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感应电流互感器

计量特性劣化为扭曲电流的转换源

M.卡兹玛瑞克.

电力工程技术研究所，罗兹大学，波兰

摘要

本文的目的是展示并解释感应电流互感器(CTs)扭曲电流转换的计量性能的劣化现象，在该文中描述了导电扰动对扭曲信号转换精度的影响。从实验室的分析结果研究表明,在一定的测量条件下，电流误差/比例校正因子和相位位移/相位角的变化对扭曲电流主谐波的转化率有一定的影响。

关键词：感应式电流互感器 扭曲电流 电流误差 相位位移 比修正系数 相位角

1简介

由于在电流和电压在电网精确变换扭曲的信号中导电干扰水平升高，尤其是其主要的谐波–50赫兹（60赫兹）需在这样的条件下满足互感器的要求。根据互感器标准IEC 60044-1 [ 1 ]（IEEE c57.13 [ 2 ]），电流误差（比修正系数）和相位（相位角）在测量正弦信号时的频率50赫兹（60赫兹）。扭曲电流变换中，CTS的计量性能的评价可以基于综合误差的测定值（变压器校正因子）[ 3,4 ]。CTS的逻辑性质也可能改变对50赫兹以上的频率的正弦信号的变换（60 Hz）被称为瞬时状态5–[ 9 ]。通过电流误差和相位位移[ 4,10,11 ]测其值的变化，CTS的扭曲电流计量性能的主要谐波可以被定义为正弦电流。测量出的正弦电流的变化量，将使测定主谐波的电流变化作为扭曲电流的测量特性。

在实验室研究测试电感CTs的试验中,发现了特别是测量条件下,对失真信号的主要谐波转换的计量性能的显著劣化现象[ 4 ]。这些现象的恶化的主要原因是CT磁路特性的扭曲电流在当前状态转化为防渗透正弦电流(4、12、13)的操作。解决这一问题的办法是当CT用于频率50 Hz的正弦电流变换（60 Hz）[ 4 ]时，减少测试CT次级绕组额定负载或与降低相应条件下估计的初级电流有效值。其他解决方案是根据电流失真的水平延伸的电流比。测量电流误差和相位移的一次电流的额定和更高的值增加取决于电流的均方根值，转换电流失真和二次绕组的负载水平。在测试条件下，当扭曲主要信号含有谐波的频率接近主要的扭曲电流频率,没有增加的复合误差造成的裂化CTs计量性能相比转换后的信号频率成分电流的均方根值更高。 观察到的现象是磁饱和的结果。其工作点的位移，其上的磁芯磁化特性超出了由主电流扭曲引起的线性区域。在这种情况下，励磁电流I0（图1）和它有功和无功成分增加（迅速饱和），使电流误差和相位位移的增加。

本文从经验上解释了如何在电流型电流测量的基础上产生的电流误差和相位位移测量的主要谐波的电流误差的增加。本文的主要贡献是解释为什么在扭曲的电流转换的条件下，逻辑属性的感应电流变差这个问题，以及可能的解决方案。此外，讨论了电流误差/相位位移和复合误差之间的关系，以及在非正弦条件下如何确定其测量性能。通过对初级绕组的正弦和扭曲的电源电压的分析，得出了结论。

2 CTS测试和测量电路

在实验室研究CTS相同的低电压绝缘系统设计两个窗口，为次级绕组的额定负载功率5 VA（功率因数0.8）与额定的转化率的300 / 5和100 / 5进行测试。按照IEC 60044-1标准[ 1 ] / 1.2与IEEE c57.13按照标准[ 2 ]。

图1中介绍电感电流互感器的等效电路。

图1中使用以下符号（表示等效）:

I1 , i2 – 初级和次级绕组的电流

R1 , R2 –初级和次级绕组电阻

X1 , X2 – l初级和次级绕组的漏抗

i0 –磁化电流, iC

iB – 磁化电流的有功和无功分量

RC – 等效电阻为核心的损失,XC – 主电抗.

