电量信号变换器 系列指南

电量信号变换器的说明 用语说明 应用范例

[说明] 用语说明

(1) 输入设备
电压互感器 VT(Voltage Transformer)
也叫PT(Potential Transformer)

进行高电压电路的电压测量时,为获得隔离的110V电压而使用的电压互感器。
一般会设置保险丝作为一级侧过电压和二级侧短路时的保护措施。

电压互感器 VT(Voltage Transformer) 也叫PT(Potential Transformer)
VT比(PT比)

VT的一级电压除以二级电压的商值。可根据二级测量电压轻松得出一级电压。

GPT(Grounding Potential Transformer)
也叫GVT

在未接地的三相电源电路中(配电线等)检测漏电的专用VT。设有可用作电压互感器的二级侧和三级侧,通过在三级侧进行开口三角形连接,可以检测到零相电压。为检测漏电而连接的仪表需要具备“快速响应”、“最大值保持”等功能。

V0

指零相电压。用于检测未接地电路的漏电的信号。

I0

指零相电流。检测漏电。通过测量与V0的相位差可以判断出漏电地点。(方向漏电检测)

 
电流互感器(CT:Current Transformer)

测量大电流电路的电流时,为获得隔离的5A(1A)电流信号而使用的电压互感器。
一级侧串联要测量或控制的电流通道。还可以将高电压电流转换为低电压电流。也叫变流器。有一级、二级均缠绕在铁芯上的绕组型和一级以直线状导体的形态贯穿铁芯的贯通型。如果在一级侧通入电流的状态(活线状态)下开放二级侧,端子之间会产生高电压,击穿隔离导致其烧毁。因此,连接的设备需要具备防止二级开放的功能。本公司的插拔式信号变换器备有CT保护器以防止二级侧开放。

电流互感器(CT:Current Transformer)
CT比

CT的一级电流除以二级电流的商值。可根据二级测量电流轻松得出一级电流。

ZCT(Zero Phase Current Transformer)

检测零相电流的专用CT。一级侧的零相电流(漏电电流)为200mA时,在二级侧可以得到1.5mA的信号。一级侧电流通常高达数百A~数kA,为了检测到200mA,很多产品都通过固定电线位置来提高性能。简易测量零相电流时也可通过3CT方式串联CT的二级侧进行检测。

VCT(Voltage and Current Transformer)

电力公司设置在入口附近的计量仪器用电压电流互感器、电表用互感器。

分流电阻

将大电流转换为小电压的电阻器。用于替代CT。但没有隔离,使用时需要注意。总量程一般为200mV。

倍率器

电压表用VT。多为制造商的专用设备。

合成变比(功率比)

CT比与VT比的乘积值。可根据二级功率值轻松得出一级功率值。

(2) 输入波形
有效值(rms)

与直流电路的电压、电流等效的交流电压、电流的值叫作有效值。

有效值(rms)

在100V DC的直流电源连接100W的灯泡时会有1A的电流流通。
要达到相同亮度需要的交流电压为100V。该交流电压值100V AC叫作有效值。此时流通的电流值为有效值1A AC。

平均值

与信号正侧(负侧)的面积相同的长方形的高度叫作平均值。

平均值
高谐波

拥有基本频率整数倍的频率成分的电压、电流。JIS C 1111标准要求有效值运算方式保证在三次高谐波15%时的性能(100%的50Hz成分叠加15%的150Hz成分)。

变频器(Inverter)

·通用变频器
将直流电转换为交流电的装置。也叫逆变装置。与整流装置组合可以将交流电源的频率转换为任意频率。绝大多数制造商采用的都是“高载波PWM控制方法”,变频器一级、二级的电压电流波形差别较大。首先,一级侧的电压波形与电力系统基本相同,含有少量高谐波,电流波形含有较多高谐波成分,具体情况因变频器的原理而异。二级侧的电压原理上是脉冲连续、含有较多高频成分的波形,电流受电机的线圈成分的影响,波形接近于正弦波,但含有尖峰噪声。

·太阳能变频器(电力系统连接用设备)
将直流转换为交流波形的变频器。波形中几乎没有高谐波成分。

 
波峰因数

相对于波形有效值成分的最大峰值。正弦波形时为√2。

失真率

高谐波成分占波形基波成分的总比例。

晶闸管(Thyristor)

