電力信號變換器專用用語說明|常見術語與應用解析

日本MG有限公司電力監控產品


電力信號專用用語說明

(1) 輸入設備
電壓互感器VT(Voltage Transformer)
也叫PT(Potential Transformer)

進行高電壓電路的電壓測量時,為獲得隔離的110V電壓而使用的電壓互感器。
一般會設定保險絲作為一級側過電壓和二級側短路時的保護措施。

電壓互感器VT(Voltage Transformer) 也叫PT(Potential Transformer)
VT比(PT比)

VT的一級電壓除以二級電壓的商值。可根據二級測量電壓輕鬆得出一級電壓。

GPT(Grounding Potential Transformer)
也叫GVT

在未接地的三相電源電路中(配電線等)檢測漏電的專用VT。設有可用作電壓互感器的二級側和三級側,透過在三級側進行開口三角形連接,可偵測到零相電壓。為偵測漏電而連接的儀表需具備「快速反應」、「最大值保持」等功能。

0

指零相電壓。用於檢測未接地電路的漏電的訊號。

0

指零相電流。檢測漏電。透過測量與V0的相位差可以判斷出漏電地點。 (方向漏電檢測)

 
電流互感器(CT:Current Transformer)

測量大電流電路的電流時,為獲得隔離的5A(1A)電流訊號而使用的電壓互感器。
一級側串聯要測量或控制的電流通道。也可以將高電壓電流轉換為低電壓電流。也叫變流器。有一級、二級均纏繞在鐵芯上的繞組型和一級以直線狀導體的形態貫穿鐵芯的貫通型。如果在一級側通入電流的狀態(活線狀態)下開放二級側,端子之間會產生高電壓,擊穿隔離導致其燒毀。因此,連接的設備需要具備防止二級開放的功能。本公司的插拔式訊號變換器備有CT保護器以防止二級側開放。

電流互感器(CT:Current Transformer)
CT比

CT的一級電流除以二級電流的商值。可根據二級測量電流輕鬆得出一級電流。

ZCT(Zero Phase Current Transformer)

偵測零相電流的專用CT。一級側的零相電流(漏電電流)為200mA時,在二級側可以得到1.5mA的訊號。一級側電流通常高達數百A~數kA,為了偵測到200mA,許多產品都透過固定電線位置來提高效能。簡易測量零相電流時也可透過3CT方式串聯CT的二級側進行偵測。

VCT(Voltage and Current Transformer)

電力公司設置在入口附近的計量儀器用電壓電流互感器、電錶用互感器。

分流電阻

將大電流轉換為小電壓的電阻。用於替代CT。但沒有隔離,使用時需要注意。總量程一般為200mV。

倍率器

電壓表用VT。多為製造商的專用設備。

合成變比(功率比)

CT比與VT比的乘積值。可根據二級功率值輕鬆得出一級功率值。

 
(2) 輸入波形
有效值(rms)

與直流電路的電壓、電流等效的交流電壓、電流的值稱為有效值。

有效值(rms)

在100V DC的直流電源連接100W的燈泡時會有1A的電流流通。
要達到相同亮度所需的交流電壓為100V。此交流電壓值100V AC叫作有效值。此時流通的電流值為有效值1A AC。

平均值

與訊號正側(負側)的面積相同的長方形的高度叫作平均值。

平均值
高諧波

擁有基本頻率整數倍的頻率成分的電壓、電流。 JIS C 1111標準要求有效值運算方式保證在三次高諧波15%時的性能(100%的50Hz成分疊加15%的150Hz成分)。

變頻器(Inverter)

·通用變頻器
將直流電轉換為交流電的裝置。也叫逆變裝置。與整流裝置組合可以將交流電源的頻率轉換為任意頻率。絕大多數製造商採用的都是“高載波PWM控制方法”,變頻器一級、二級的電壓電流波形差異較大。首先,一級側的電壓波形與電力系統基本上相同,含有少量高諧波,電流波形含有較多高諧波成分,具體情況因變頻器的原理而異。二級側的電壓原理上是脈衝連續、含有較多高頻成分的波形,​​電流受馬達的線圈成分的影響,波形接近正弦波,但含有尖峰雜訊。

·太陽能變頻器(電力系統連接用設備)
將直流電轉換為交流波形的變頻器。波形中幾乎沒有高諧波成分。

 
波峰因數

相對於波形有效值成分的最大峰值。正弦波形時為√2。

失真率

高諧波成分佔波形基波成分的總比例。

晶閘管(Thyristor)

有3個以上的pn結,利用閘極電流控制大電流的半導體元件。

晶閘管(Thyristor)

