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電量變送器功能介紹及選型問題解答

作者:蘇州迅鵬 來源:原創 日期:2019/9/25 13:09:14 人氣:130
随着電氣系統自動化程度日益提高,對電氣系統的檢測要求越來越高,需要采集各種信号,如電流、電壓、功率、頻率、功率因數等,并将這些信号經過電量變送器轉換成标準信号,傳送到控制系統中。
電量變送器是一種将被測電量參數按線性比例轉換成直流電流或電壓信号或數字信号,并隔離輸出的裝置。常見的電量變送器包括交流電流變送器、交流電壓變送器、頻率變送器、功率變送器、功率因數變送器、電能變送器、直流電流變送器、直流電壓變送器等。下面将根據被測電量參數的類型,詳細解答電量變送器選型時的一些常見問題,讓您輕松學會電量變送器選型方法。

交流電壓/電流變送器是将一定範圍的交流電壓或電流,按比例地轉換成标準的模拟量信号或數字信号輸出。選型較簡單,提供測量量程、輸出信号、工作電源參數即可選出正确的型号;選型時需要注意以下幾點:
● 交流電壓/電流測量時,會有檢測單相或三相的不同需求,選型時注意區分;
● 測量波形有畸變、非标準正弦波的交流電壓或電流信号,需選用真有效值測量方式的變送器;
● 常規當電壓高于500V,電流高于5A時,需要通過互感器二次側接入變送器;其中電流若要求不通過互感器,直接測量一次電流時,可選用穿孔型電流變送器。

頻率變送器測量電網或電力系統的頻率,将一定頻率範圍線性轉換成标準的模拟量信号或數字信号輸出。選型時需要知道頻率測量量程、輸出信号、工作電源參數外,需确定輸入信号的電壓等級,電壓等級可以是一個範圍;高壓系統,需通過電壓互感器二次側接入頻率變送器。

功率變送器測量輸入電壓、電流信号後計算有功/無功功率值,并轉換為與一定功率範圍成線性關系的标準模拟量輸出或數字量輸出。包括單相有功/無功功功率變送器、三相三線有功/無功功功率變送器、三相四線有功/無功功功率變送器。選型時要确定被測系統的接線方式、輸入電流/電壓範圍、工作電源、輸出信号、功率量程;其中功率量程的确定往往是個難題,下面主要介紹如何确定輸出信号對應的功率量程範圍。
● 有功功率(P)代表電路實際消耗的平均功率,單相系統中P=UIcosφ,三相三相系統中P=  UIcosφ(U表示線電壓),三相四線系統中P=3UIcosφ(U表示相電壓),φ為U與I的相位角差。
● 電路中往往含有電感和電容,它們不消耗電能,隻和電源交換能量,這個交換能量的幅度在工程上定義為無功功率(Q),單相系統中Q=UIsinφ,三相三相系統中Q= UIsinφ(U表示線電壓),三相四線系統中Q=3UIsinφ(U表示相電壓),φ為U與I的相位角差。
● 根據上述功率計算公式我們可以輕易計算出不同電力系統下常規的功率量程範圍(如圖一),圖中輸入電流、電壓信号若是來自電流或電壓互感器二次側,那麼功率基準值即為二次功率,根據一次功率 = 二次功率 * 電流互感器變比(CT)* 電壓互感器變比(PT),計算出實際一次功率值;

圖一
● 但很多時候我們需要輸出信号對應的功率量程範圍為被測系統的一次額定功率,而由于變送器輸入的電流、電壓值為二次側信号,變送器生産校準測試時需要二次功率量程範圍,因此根據公式二次功率 = 一次功率/(電流互感器變比(CT)* 電壓互感器變比(PT)),選型時需提供系統電流互感器變比(CT)和電壓互感器變比(PT)數據;
● 根據有功和無功功率的計算公式,當電流、電壓相位角差在不同象限時,可以得出功率的正反向數據如圖二所示;有功功率的正反向分别代表電路發出或消耗的功率;無功功率的正反向分别代表的是感性或容性負載;當功率變送器是正反向測量量程時,輸出信号一般選擇4-12-20mA、0-±5V 等;