有3个以上的pn接面,利用栅极电流控制大电流的半导体元件。

晶闸管(Thyristor)

·相位控制
控制交流波形的一部分,对加热器等的功率进行调整的方法。
因为包含高频成分,所以测量仪表的性能差异表现得较为明显。

·循环控制
以固定时间周期(1~2秒)控制向二级侧供电的比例方式,主要用于“电炉”。

斜坡函数

突然切断变压器的电源,变压器中会留有磁性。因为与断电后遗留的磁性存在相位差,再次通电时会产生直流成分。
如果误认为“交流电路(电源)中没有直流”,会导致错误。

(3) 其他输入
潮流

电力一般是从“电源”流向“负载”。但负载为发电机等设备时,电力也会反向流动。这种电力流动的转换叫作“潮流”,过去只与日常需要增减发电机的电力公司有关。基本上配电以(+)、供电以(-)表示。

过电压强度

电压输入设备能够承受的过大输入(不会损坏)值。

 
过电流强度

电流输入设备能够承受的过大输入(不会损坏)值。

过电流常数

表示电流输入设备最大能够测量几倍于输入的电流值。常见于CT。

(4) 电源系统的种类
单相2线制

一般供应100V AC的系统。需要大功率时(大型加热器等)大多使用三相3线制等其他方式。

单相3线制(Single-Phase Three-Wire System)

可在接地电压150V以下的电路中使用100V及200V设备的配电方式。
考虑到接线电阻所造成的电压下降,电压互感器的额定输出为105V/210V。

单相3线制(Single-Phase Three-Wire System)
三相3线制(Three-Phase Three-Wire System)

用3根电线对三相交流进行配电的方式。有Δ接线、Y接线、V接线之分。

·Δ接线(Delta Connection)

Δ接线(Delta Connection)

·Y接线(Y-Connection)
如图所示以Y字形连接三相交流电路的电动势或负载。也叫星形接线(Star Connection)。各相的连接点叫作中性点,连接电动势中性点与负载中性点的线叫作中性线。

Y接线(Y-Connection)

·V接线(V-Connection)
去掉Δ接线的1个电动势或1个负载,如图所示以V字形接线。

V接线(V-Connection)
 
三相4线制(Three-Phase Four-Wire System)

海外常用的系统。日本国内的特高压系统采用的方式。简单来说就是集中了3个单相电源的电源电路。

三相4线制(Three-Phase Four-Wire System)
相电压(Phase Voltage)

电线与接地线(中性线)之间的电压。三相时为线电压除以√3的商值。

线电压(Line Voltage)

电线与电线之间的电压。

三相平衡电路

三相的电压的大小相等,连接的负载全部相等时使用。例如负载仅为电机等。

三相非平衡电路

三相的电压的大小不等和负载不相等时使用。例如除电机外,负载还使用其他单相照明设备等。

(5) 信号变换器
交流电压信号变换器

将从VT获得的信号转换为计测用信号的变换器。
为了在额定电压下可得到70%左右的信号,系统过电压时也可进行测量,输入200V电压时使用总量程300V。

交流电流信号变换器

将从CT获得的信号转换为计测用信号的变换器。
不同于VT,系统的电流值可以设计,输入5A的类型可以使用总量程5A。插拔式附带用于保护CT的CT保护器。

无需辅助电源的信号变换器

可从输入信号获得动作所需能量的信号变换器。
如果输入信号满足辅助电源的规格,需要辅助电源的类型也可以将输入用作辅助电源。交流电压、电流信号变换器原理上无法制作4~20mA输出。

电量信号变换器

根据电流和电压计算功率(有功功率)输出仪表信号的变换器。

功率(有功功率)

实际做功的电量。单位:W(瓦特)。0.75kW为1马力(1hP)。

电能(累计用脉冲)

单位时间内使用的电量测量值。计测方法通常是为脉冲赋予权重,对脉冲进行计数。单位:Wh/pulse。作为电费基础的值。

电量信号变换器的输入范围

将输入的功率分配给仪表信号的值。指仪表的最小和最大刻度。数据上需要的值(一级侧功率)除以功率比的商值。

无功功率信号变换器

根据电流和电压计算无功功率并输出仪表信号的变换器。

LEAD

表示比某个标准位置“超前”。有时以±表示,但无相关规定。

LAG

表示比某个标准位置“滞后”。

无功功率

施加到负载的视在功率中未作为有功功率消耗的功率。
单位:var(乏)

