgCUtgUIUIPcR2所以介质损耗角正切 可以用来衡量电介质损耗大小。电介质损耗发热并可能引起电介质的热击穿,因此在电绝缘技术中,特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合,应尽可能采tg较低的材料。但也有利用高频电流（一
48、般为0.3300兆赫）使介质发热以达到干燥材料(木材、纸、陶瓷等)的目的。QS1电桥测量介质损耗角正切 原理 电气设备绝缘能力的下降，如绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等，直接反映为介损增大。测量 的大小及变化趋势，可以帮助我们判断电气设备的绝缘状况。传统测量方法是采用QS1型电桥，也称高压西林电桥，同时也能得到试品的电容量。当电桥平衡时，IG=0，应满足：34ZZZZnX Zx：为被试品的等效阻抗Cn：为标准电容器R3：可调无感电阻C4：可调无感电容器图7 图7 QS1电桥原理图tg344424)()1(RCjRCRCjCCRRnXXXX整理得：左边实部显然等于零，整理可得：441CRCRX
49、X444421CfRCRCRtgXX故有：fR21064一般取 欧姆，f=50Hz，R43184（），得到：4610 Ctg343411RRCtgRRCCnnX同理可得：三、接地阻抗的测量1、电力设备的接地:将设备的某一部位通过接地线与接地网进行可靠的金属连接。为保证接地阻抗在一定范围内（不同接地类型有不同的要求），一般需要埋设接地网。接地网由角钢、圆钢等构成一定的几何形状，设备、接地线和接地网要可靠连接。2、电力设备的接地种类：按照接地目的的不同，可以分为工作接地：指电力系统利用大地作为地线回路的接地，正确的工作接地是电力设备正常工作的基本条件，如三相四线制中变压器中性点的接地。保护接地：指
50、为防止电力设备的外壳和不带电的金属部分因绝缘泄漏或感应带电所进行的接地。正确的保护接地是防止触电、保护人身安全的重要措施。防雷接地：指过电压保护装置或户外设备的金属结构的接地，如避雷器的接地、光伏电池组串的金属框架的接地等。接地阻抗接地阻抗：指电力设备的接地极与电位为零的远处间的阻抗，可以用两点间的电压与通过接地装置流向大地的电流的比值来测量。它反映的是接地装置对入地电流的阻碍作用的大小。由于接地阻抗的大小对电力系统的正常运行和人身安全有重大影响，所以接地阻抗的测量属于国家标准强制要求测量项目。影响接地阻抗大小的因数：接地体附近土壤电阻率的大小接地网的几何参数和埋入深度接地线与接地网的金属连接