活性成分的磁化电流中iC ，i0代表的等效电阻的核心损失RC归纳CT图1中所示的等效电路。被动组件与磁场的生成在CT主要电抗是XC所代表的磁芯。

在实验室研究测试中对CTS初级绕组的附加导电干扰电压供电。从可编程电源电平可改变THDI失真度的定值。正弦电流的幅值谱（I）和THDI因素为20%的扭曲电流（II）和40%（III）如图2。

如图2所示，正弦电流的一些失真是由于所使用的电源供应所产生的电压不是纯正弦波。这种程度的失真对CTS的错误没有影响。电压劣化水平的增加了导致在测试的CTS初级电流的高次谐波有效值的比例增加。

图1感应式电流互感器等效电路

图2 正弦电流的幅值谱（I）和THDI因子为20%的扭曲电流（II）和40%（III）

实验室研究CTS电阻负载（功率因数1）。在估计的电流误差和相位位移比较器设计用于测量电流/电压误差和相位位移与适当的精度为给定的CT，并采用VT类。扭曲的信号通过低通滤波器的内置，是为了比较测量值和50 Hz的相位角之间的差异（60Hz）的初级和次级电流主要谐波。
图3为测量系统。在图3中使用以下符号:

I(II)VM -电压输入第一(第二)数字功率计模块

I(II)CM—第一(第二)的当前输入数字功率计模块

CTN -电流输入比较器的参考CT

CTX - CT测试的电流输入比较器

测量系统中的1（图3）5 RMS支持在电流线是由测试CT正确次数的窗口给安培匝数等于其额定一次电流。如果额定电流为测试窗口电流有效值100，其二次电流均方根值为5，则为5倍的供应电流，必须用该20倍的窗口。

由创伤型CTS的扭曲电流转换的准确性可能是测量系统中的图4所示的测试。

要确定测量系统中的2（图4），必须增加误差附加误差，从而增加参考断层的使用。通过参考CT对扭曲电流变换的精度必须事先确定的测量系统1（图3）。变压器的供应保证与标准[1,2]按照RMS初级电流测试值的正确使用。供应变压器对测试信号形状的影响是有意义的。因此，检测CT初级绕组供电电压设置是确保测试失真度水平的初级电流的谐波扭曲率水平。对参考CT次级电流扭曲的数字功率计测量ICM模块。

3符合IEC和IEEE c57.13 60044-1按准确度等级
表1和表2中的电流误差相位位移给定依照IEC 60044-1标准归纳CT准确级限值[ 1 ]。

限制在表1和2的值将被用来确定在转换过程中的失真电流（主频率50赫兹）测试的准确度等级保正0.5正弦电流的转换。

图3测量系统框图[ 4 ]

表1 测量CT极限电流误差[%]值（从0.1到0.5的IEC 60044-1类）

表2 测量CT限制相位位移[%]的值（从0.1到0.5的IEC 60044-1类）

在IEEE c57.13标准准确级为收入的计量是基于变压器的校正因子的要求（TCF）的CT应在指定的范围内（表3）。这些值为条件的定义，当功率因数（滞后静）的计量负荷从0.6到1为指定的标准负担10%和100%。

TCF在功率因数为0.6（滞后）的定量负荷为CTS如下

(1)

RCF-比校正因子,beta;-相角(min)[2]。
按照测量值的比修正系数和相位角的测试标准IEEE c57.13 CT

图4 参考图测量系统框图

表3 计量服务的标准精度等级和反式前校正因子的相应限值[ 0.6，1功率因数]

变压器校正系数，对于一个给定的精度等级，不超过限制值表3。

在IEC标准60044-1的初级电流和次级的实际电流的瞬时值乘以额定变比的瞬时值之间的差值的均方根值定义为复合误差。复合误差的数值将永远小于当前

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