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电量变送器功能介绍及选型问题解答

作者:苏州迅鹏 来源:原创 日期:2019/9/25 13:09:14 人气:131
随着电气系统自动化程度日益提高,对电气系统的检测要求越来越高,需要采集各种信号,如电流、电压、功率、频率、功率因数等,并将这些信号经过电量变送器转换成标准信号,传送到控制系统中。
电量变送器是一种将被测电量参数按线性比例转换成直流电流或电压信号或数字信号,并隔离输出的装置。常见的电量变送器包括交流电流变送器、交流电压变送器、频率变送器、功率变送器、功率因数变送器、电能变送器、直流电流变送器、直流电压变送器等。下面将根据被测电量参数的类型,详细解答电量变送器选型时的一些常见问题,让您轻松学会电量变送器选型方法。

交流电压/电流变送器是将一定范围的交流电压或电流,按比例地转换成标准的模拟量信号或数字信号输出。选型较简单,提供测量量程、输出信号、工作电源参数即可选出正确的型号;选型时需要注意以下几点:
● 交流电压/电流测量时,会有检测单相或三相的不同需求,选型时注意区分;
● 测量波形有畸变、非标准正弦波的交流电压或电流信号,需选用真有效值测量方式的变送器;
● 常规当电压高于500V,电流高于5A时,需要通过互感器二次侧接入变送器;其中电流若要求不通过互感器,直接测量一次电流时,可选用穿孔型电流变送器。

频率变送器测量电网或电力系统的频率,将一定频率范围线性转换成标准的模拟量信号或数字信号输出。选型时需要知道频率测量量程、输出信号、工作电源参数外,需确定输入信号的电压等级,电压等级可以是一个范围;高压系统,需通过电压互感器二次侧接入频率变送器。

功率变送器测量输入电压、电流信号后计算有功/无功功率值,并转换为与一定功率范围成线性关系的标准模拟量输出或数字量输出。包括单相有功/无功功功率变送器、三相三线有功/无功功功率变送器、三相四线有功/无功功功率变送器。选型时要确定被测系统的接线方式、输入电流/电压范围、工作电源、输出信号、功率量程;其中功率量程的确定往往是个难题,下面主要介绍如何确定输出信号对应的功率量程范围。
● 有功功率(P)代表电路实际消耗的平均功率,单相系统中P=UIcosφ,三相三相系统中P=  UIcosφ(U表示线电压),三相四线系统中P=3UIcosφ(U表示相电压),φ为U与I的相位角差。
● 电路中往往含有电感和电容,它们不消耗电能,只和电源交换能量,这个交换能量的幅度在工程上定义为无功功率(Q),单相系统中Q=UIsinφ,三相三相系统中Q= UIsinφ(U表示线电压),三相四线系统中Q=3UIsinφ(U表示相电压),φ为U与I的相位角差。
● 根据上述功率计算公式我们可以轻易计算出不同电力系统下常规的功率量程范围(如图一),图中输入电流、电压信号若是来自电流或电压互感器二次侧,那么功率基准值即为二次功率,根据一次功率 = 二次功率 * 电流互感器变比(CT)* 电压互感器变比(PT),计算出实际一次功率值;

图一
● 但很多时候我们需要输出信号对应的功率量程范围为被测系统的一次额定功率,而由于变送器输入的电流、电压值为二次侧信号,变送器生产校准测试时需要二次功率量程范围,因此根据公式二次功率 = 一次功率/(电流互感器变比(CT)* 电压互感器变比(PT)),选型时需提供系统电流互感器变比(CT)和电压互感器变比(PT)数据;
● 根据有功和无功功率的计算公式,当电流、电压相位角差在不同象限时,可以得出功率的正反向数据如图二所示;有功功率的正反向分别代表电路发出或消耗的功率;无功功率的正反向分别代表的是感性或容性负载;当功率变送器是正反向测量量程时,输出信号一般选择4-12-20mA、0-±5V 等;

图二              
● 功率变送器可选择有功功率变送器、无功功率变送器及有功无功组合变送器,输出信号可选择双路输出,三相的变送器对应的为三相总功率输出。

电压与电流的有效值直接相乘,表示电源可供应的或电路可吸收的最大功率,我们称之为视在功率,有功功率与视在功率的比值PF=P/S=cosφ就是功率因数。功率因数变送器就是将功率因数变换成标准模拟量信号输出或数字量输出的仪表。包括单相功率因数变送器、三相三线功率因数变送器、三相四线功率因数变送器。选型时要确定被测系统的接线方式、输入电流/电压范围、工作电源、输出信号、功率因数测量范围;和功率变送器类似,选型时较难理解和确认的为功率因数的测量范围,需注意的有以下几点:
● 根据公式功率因数PF=P/S=cosφ确定,功率因数是相位角差φ的cos函数关系,而相位角差由系统中含有的感性和容性负载决定,对应关系如图三,从图中可以清晰的确定功率因数的范围,选型时根据实际情况确定即可;

图三          
● 因电力系统对功率因数有一定的标准要求,目前最常用的功率因数变送器测量范围0.5(C)~1~0.5(L)可满足多数系统对功率因数测量的要求,另外常用的测量范围还有:0(C)~1~0(L)和0~1;
● 另外需要注意,有时会有对系统进行相位角差测量的需求,那么因功率因数是相位角差φ的cos函数关系,一般建议直接更换为对应的功率因数变送器。

电能变送器将电力系统里的电能量变送成线性比例的脉冲量输出或数字量输出。电能量分为有功电能和无功电能,选型时需确认被测系统的接线方式、输入电流/电压范围、工作电源、输出信号、脉冲常数;需要注意的问题有:
● 脉冲输出,可选择单向或双向脉冲输出,双向脉冲输出为分别针对正向电能和反向电能的输出;
● 脉冲输出常数为一定量电能的脉冲数,如:5000imp/kWh,表示5000个脉冲每千瓦时有功电能,和其他变送器一样,当输入的电流、电压信号通过互感器二次侧接入变送器时,变送器的电能量代表的为二次电能,一次侧电能 = 二次侧电能 * 电流互感器变比(CT)*电压互感器变比(PT);

其他选型常见问题如下
● 直流电流/电压变送器选型较简单,只需提供测量量程、输出信号、工作电源参数即可,通常直流电流大于10A时,可外置分流器,或选用穿孔接线方式的直流电流变送器,如霍尔电流变送器;
● 交流系统一般默认为工频50/60Hz的电力系统,若为其他特殊频率的交流系统,选型时需单独提出;
● 除了单功能的电量变送器,也可以选择一些组合功能的电量变送器,如电流和功率的组合变送器、功率和电能的组合变送器等,选型方法和单功能的变送器一致;
● 对于数字量输出的变送器,最常见的为RS485通讯输出,可测量单个电量值,也可测量多个电量或者全电量数据;
● 多数电量变送器输入、输出和电源之间都是相互隔离器的,对于不同电压等级的电力系统,需注意电量变送器的隔离电压等级是否满足要求;
● 电量变送器的测量精度会是电力系统设计时的考虑因素之一,选型时要确认变送器的精度是否满足设计需求;
● 除上述电量数据外,还会遇到一些特殊的电量数据需要测量,如:负序电流变送器、负序电压变送器、零序电流变送器、双路输出电流变送器等,选型时依据相应变送器选型表,分别明确具体参数即可。

苏州迅鹏电量变送器


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