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2.3 直流低压法原理
依据互感器的基本理论,电流互感器的等效电路如图3所示,图中Ip为CT二次理想电流、Ie为泄漏电流、Is为CT二次实际电流、G为导纳实部、B为导纳虚部、Rs为二次绕组直流电阻、Xs为漏抗、Zb为二次负载。
图3 CT二次等效电路图
依据等效电路图和经典误差理论,可知CT的部分误差是由CT的导纳等因素造成的泄漏电流Ie引起的,其误差的表达式为:f=-Ie/Ip;由变比引起的CT误差为: (SR-N)/N。因此CT综合误差的表达式如下:
F=[1+(-Ie/Ip)]∗[1+(SR−N)/N]-1=(SR-N)/N−Ie/Ip−[(SR-N)/N](Ie/Ip) (1.1)
式(1.1)中:Ie=Is(Rs+jXs+Zb)(G−jB) (1.2)
因此(1.1)式可简化为F=(SR-N)/N−(Rs+jXs+Zb)(G−jB)Is/Ip (1.3)
考虑对于2级以上的互感器有:Is≈Ip; 将式(1.3)中的实部和虚部分开,得:
比差公式 f=-{G(Rs+ZbcosΦ)+B(Xs+ZbsinΦ)}+(SR/N-1) (1.4)
角差公式 δ= {B(Rs+ZbcosΦ)-G(Xs+ZbsinΦ)} (1.5)
式中:Xs为漏抗,Zb为二次负载,SR为CT额定电流比,N为CT实际电流比,Φ为二次负荷的功率因数角。
其中漏抗Xs可以忽略即令Xs=0。则只要测出N(实际电流比),Rs(二次绕组直流电阻),Y=G-jB(绕组在Es激励下50Hz的导纳)和二次负载Zb,代入(1.4)、(1.5)式中则可以计算出CT的比差和角差。其中测量导纳Y二次侧所加的激励Es 为实际工作状态时二次绕组中的感应电势,经过微机处理计算即可求得Y值。直流低压测试原理的关键在于实际电流比N的测量。依据互易原理,在保持CT铁心磁化状态不变的情况下,其实际电流比N等于用互易原理所得的实际电压比K,K的测试方法是在二次绕组加低压,同时测得一次绕组的感应电压,将这两个信号送入DSP中进行处理计算而得,然后代入公式即可测得比差和角差。
3 CT分析仪设计
本CT分析仪正是基于上述低压法,采用DSP处理器芯片,具备电流互感器现场校验、饱和曲线测试、CT二次负荷测量等多种功能。其测量原理如图4所示。
图4 CT分析仪原理框图
采用查询方式完成A/D转换器转换结果的数据采集。当输入电压信号超过设定的参考电压时,A/D转换器输出超量程信息,而当输入电压信号小于设定的参考电压时,A/D转换器输出欠量程信息。程序根据A/D转换输出的超欠信息判别量程是否适当。在自动量程选择期间,系统不响应键盘中断。在自动量程的实现过程中,采用逐级比较的方法进行。为了保持A、B信号通道的增益比例不变,采取了同步措施,即两个通道增益倍数一致变化,这样 该电路绝对增益精度并不重要。测量二次绕组直流电阻需要用直流电源,测量导纳和变比需要交流电源。因此仪器必须同时具备直流输出和交流输出的能力。为确保信号源要求精度采用模拟器件(Analal device)公司的AD7538芯片作为数字信号源【5】。为了提高输出波形频率的稳定性,振荡器采用了晶体振荡器,该振荡器(或分频后)可以和DSP的时钟同用一个电路。由于晶体振荡器的高稳定性和锁相环的优良特性,波形发生器的输出频率能达到更高的精度【6】。
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