一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其包括以下步驟：步驟S1，在所述鐵芯上繞制匝數(shù)為N的測(cè)量線圈；步驟S2，測(cè)量獲得所述鐵芯的單匝電感量L1T；步驟S3，計(jì)算獲得所述次級(jí)線圈的電感量L2；步驟S4，使所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)；步驟S5，計(jì)算獲得所述次級(jí)電流is在所述鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通量Φ；步驟S6，計(jì)算獲得所述初級(jí)電流ip與次級(jí)電流is在所述鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之差ΔB或磁通量之差ΔΦ；以及步驟S7，根據(jù)公式：E＝ΔB/B或ΔΦ/Φ，計(jì)算獲得所述電流互感器的跟蹤精度E。本發(fā)明直接利用了測(cè)量電流互感器初級(jí)能量傳輸?shù)酱渭?jí)的中間參量——磁場(chǎng)的特征來(lái)完成電流互感器的跟蹤精度測(cè)量，從而使測(cè)試的量值更核心，準(zhǔn)確度更高。
【專利說(shuō)明】
一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]電流互感器廣泛用于發(fā)電、變電、輸電、配電和用電的線路中，各種用電場(chǎng)合的電流大小十分懸殊，從幾安到幾萬(wàn)安不等。電流互感器可將不同量級(jí)的電流按照比例轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，既便于電流測(cè)量，又便于電流控制，還有利于采取保護(hù)措施，更重要的是為了避免直接測(cè)量線路上的高電壓，利用電流互感器的電氣隔離作用可以降低實(shí)際操作的危險(xiǎn)性。
[0003]同時(shí)，對(duì)于電流的測(cè)量，不同類型的電流表有不同的量程和輸入要求。對(duì)于指針式的電流表，電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級(jí)的(如5A等)；而對(duì)于數(shù)字化的儀表，采樣的信號(hào)一般為毫安級(jí)(〇-5V、4-20mA等)。微型電流互感器的二次電流為毫安級(jí)，主要起到互感器與采樣之間的橋梁作用。
[0004]隨著環(huán)保意識(shí)的逐步加強(qiáng)，電能的精確測(cè)量提上日程。如何簡(jiǎn)便地測(cè)量電流互感器的測(cè)量精度(俗稱跟蹤精度)成了工業(yè)用電、民用用電等行業(yè)迫切需要解決的課題。傳統(tǒng)的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量需要有初級(jí)輸入電流源、次級(jí)輸出測(cè)量設(shè)備，根據(jù)電流的輸入和輸出比值來(lái)確定互感器的跟蹤精度。此類方法主要有如下不足:
[0005]1、需要有高準(zhǔn)確度大容量的電流源，否則不能滿量程計(jì)算；
[0006]2、忽略了電流互感器的工作原理中能量變化的核心——磁感應(yīng)強(qiáng)度(磁通)在能量變化中的作用，僅用初級(jí)和次級(jí)的電參量考核電流互感器的跟蹤精度；
[0007]3、不能在線檢測(cè)，因而無(wú)法估計(jì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中電流互感器的跟蹤精度。
[0008]鑒于傳統(tǒng)方法測(cè)量電流互感跟蹤精度的以上諸多不足，目前需要對(duì)電流互感跟蹤精度的測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，以通過(guò)測(cè)量和計(jì)算電流互感器鐵芯上磁通(磁感應(yīng)強(qiáng)度)來(lái)實(shí)時(shí)獲得電流互感器的跟蹤精度，并減少對(duì)外圍測(cè)量設(shè)備的使用。
[0010]本發(fā)明所述的一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，所述電流互感器包括:鐵芯、 繞制在該鐵芯上的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述方法包括以下步驟:
[0011]步驟S1，在所述鐵芯上繞制匝數(shù)為N的測(cè)量線圈；
[0012]步驟S2,將所述測(cè)量線圈的匝數(shù)N設(shè)置為1，并利用該測(cè)量線圈測(cè)量獲得所述鐵芯的單匝電感量Lit;
[0013]步驟S3,根據(jù)所述單匝電感量L1T以及所述電流互感器的變比因子K，計(jì)算獲得所述次級(jí)線圈的電感量L2;[〇〇14]步驟S4,將所述次級(jí)線圈與一電阻連接形成閉合回路，并使所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)；
[0015]步驟S5,測(cè)量獲得所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)時(shí)的初級(jí)電流ip的頻率f?以及次級(jí)電流is，并根據(jù)該次級(jí)電流is、所述次級(jí)線圈的電感量L2以及所述電流互感器的變比因子K，計(jì)算獲得所述次級(jí)電流is在所述鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通量?;