圖二              
● 功率變送器可選擇有功功率變送器、無功功率變送器及有功無功組合變送器,輸出信号可選擇雙路輸出,三相的變送器對應的為三相總功率輸出。

電壓與電流的有效值直接相乘,表示電源可供應的或電路可吸收的最大功率,我們稱之為視在功率,有功功率與視在功率的比值PF=P/S=cosφ就是功率因數。功率因數變送器就是将功率因數變換成标準模拟量信号輸出或數字量輸出的儀表。包括單相功率因數變送器、三相三線功率因數變送器、三相四線功率因數變送器。選型時要确定被測系統的接線方式、輸入電流/電壓範圍、工作電源、輸出信号、功率因數測量範圍;和功率變送器類似,選型時較難理解和确認的為功率因數的測量範圍,需注意的有以下幾點:
● 根據公式功率因數PF=P/S=cosφ确定,功率因數是相位角差φ的cos函數關系,而相位角差由系統中含有的感性和容性負載決定,對應關系如圖三,從圖中可以清晰的确定功率因數的範圍,選型時根據實際情況确定即可;

圖三          
● 因電力系統對功率因數有一定的标準要求,目前最常用的功率因數變送器測量範圍0.5(C)~1~0.5(L)可滿足多數系統對功率因數測量的要求,另外常用的測量範圍還有:0(C)~1~0(L)和0~1;
● 另外需要注意,有時會有對系統進行相位角差測量的需求,那麼因功率因數是相位角差φ的cos函數關系,一般建議直接更換為對應的功率因數變送器。

電能變送器将電力系統裡的電能量變送成線性比例的脈沖量輸出或數字量輸出。電能量分為有功電能和無功電能,選型時需确認被測系統的接線方式、輸入電流/電壓範圍、工作電源、輸出信号、脈沖常數;需要注意的問題有:
● 脈沖輸出,可選擇單向或雙向脈沖輸出,雙向脈沖輸出為分别針對正向電能和反向電能的輸出;
● 脈沖輸出常數為一定量電能的脈沖數,如:5000imp/kWh,表示5000個脈沖每千瓦時有功電能,和其他變送器一樣,當輸入的電流、電壓信号通過互感器二次側接入變送器時,變送器的電能量代表的為二次電能,一次側電能 = 二次側電能 * 電流互感器變比(CT)*電壓互感器變比(PT);

其他選型常見問題如下
● 直流電流/電壓變送器選型較簡單,隻需提供測量量程、輸出信号、工作電源參數即可,通常直流電流大于10A時,可外置分流器,或選用穿孔接線方式的直流電流變送器,如霍爾電流變送器;
● 交流系統一般默認為工頻50/60Hz的電力系統,若為其他特殊頻率的交流系統,選型時需單獨提出;
● 除了單功能的電量變送器,也可以選擇一些組合功能的電量變送器,如電流和功率的組合變送器、功率和電能的組合變送器等,選型方法和單功能的變送器一緻;
● 對于數字量輸出的變送器,最常見的為RS485通訊輸出,可測量單個電量值,也可測量多個電量或者全電量數據;
● 多數電量變送器輸入、輸出和電源之間都是相互隔離器的,對于不同電壓等級的電力系統,需注意電量變送器的隔離電壓等級是否滿足要求;
● 電量變送器的測量精度會是電力系統設計時的考慮因素之一,選型時要确認變送器的精度是否滿足設計需求;
● 除上述電量數據外,還會遇到一些特殊的電量數據需要測量,如:負序電流變送器、負序電壓變送器、零序電流變送器、雙路輸出電流變送器等,選型時依據相應變送器選型表,分别明确具體參數即可。

蘇州迅鵬電量變送器


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