电子式电流互感器模拟量电压输出的额定值.docx
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电子式电流互感器模拟量电压输出的额定值
模拟量输出与数字量输出的电流互感器/电压互感器的系统/准确度比较
对构成元件为相同准确级的各系统进行比较时，采用数字量输出的ECT和EVT的系统，其系统总准确度与采用模拟量输出的系统的不一样。
见图D.6。
当采用数字量输出的ECT和EVT时，由纯数字信号传输引起的误差被排除。
在此情况下，只要计算精度选择恰当，仪表因是数字值的纯计算而不会增加任何误差。
在仪表中，受温度或长期漂移影响的可能性也全部被消除。
图D.6常规计量系统与数字量输出的ECT和EVT计量系统的误差比较
模拟量输出型电子式电流互感器的技术信息
范围
本附录适用于新制造的模拟量输出型电子式电流互感器，用于电气测量仪器和继电保护装置。
电子式电流互感器采用电流传感器（例如，电流互感器，霍尔效应传感器，空心线圈（罗戈夫斯基线圈））和/或光学装置，由二次转换器提供模拟量电压输出。
电子式电流互感器可以包含二次信号电缆。
二次输出的数学描述
当t≥tdr-ϕor/（2πf）时，二次电压可以如下表示：
式中：
Ussc——二次电压对称分量的方均根值；
Usdc——二次直流电压，包括指数衰减分量；
usres——二次剩余电压，包括谐波和次谐波分量；
f——基波频率；
ϕs——二次相位移；
t——时间瞬时值；
tdr——额定延迟时间。
二次直流偏移电压（Usdc0）
直流偏移电压是电子设备的普遍特性，这是由于电子元件需要偏压而造成的。
按照定义，它是在零输入信号时的设备输出上测得。
正常情况下，偏移电压可认为与信号以及辅助电源无关，因而是输出信号的附加分量。
如果电源与输入信号有关，例如一次转换器的电源来源于一次电流本身，则可能出现特殊的状态。
在这种情况下，仅在一次电流大于唤醒电流时才可以获得稳定的电源及其产生的稳定偏移电压。
小于此最低一次电流，尤其是零值时，偏移电压可能改变其数值。
对于这种特殊情况，制造方与用户应商讨确定一个恰当的Usdc0技术要求。
建议可规定最小一次电流，超过它时Usdc0依照上述定义，例如Ip＞0.1Ipr时Usdc0=5mV。
稳态准确度测量的试验电路
符号
Kr——基准电流互感器的额定变比
V1——锁定放大器的输入电压
R1——调节同步放大器输入电压的负荷
R1＋Rc——基准电流互感器的额定二次负荷
Vect——模拟量输出型ECT的二次电压
Rect——ECT的额定二次负荷
要求R1和Rect是高精度负荷
锁定放大器的输入电压应按标称条件调节。
此电压应等于标称额定二次电压。
图E.1稳态准确度测量的试验电路
铁心线圈式低功率电流互感器的信息
范围
铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT）是传统电磁式电流互感器的一种发展。
由于现代电子设备的低输入功率要求，LPCT可以按照高阻抗Rb进行设计。
结果是，传统电磁式电流互感器在非常高（偏移的）一次电流下出现饱和的基本特性得到改善，并因此显著扩大测量范围。
应用
总消耗功率的降低，便有可能无饱和地高准确度测量高达短路电流的过电流。
对全偏移短路电流也能满足。
除了量程比较宽，LPCT可以设计得尺寸比传统电磁式电流互感器小。
随之，由于全部使用范围可以由单个（多用途）电流互感器承担，测量用与保护用互感器无须有差别。
原理
LPCT是一种电磁式电流互感器，它包含一次绕组、小铁心和损耗极小的二次绕组，后者连接并联电阻Rsh。
此电阻是LPCT的内装元件，对互感器的功能和稳定性极为重要。
因此，原理上LPCT提供电压输出。
并联电阻Rsh设计为互感器的功率消耗接近于零。
二次电流Is在并联电阻上产生电压降Us，其幅值正比于一次电流且同相位。
而且，互感器的内部损耗和负荷要求的二次功率越小，其测量范围和准确度越理想。
LPCT的功能可以描述如下：
例如，Rsh设计为：