[0016]步驟S6,調(diào)整所述測(cè)量線圈的匝數(shù)N，以測(cè)量獲得所述測(cè)量線圈兩端的電Su_Cd， 并根據(jù)該電壓u_cd、所述測(cè)量線圈的匝數(shù)N以及所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)時(shí)的初級(jí)電流ip的頻率f，計(jì)算獲得所述初級(jí)電流ip與次級(jí)電流is在所述鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之差A(yù) B或磁通量之差A(yù) ? ;以及
[0017] 步驟S7,根據(jù)公式:E= AB/B或A，計(jì)算獲得所述電流互感器的跟蹤精度E。 [〇〇18]在上述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法中，所述步驟S2包括:在所述測(cè)量線圈的兩端連接一電感表，以測(cè)得所述單匝電感量L1T。
[0019]在上述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法中，所述步驟S3包括:根據(jù)公式:L2 = K2 X Lit，計(jì)算獲得所述次級(jí)線圈的電感量L2。
[0020]在上述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法中，所述步驟S5包括:測(cè)量獲得所述次級(jí)線圈兩端的電壓u_ab，并根據(jù)公式:i s = u_ab/R，計(jì)算獲得所述次級(jí)電流i s，其中，R為所述電阻的阻值。
[0021]在上述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法中，所述步驟S5包括:根據(jù)公式:B=(L2 Xis)/(KXS)，計(jì)算獲得所述磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其中，S為所述鐵芯的截面積，或根據(jù)公式:? = (L2X is)/K，計(jì)算獲得所述磁通量①。[〇〇22]在上述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法中，所述步驟S6包括:根據(jù)公式:A B = 1!_(:(1/0\3\〇，計(jì)算獲得所述磁感應(yīng)強(qiáng)度之差4 8，其中，5為所述鐵芯的截面積，或根據(jù)公式:A①= u_cd/(NXf)，計(jì)算獲得所述磁通量之差A(yù) C>。[〇〇23]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明采用比對(duì)電流互感器鐵芯內(nèi)流過(guò)的磁通量或磁感應(yīng)強(qiáng)度，只在電流互感器上再增加1個(gè)N匝的測(cè)量線圈，通過(guò)測(cè)試該測(cè)量線圈上感應(yīng)電壓值，結(jié)合次級(jí)電流，就能實(shí)時(shí)推算出互感器的跟蹤精度。本發(fā)明直接利用了測(cè)量電流互感器初級(jí)能量傳輸?shù)酱渭?jí)的中間參量一一磁場(chǎng)的特征來(lái)完成電流互感器的跟蹤精度測(cè)量，從而使測(cè)試的量值更核心，準(zhǔn)確度更高;而且，本發(fā)明不改變電流互感器的工作狀態(tài)，方法簡(jiǎn)便，要求的外圍設(shè)備較少，操作靈活，明顯降低了測(cè)量電流互感器跟蹤精度的難度，實(shí)用方便，結(jié)果可靠，值得推廣?！靖綀D說(shuō)明】[〇〇24]圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法的原理圖。【具體實(shí)施方式】[〇〇25]下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。[〇〇26]如圖1所示，本發(fā)明，即一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其中，電流互感器包括:鐵芯(由導(dǎo)磁材料制成)、繞制在該鐵芯上的初級(jí)線圈(匝數(shù)為Np)和次級(jí)線圈(匝數(shù)為 Ns)，該測(cè)量方法包括以下步驟:
[0027]步驟S1，在鐵芯上繞制匝數(shù)為N的測(cè)量線圈(該測(cè)量線圈開(kāi)路)；
[0028]步驟S2,將測(cè)量線圈的匝數(shù)N設(shè)置為1，并利用該測(cè)量線圈測(cè)量獲得所述鐵芯的單匝電感量Lit(在本實(shí)施例中，可在測(cè)量線圈的兩端連接電感表的兩根表筆來(lái)實(shí)現(xiàn)電感量的測(cè)量)；[〇〇29] 步驟S3,根據(jù)單匝電感量L1T以及電流互感器的變比因子K(該變比因子K為電流互感器的固有值，可在電流互感器手冊(cè)上查到)，并根據(jù)公式:L2 = K2XL1T，計(jì)算獲得次級(jí)線圈的電感量L2;