视在功率

电气设备上记载的额定电流和额定电压的简单相加值。表示设备的容量。
单位:VA(伏安)

 
功率的关系式

视在功率(VA)、有功功率(P)与无功功率(Q)的关系如下式所示。
VA=
与功率因数(COSφ)的关系则为下式。
P=VA·COSφ

辅助CT、VT(PT)

因为VT、CT发出的信号对于电子电路过大而对信号进行转换,以便电子电路进行处理的小型VT、CT。一般内置于设备。

功率因数信号变换器

根据电流和电压的相位差计算功率因数并输出仪表信号的变换器。根据动作原理的种类,运算结果可能因波形失真的影响而出现差别。

功率因数

视在功率能够作为有效功率使用的值。将电压和电流的相位差设为φ时以下式表示。
功率因数=COSφ

鉴相功率因数校正

根据功率因数信号变换器的动作原理测量电压和电流的相位差,将其替换为功率因数曲线的近似函数得出功率因数信号的方式。

相位角信号变换器

计算电压和电流的相位差并输出仪表信号的变换器。
动作与功率因数信号变换器相同。

鉴相

相位角信号变换器的动作原理,根据电压信号脉冲和电流信号脉冲的波形计算相位差的方式。

频率信号变换器

计算输入电压信号的频率并输出仪表信号的变换器。

频率

表示1秒钟输入了多少个正弦波形的值。日本有50Hz(关东)和60Hz(关西)两种。
单位:Hz(赫兹)

电压相位角信号变换器

计算2个电压输入的相位差并输出仪表信号的变换器。
连接自用发电设备和电力公司的公共电力时,需要根据2个相位打开开关。

多功能电量信号变换器

计算2种以上的电量并输出仪表信号的变换器。
因为电源构造的关系,输出间多为非隔离。

(6) 其他
消耗VA

信号变换器需要输入的视在功率。在VT/CT中规定作为额定负载以“VA”表示,整体负载需要在互感器标示的VA以下。

精度

标准状态下允许出现的百分率误差的极限值。但数值需要符合各种环境条件。等级。

温度的影响

23±10℃时,其变化幅度要在精度范围内。±20℃时为精度的倍数值。

频率的影响

输入频率为50Hz和60Hz时均可使用的类型,在45~65Hz的范围内,输出变化幅度要在精度范围内。

外部磁场的影响

电力相关的信号变换器很可能设置在大电流附近,因此规定即使设置在400A/m的磁场内也不能出现误差。输出变化要在精度范围内。

响应时间

一般的变换器规定了90%响应的时间,电力相关的变换器则规定为达到目标值±1%的时间。

 
输出纹波

信号变换器的输出中包含的交流成分。输入为交流,输出中也会产生若干交流成分。加快响应时间会增大。用峰值到峰值(p-p)表示。

耐冲击强度

电量信号变换器的防雷措施也非常重要。条件是输入±5kV的浪涌也不会损坏。

JIS C1111

表示日本产业标准中的“交流输入信号变换器”。

IEC 60688

JIS C1111所依据的国际标准。将变换器的耐环境性分为了3个等级。

电力标准

信号变换器需要遵守“B 402”标准,其内容对继电器作出了规定。需要满足耐环境性项目(无线设备、过电流强度等)。

(7) 当前的环境
高谐波准则

配备功率电子应用设备是实现省力化、自动化的必要条件,但该设备产生的高谐波电流会对其他电气设备造成异响、振动、烧毁等影响。为此,日本通产省(现经济产业省)于1994年9月30日制定准则,规定了家电设备和高电压设备的高谐波等级。

(8) 电气知识
骨架图(单相连接图)