·相位控制
控制交流波形的一部分,對加熱器等的功率進行調整的方法。
因為包含高頻成分,所以測量儀表的性能差異表現得較為明顯。

·循環控制
以固定時間週期(1~2秒)控制向二級側供電的比例方式,主要用於「電爐」。

斜坡函數

突然切斷變壓器的電源,變壓器中會留有磁性。因為與斷電後遺留的磁性有相位差,再次通電時會產生直流成分。
如果誤認為“交流電路(電源)中沒有直流”,會導致錯誤。

 
(3) 其他輸入
潮流

電力一般是從“電源”流向“負載”。但負載為發電機等設備時,電力也會反向流動。這種電力流動的轉換叫做“潮流”,過去只與日常需要增減發電機的電力公司有關。基本上配電以(+)、供電以(-)表示。

過電壓強度

電壓輸入設備能夠承受的過大輸入(不會損壞)值。

 
過電流強度

電流輸入設備能夠承受的過大輸入(不會損壞)值。

過電流常數

表示電流輸入設備最大能夠測量幾倍於輸入的電流值。常見於CT。

 
(4) 電源系統的種類
單相2線制

一般供應100V AC的系統。需要高功率時(大型加熱器等)大多使用三相3線制等其他方式。

單相3線制(Single-Phase Three-Wire System)

可在接地電壓150V以下的電路中使用100V及200V設備的配電方式。
考慮到接線電阻所造成的電壓下降,電壓互感器的額定輸出為105V/210V。

單相3線制(Single-Phase Three-Wire System)
三相3線制(Three-Phase Three-Wire System)

用3根電線對三相交流進行配電的方式。有Δ接線、Y接線、V接線之分。

·Δ接線(Delta Connection)

Δ接線(Delta Connection)

·Y接線(Y-Connection)
如圖所示以Y字形連接三相交流電路的電動勢或負載。也叫星形接線(Star Connection)。各相的連接點叫作中性點,連接電動勢中性點與負載中性點的線叫作中性線。

Y接線(Y-Connection)

·V接線(V-Connection)
去掉Δ接線的1個電動勢或1個負載,如圖所示以V字形接線。

V接線(V-Connection)
 
三相4線制(Three-Phase Four-Wire System)

海外常用的系統。日本國內的特高壓系統所採用的方式。簡單來說就是集中了3個單相電源的電源電路。

三相4線制(Three-Phase Four-Wire System)
相電壓(Phase Voltage)

電線與接地線(中性線)之間的電壓。三相時為線電壓除以√3的商值。

線電壓(Line Voltage)

電線與電線之間的電壓。

三相平衡電路

三相的電壓的大小相等,連接的負載全部相等時使用。例如負載僅為馬達等。

三相非平衡電路

三相的電壓的大小不等和負載不相等時使用。例如除馬達外,負載還使用其他單相照明設備等。

 
(5) 訊號變換器
交流電壓訊號變換器

將從VT獲得的訊號轉換為測量用訊號的變換器。
為了在額定電壓下可得到70%左右的訊號,系統過電壓時也可進行測量,輸入200V電壓時使用總量程300V。

交流電流訊號變換器

將從CT獲得的訊號轉換為測量用訊號的變換器。
不同於VT,系統的電流值可以設計,輸入5A的類型可以使用總量程5A。插拔式附帶用於保護CT的CT保護器。

無需輔助電源的訊號變換器

可從輸入訊號獲得動作所需能量的訊號變換器。
如果輸入訊號符合輔助電源的規格,需要輔助電源的類型也可以將輸入用作輔助電源。交流電壓、電流訊號變換器原理上無法製作4~20mA輸出。

電量訊號變換器

根據電流和電壓計算功率(有功功率)輸出儀表訊號的變換器。

功率(有功功率)

實際做功的電量。單位:W(瓦特)。 0.75kW為1馬力(1hP)。

電能(累計用脈衝)

單位時間內所使用的電量測量值。計測方法通常是為脈衝賦予權重,對脈衝進行計數。單位:Wh/pulse。作為電費基礎的值。

電量訊號變換器的輸入範圍

將輸入的功率分配給儀表訊號的值。指儀表的最小和最大刻度。資料上所需的值(一級側功率)除以功率比的商值。

無功功率訊號變換器

根據電流和電壓計算無功功率並輸出儀表訊號的變換器。

LEAD

表示比某個標準位置「超前」。有時以±表示,但無相關規定。

LAG

表示比某個標準位置「滯後」。

無功功率

施加到負載的視在功率中未作為有功功率消耗的功率。
單位:var(乏)

視在功率

電氣設備上記載的額定電流和額定電壓的簡單相加值。表示設備的容量。
單位:VA(伏安)