[0030]步驟S4,將所述次級(jí)線圈與一電阻R連接形成閉合回路，并使所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)(電流互感器工作在不同的工況需要根據(jù)互感器手冊(cè)選用不同的R阻值，從而可保證電流互感器能正常工作)；[〇〇31] 步驟S5,測(cè)量獲得電流互感器處于正常工作狀態(tài)時(shí)的初級(jí)電流ip的頻率f以及次級(jí)電流is(由于電阻R是固定的，在正常工作時(shí)可以測(cè)量獲得次級(jí)線圈a、b兩端的電壓u_ab， 并根據(jù)公式:1s = u_ab/R，計(jì)算獲得次級(jí)電流is，其中，R為電阻的阻值)，并根據(jù)該次級(jí)電流 is、次級(jí)線圈的電感量L2以及電流互感器的變比因子K，計(jì)算獲得次級(jí)電流is在鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通量〇;具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)公式:B=(L2Xis)/(KXS)，計(jì)算獲得磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其中，S為鐵芯的截面積(可以從電流互感器的手冊(cè)或生產(chǎn)廠家獲得，單位為平方厘米)，或根據(jù)公式:? = (L2 X is) /K，計(jì)算獲得磁通量? ;
[0032]步驟S6,調(diào)整測(cè)量線圈的匝數(shù)N(—般以示波器能獲取清晰信號(hào)或電壓表能獲得確定值為依據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)N)，以測(cè)量獲得測(cè)量線圈c、d兩端(此處為開(kāi)路)的電壓u_cd，并根據(jù)該電壓1!_(3(1、測(cè)量線圈的匝數(shù)N以及電流互感器處于正常工作狀態(tài)時(shí)的初級(jí)電流ip的頻率f，計(jì)算獲得初級(jí)電流ip與次級(jí)電流is在鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之差A(yù) B或磁通量之差A(yù) ? ; 具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)公式:A B = u_cd/(N X S X f)，計(jì)算獲得磁感應(yīng)強(qiáng)度之差A(yù) B，其中，S為鐵芯的截面積，或根據(jù)公式:△ 〇 =u_cd/(NXf)，計(jì)算獲得磁通量之差A(yù) C> ;以及 [〇〇33] 步驟S7,根據(jù)公式:E= AB/B或A，計(jì)算獲得電流互感器的跟蹤精度E。[〇〇34] 本發(fā)明的核心原理如下:[〇〇35]電流互感器是由閉合的鐵芯和繞組組成，依據(jù)電磁感應(yīng)原理的工作，在初級(jí)和次級(jí)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，互感器完全依靠鐵芯的磁化傳輸能量。按照理想變壓器的原理，次級(jí)電流和初級(jí)電流完全可依照初級(jí)和次級(jí)的匝比來(lái)確定。
[0036]在實(shí)際制作和使用互感器的過(guò)程中，由于漏感、次級(jí)線圈電阻和電壓取樣等原因， 次級(jí)電流得不到理想變壓器中初級(jí)和次級(jí)電流的關(guān)系。則初級(jí)安匝和次級(jí)安匝就存在不相等的現(xiàn)象，但是能量是守恒的，次級(jí)線圈中電流安匝比理論計(jì)算少的那部分能量就保留在鐵芯中，以磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通形式存在，并且此能量相對(duì)于傳輸?shù)酱渭?jí)的能量占比較小，故不會(huì)影響互感器的正常工作，也不會(huì)破壞互感器的磁工作狀態(tài)。由于互感器應(yīng)用在交流電場(chǎng)合，正半周期的能量在負(fù)半周期時(shí)還給初級(jí)或次級(jí)，但是每半個(gè)周期內(nèi)，鐵芯里面都會(huì)存在這樣的交變小幅磁場(chǎng)。[〇〇37]本發(fā)明利用電流互感器工作時(shí)鐵芯內(nèi)存在這樣一個(gè)小幅的交變磁場(chǎng)，通過(guò)在電流互感器的第3個(gè)線圈，即上述測(cè)量線圈，感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，獲得互感器鐵芯內(nèi)存在的磁場(chǎng)量值。 以此量值作為初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的跟蹤誤差A(yù) B，與次級(jí)線圈流過(guò)的安匝產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通量?相比得出互感器的跟蹤精度。該方法依據(jù)A B/B，在鐵芯的磁特征方面進(jìn)行測(cè)量互感器的跟蹤精度，拋開(kāi)了用初級(jí)電信號(hào)與次級(jí)電信號(hào)引入的負(fù)載效應(yīng)等誤差，從原理上保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0038]由此可見(jiàn)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):[〇〇39]第一，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，概念性強(qiáng)，整個(gè)方法按照電磁學(xué)知識(shí)獲得工作狀態(tài)下互感器的鐵芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度A B，以及根據(jù)電磁感應(yīng)原理找到次級(jí)安匝產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。