其Usmax与Ith相对应。
图E.2铁心线圈式互感器
符号
Ip——一次电流
RFe——等效铁损电阻
Lm——等效励磁电感
Rt——二次绕组和引线的总电阻
Rsh——并联电阻（电流到电压的转换器）
Cc——电缆的等效电容
Us（t）——二次电压
Rb——负荷，Ω
P1，P2——一次端子
S1，S2——二次端子
图E.3电压输出的铁心式电流互感器等效电路
输出特性
传统电流互感器的变比（按GB1208标准规定）通常与额定一次电流相关联。
由于LPCT具有测量大电流且不出现饱和的能力，更为合理的是将测量范围联系到电网预期的最大电流。
单独式空心线圈和空心线圈的一般信息
范围
在高压电网中，罗哥夫斯基型传感器在继电保护上采用日益增多。
自从1912年就已知道，罗哥夫斯基线圈的输出与电流的导数成正比。
在高电压应用中，传感器输出的积分往往不在线圈本体上进行，可以免去电子器件，而更愿在继电器上实现，这样能够降低费用。
本附录重温单独式空心线圈原理，列出其输出的导数形式。
除此独特点外，空心线圈的其他特性要求（温度特性，电磁兼容，绝缘要求）则依据本标准。
原理
在空心线圈中，二次绕在非磁性骨架上（见图E.4）。
无铁磁材料使这种传感器的线性度良好，不饱和也无磁滞现象。
因此，空心线圈具有优良的稳态性能和暂态响应。
空心线圈应用安培定理时表明，当负荷为高阻抗Z时，线圈的输出电压是穿过线圈的一次电流Ip（t）的函数。
图E.4单独式空心线圈
对于圆环形骨架
a）任意截面的近似公式
b）矩形截面的公式
式中：
μ0——真空导磁率，4π⋅10-7
N——匝数密度[匝/m]
A——单匝面积[m2]
2ra——外直径[m]
2ri——内直径[m]
h——高度[m]
Nw——空心环的匝数
e（t）——低负荷Rb→∞时，空心线圈的输出电压[V]
以这些符号，令
则空心线圈的输出电压为
，或在稳态正弦电流下：
等效电路
图E.5为空心线圈的等效电路。
符号
Ip——一次电流
e（t）——空心线圈的电势
Lf——二次绕组的漏电感
L——Lf+Lw
Lw——引线的电感
Rt——二次绕组和引线的总电阻
Us（t）——需校正的输出电压
Ra——校正电阻（任选）
Z——负荷阻抗，或
Rb——功率因数为1的负荷阻抗
Cc——电缆的等效电容
P1，P2——一次端子
S1，S2——二次端子
图E.5电压输出的单独式空心线圈电流互感器的等效电路
电阻Ra是任选的，供校正调节用。
也可采用在铭牌上标出校正系数。
电阻Ra或校正系数是用于补偿线圈骨架尺寸和匝数的制造偏差。
它们也使传感器与电子装置能有互换性。
以下公式依据图E.5等效电路：
XX文库-让每个人平等地提升自我相量图
图E.6单独式空心线圈的相量图
相位移ϕ：
误差：
或者不按相量图，则
cosϕ=1时：
测量使用要点
单独式空心线圈实际使用时，积分器是继电保护或测量系统的组成部分。
为测量单独式空心线圈的瞬时误差，必须采用时间常数合适的积分器。
积分器的输入阻抗必须是单独式空心线圈的额定阻抗。
电子式电流互感器模拟量电压输出的额定值
额定二次电压（Usr）的标准值：
在额定一次电流下的额定二次电压Usr方均根值，其标准值为：
22.5mV，150mV，200mV，225mV，4V。
对于在中压系统中通常不使用二次变换器的情况（传输系统直接连接到低压设备，，其标准额定值为：
22.5mV和225mV，用于输出电压正比于电流的ECT（例如带内装负荷的铁心式互感器）。
150mV，用于输出电压正比于电流导数的ECT（例如空心线圈）。
额定二次电压40mV、100mV和1V可用于现有设计。
对于使用二次电子变换器的情况，其标准额定值：
在保护用时为200mV，在测量用时为4V。
ANSI标准还推荐额定二次电压200mV用于保护用模拟量输出。
对于测量用输出，因量程是4倍Ipr，ANSI标准推荐为额定二次电压2V。
如果Ipr的规定值选择得当，这些标准值是兼容的。
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