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1、第3章 现场参量及其检测第3章 现场参量及其检测3.13.23.33.43.53.6智能电器现场参量类型及数字化测量方法电量信号检测方法非电量信号检测方法被测量输入通道设计原理测量通道的误差分析本章小结第3章 现场参量及其检测3.1 智能电器现场参量类型及数字化测量方法现场参量分类：第3章 现场参量及其检测智能电器现场参量的采集、调理和转换过程示意图：第3章 现场参量及其检测3.2 电量信号检测方法（1）以法拉第电磁感应定律为基础的互感器，包括铁心电磁式电压、电流互感器和空心电流互感器。（2）按霍尔效应原理工作的互感器，主要包括霍尔电流和霍尔电压传感器。（3）基于磁光效应和光电效应的互感器,主
2、要有光学电流互感器和光学电压互感器。第3章 现场参量及其检测3.2.1 基于电磁感应定律的电压、电流互感器1.电压互感器：电磁式和电容式（1）电磁式电压互感器：电力系统中应用最多。（2）电容式电压互感器：简称RYH，广泛用于110KV及以上超高压电力系统中。电磁式电压互感器电容式电压互感器第3章 现场参量及其检测（1）电磁式电压互感器I&0&U&1W1F&12W2U& 20变压器空载运行原理图U1 E1 = 4.44 fW1FU 20 = E2 = 4.44 fW2F = = K uU 1U 20E1 W1E 2 W2第3章 现场参量及其检测（2）电容式电压互感器U xC1C2JP2LP1U
3、x = U C1 + U C 2 = Q C1 + Q C2C1 C2a C1 + C2xa fx f U C 2 C1 U x C1 + C2RYH原理接线图U C 2=C0C2U x =C1C1 + C2U x = K fyU xC0 =C0U x = C1U C1 = C2U C 2 = QK fy = =第3章 现场参量及其检测电容式电压互感器有以下优点：绝缘可靠性高：RYH的电容分压器多由数个瓷件堆叠而成，每个瓷件内装有若干个串联电容元件，而且瓷件内充满绝缘油，因此其耐压高，故障少。价格低：线路电压等级愈高，应用RYH的经济效果愈明显。可以兼作载波通信或线路高频保护的耦合电容。第3章
4、 现场参量及其检测3.2.1 基于电磁感应定律的电压、电流互感器2.电流互感器：铁心式和空心式（1）铁心电流互感器：电力系统中主要的电流检测工具，其基本工作原理与铁心电磁式电压互感器相似。（2）空心电流互感器：目前在智能电器中应用比较多的一种电流传感器，其结构简单、输入电流变化范围宽、线性度好、性能价格比好。电流互感器第3章 现场参量及其检测（1） 铁心电流互感器L1I&1I&2K1L2W1W2K 2电流互感器原理图F1 = I1W1F2 = I 2W2F1 = F2I1W1 = I 2W2I1I 2W2W1K i = =& & & &第3章 现场参量及其检测铁心电流互感器缺点：体积、重量随电
5、流等级升高而增加，价格上升也很快。在高压输电线路中铁心式互感器必须充油，防爆困难，安全系数下降。传统的电器设备二次测量和保护电路中，采用了具有线圈的各种仪表及电磁式继电器，需要从互感器中汲取能量，所以铁心电磁式互感器必须有相应负载能力。互感器铁心磁化曲线线性范围有限，影响测量范围和保护精度。第3章 现场参量及其检测（2）空心电流互感器（Rogowski线圈）i(t)B(t)i2(t)R0UoutRogowski线圈测量电流原理图第3章 现场参量及其检测di2(t)e(t ) = L + Rhi2 (t ) d tL d i2 (t) / d t Rhi2 (t )或wL 1&第3章 现场参量及
6、其检测空心电流互感器具有以下5个优点：测量范围宽、线性精度高。因为不用铁心进行磁耦合，从而消除了磁饱和、铁磁谐振现象，使其运行稳定性好，保证系统运行的可靠性。频率响应范围宽。一般可设计到01MHz。重量轻、成本较低、性能价格比高，更符合环保要求。易实现互感器数字化输出。第3章 现场参量及其检测铁心电流互感器的输入输出特性第3章 现场参量及其检测空心电流互感器在大电流时的输入输出特性第3章 现场参量及其检测3.2.2 霍尔电流、电压传感器霍尔传感器利用霍尔效应，可实现电流、电压变换和被测电路与控制电路间的电气隔离。它的核心元件是霍尔元件，一种对磁场敏感的元件，利用磁场作为介质，可以实现多种物理量
7、，如位置、速度、加速度、流量、电流、电功率等的非接触式测量。霍尔电流传感器霍尔电压传感器第3章 现场参量及其检测1.霍尔效应基本原理对于垂直置于磁感应强度为B的磁场中的霍尔元件H，当按图示方向输入电BI C流IC 时，将引起H内部载流子数量的变化，从而有电HEHd势EH ：E = RH I C B / d令 K H = RH / d则 E H = K H I C B霍尔效应原理图第3章 现场参量及其检测2.基本霍尔电流传感器传感器由带有气隙I1R1I CR6R7R11C2R12W1的环形铁心、霍尔元件、产生控制电流IC 的电源组成。如左图所示，霍尔元件输出的霍尔电势B R3R8经差分放大、滞后频率EHR2R4C1R5A1R10R9R13A 2U 2补偿、可调零的相放大与超前频率补偿等环节后，可得到输出电压：霍尔电流传感器工作原理图U 2 = KI 1第3章 现场参量及其检测3.零磁通霍尔电流传感器该传感器的铁心上绕有一匝数为Ns的补偿（二次）绕R124V组，作为反馈环节形成简单闭环控制系I1ICR5C统，对霍尔元件输出ISRSN SB R3R2