[0040]第二，本發(fā)明可以在線測(cè)試，不影響互感器的正常工作，對(duì)檢修和校準(zhǔn)在用的互感器十分方便。
[0041]第三，本發(fā)明在具體操作過(guò)程中，只需要測(cè)量電流互感器的單匝電感以及第3個(gè)線圈兩端的電壓，這兩個(gè)量都十分容易測(cè)量，使用設(shè)備也較簡(jiǎn)單(例如包括:示波器、6位半及以上數(shù)字萬(wàn)用表、電感測(cè)試儀等)。[〇〇42]綜上所述，本發(fā)明的巧妙設(shè)計(jì)和合理使用，使得互感器的跟蹤精度測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)化， 且要測(cè)量的物理參量都是常規(guī)的易測(cè)物理量，測(cè)量簡(jiǎn)便;可以獲得在線的互感器誤差，給互感器補(bǔ)償提供了依據(jù);對(duì)提高互感器的測(cè)量精度能起到很好的改善作用;相應(yīng)地，能提高電能計(jì)量的精準(zhǔn)度為節(jié)能環(huán)保貢獻(xiàn)力量。
[0043]以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書(shū)及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，所述電流互感器包括:鐵芯、繞制在該鐵芯上 的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，其特征在于，所述方法包括以下步驟:步驟S1，在所述鐵芯上繞制匝數(shù)為N的測(cè)量線圈；步驟S2,將所述測(cè)量線圈的匝數(shù)N設(shè)置為1，并利用該測(cè)量線圈測(cè)量獲得所述鐵芯的單 阻電感量Lit;步驟S3,根據(jù)所述單匝電感量Ln以及所述電流互感器的變比因子K，計(jì)算獲得所述次級(jí) 線圈的電感量L2;步驟S4,將所述次級(jí)線圈與一電阻連接形成閉合回路，并使所述電流互感器處于正常 工作狀態(tài)；步驟S5,測(cè)量獲得所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)時(shí)的初級(jí)電流ip的頻率f以及次 級(jí)電流is，并根據(jù)該次級(jí)電流is、所述次級(jí)線圈的電感量L2以及所述電流互感器的變比因 子K，計(jì)算獲得所述次級(jí)電流is在所述鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通量?;步驟S6,調(diào)整所述測(cè)量線圈的匝數(shù)N，以測(cè)量獲得所述測(cè)量線圈兩端的電Su_Cd，并根 據(jù)該電壓11_(:(1、所述測(cè)量線圈的匝數(shù)N以及所述電流互感器處于正常工作狀態(tài)時(shí)的初級(jí)電 流ip的頻率f，計(jì)算獲得所述初級(jí)電流ip與次級(jí)電流is在所述鐵芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之 差A(yù) B或磁通量之差A(yù) ? ;以及步驟S7，根據(jù)公式:E = A B/B或A ? / ?，計(jì)算獲得所述電流互感器的跟蹤精度E。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S2包 括:在所述測(cè)量線圈的兩端連接一電感表，以測(cè)得所述單匝電感量Ut。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S3包 括:根據(jù)公式:L2=K2 X Ln，計(jì)算獲得所述次級(jí)線圈的電感量L2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S5包 括:測(cè)量獲得所述次級(jí)線圈兩端的電壓u_ab，并根據(jù)公式:is = u_ab/R，計(jì)算獲得所述次級(jí) 電流is，其中，R為所述電阻的阻值。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟 S5包括:根據(jù)公式:B=(L2Xis)/(KXS)，計(jì)算獲得所述磁感應(yīng)強(qiáng)度B，其中，S為所述鐵芯的 截面積，或根據(jù)公式:? = (L2 X is)/K，計(jì)算獲得所述磁通量?。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流互感器跟蹤精度的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S6包 括:根據(jù)公式:AB = u_cd/(NXSXf)，計(jì)算獲得所述磁感應(yīng)強(qiáng)度之差A(yù)B，其中，S為所述鐵 芯的截面積，或根據(jù)公式:A ?=u_cd/(NXf)，計(jì)算獲得所述磁通量之差A(yù)
【文檔編號(hào)】G01R35/02GK105974349SQ201610288495
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】王東興, 盧宋林, 李 瑞, 朱燕燕, 胡志敏
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所