将设备、连接视为单相记录整个三相电路的电气用连接图。设备用JIS规定的缩写表示。

继电器

检测电气故障向断路器发出信号的设备。根据使用目的分为10种。

PCT(MOF)或VCT

内置电力公司设置的电量测量用VT、CT的设备。

AS

切换来自CT的电流信号的专用开关。不进行CT二级开放即可切换。

VS

切换来自VT的电压信号的专用开关。不进行VT二级短路即可切换。

CB

断路器的缩写。从100V用到几十万V,表示方法相同。

数据记录仪

可以收集模拟量信号和接点信号并记录带时刻数据的装置。还具备警报、最大值检测等功能。

日报、月报

报告1天和1个月的测量数据的表格。
一般以表单的形式保留,内容包括测量值的时间变化、警报动作时的测量值等。取代人工起到了数据记录仪的作用。

 
记忆针

使用传统的模拟量仪表时,为在现场进行“指示提醒”而在常用值附近标注记号。

110V DC

电力设备的备用辅助电源。按照电力公司的规定,需要备用电源的设备需要可以临时耐受-20%、+30%。

需求量

计费供电所需要的电量。“监视需求量”等同于测量单位时间的用电量进行警报动作,避免超过与电力公司签订的协议电量。为避免违反协议缴纳罚款,签订500kWh以上协议的工厂基本都进行了设置。

功率因数校正

包括电机在内,工厂等场所有很多会产生“滞后”成分的负载。因此,该词一般表示电容器。功率因数会影响电力公司的电费,节能法也对其作出了规定。
对于电力公司使用的大型电力设备,电容器(超前)、线圈 *1(滞后)统称为调相设备。 

*1. 正式名称为电抗器

馈线

由基础电气接线经由CB分出的支线。高压馈线为1.1kV以上的接线,低压馈线为600V以下的动力、照明用接线。

线路

配电的名称。双线路配电是指从2个不同场所供电。一方停电时工厂仍可运转。

主要设备的字符符号

电气设备所用设备的字符符号原则上英文名称首字母是大写字符,容易与其他设备混淆时第2、第3个字符也用大写字母表示。

字符符号 用 语 字符符号对应的外语
电压互感器・仪器用互感器类 T 电压互感器 Transformers
VCT*2 电压电流互感器 Voltage and Current Transformers
VT 电压互感器 Voltage Transformers
CT 电流互感器 Current Transformers
ZCT 零相变流器 Zero Phase-sequence Current Transformers
GVT 接地型电压互感器 Grounding Voltage Transformers
GC 接地用电容器 Grounding Capacitors
开闭器・断路器类 S 开闭器 Switches
CB 断路器 Circuit Breakers
OCB 油路断路器 Oil Circuit Breakers
VCB 真空断路器 Vacuum Circuit Breakers
LBS 高压交流负载开闭器 AC Load Break Switches for 6.6kV
DS 断开器 Disconnecting Switches
PC 高压切断器 Primary Cutout Switches
MC 电磁接触器 Electromagnetic Contactors
MCCB 接线用断路器 Molded Case Circuit Breakers
F 保险丝 Fuses
PF 电力保险丝 Power Fuses
AS 电流表切换开关 Ammeter Change-over Switches
VS 电压表切换开关 Voltmeter Change-over Switches
继电器类 OCR 过电流继电器 Overcurrent Relays
GR 漏电继电器 Ground Relays
DGR 方向漏电继电器 Directional Ground Relays
仪表类 A 电流表 Ammeters
V 电压表 Voltmeters
Wh 电表 Watt-hour Meters
其他 C 高压电力电容器 High Voltage Power Capacitors
LA 避雷器 Lightning Arresters
CH 电缆头 Cable Heads
TC 跳闸线圈 Tripping Coils
TT 试验端子 Testing Terminals
E 接地 Earthing

*2. VCT:也叫计量仪器用互感器(Instrument Transformers for Metering Service)。

波峰因数

电压或电流的最大值除以有效值的商值。

  矩形波 正弦波 全波整流波 三角波
波形 矩形波
正弦波 全波整流波 三角波
最大值 V V V V
有效值 V V / √2 V / √2 V / √3
平均值 V 2V / π 2V / π V / 2
波形系数 1 1.11 1.11 1.155
波峰因数 1 1.414 1.414 1.732

以平均值指示的可动线圈型仪表的示数乘以正弦波峰值因数即为有效值刻度。

仪表的用途符号

直流和交流的符号。

种类 符号
直流 直流
交流 交流
直流及交流 直流及交流
平衡三相交流 平衡三相交流
非平衡三相交流 非平衡三相交流

参考文献《简明图解电气施工基础百科(修订第2版)》 电气与施工编辑部编/Ohmsha
《自用电气技术人员实务和控制入门(修订第2版)》 大滨庄司著/Ohmsha