 
功率的關係式

視在功率(VA)、有功功率(P)與無功功率(Q)的關係如下式所示。
VA=
與功率因數(COSφ)的關係則為下式。
P=VA·COSφ

輔助CT、VT(PT)

因為VT、CT發出的訊號對於電子電路過大而將訊號轉換,以便電子電路處理的小型VT、CT。一般內建於設備。

功率因數訊號變換器

根據電流和電壓的相位差計算功率因數並輸出儀表訊號的變換器。根據動作原理的種類,運算結果可能會因波形失真的影響而產生差異。

功率因數

視在功率能夠作為有效功率使用的值。將電壓和電流的相位差設為φ時以下式表示。
功率因數=COSφ

鑑相功率因數校正

根據功率因數訊號變換器的動作原理測量電壓和電流的相位差,將其替換為功率因數曲線的近似函數得出功率因數訊號的方式。

相位角訊號變換器

計算電壓和電流的相位差並輸出儀表訊號的變換器。
動作與功率因數訊號變換器相同。

鑑相

相位角訊號變換器的動作原理,根據電壓訊號脈衝和電流訊號脈衝的波形計算相位差的方式。

頻率訊號變換器

計算輸入電壓訊號的頻率並輸出儀表訊號的變換器。

頻率

表示1秒鐘輸入了多少個正弦波形的數值。日本有50Hz(關東)和60Hz(關西)兩種。
單位:Hz(赫茲)

電壓相位角訊號變換器

計算2個電壓輸入的相位差並輸出儀表訊號的變換器。
連接自用發電設備和電力公司的公共電力時,需要根據2個相位打開開關。

多功能電量訊號變換器

計算2種以上的電量並輸出儀表訊號的變換器。
因為電源構造的關係,輸出間多為非隔離。

 
(6) 其他
消耗VA

訊號變換器需要輸入的視在功率。在VT/CT中規定作為額定負載以「VA」表示,整體負載需要在互感器標示的VA以下。

精確度

標準狀態下允許出現的百分率誤差的極限值。但數值需符合各種環境條件。等級。

溫度的影響

23±10℃時,其變化幅度要在精度範圍內。 ±20℃時為精度的倍數值。

頻率的影響

輸入頻率為50Hz和60Hz時皆可使用的類型,在45~65Hz的範圍內,輸出變化幅度要在精度範圍內。

外部磁場的影響

電力相關的訊號變換器很可能設定在大電流附近,因此規定即使設定在400A/m的磁場內也不能出現誤差。輸出變化要在精度範圍內。

回應時間

一般的變換器規定了90%響應的時間,電力相關的變換器則規定為達到目標值±1%的時間。

 
輸出紋波

訊號變換器的輸出所包含的交流成分。輸入為交流,輸出中也會產生若干交流成分。加快響應時間會增大。用峰值到峰值(pp)表示。

耐衝擊強度

電量訊號變換器的防雷措施也非常重要。條件是輸入±5kV的突波也不會損壞。

JIS C1111

表示日本產業標準中的「交流輸入訊號變換器」。

IEC 60688

JIS C1111所依據的國際標準。將變換器的耐環境性分為了3個等級。

電力標準

訊號變換器需要遵守「B 402」標準,其內容對繼電器作出了規定。需滿足耐環境性項目(無線設備、過電流強度等)。

 
(7) 目前的環境
高諧波準則

配備功率電子應用設備是實現省力化、自動化的必要條件,但該設備產生的高諧波電流會對其他電氣設備造成異響、振動、燒毀等影響。為此,日本通產省(現經濟產業省)於1994年9月30日制定準則,規定了家電設備和高壓設備的高諧波等級。

 
(8) 電氣知識
骨架圖(單相連結圖)

將設備、連接視為單相記錄整個三相電路的電氣用連接圖。設備用JIS規定的縮寫表示。

繼電器

檢測電氣故障向斷路器發出訊號的設備。依使用目的分為10種。

PCT(MOF)或VCT

內置電力公司設定的電量測量用VT、CT的設備。

AS

切換來自CT的電流訊號的專用開關。不進行CT二級開放即可切換。

VS

切換來自VT的電壓訊號的專用開關。不進行VT二級短路即可切換。

CB

斷路器的縮寫。從100V用到幾十萬V,表示方法相同。

數據記錄儀

可以收集類比訊號和接點訊號並記錄帶時刻資料的裝置。還具備警報、最大值檢測等功能。

日報、月報

報告1天和1個月的測量數據的表格。
一般以表單的形式保留,內容包括測量值的時間變化、警報動作時的測量值等。取代人工起到了數據記錄器的作用。

 
記憶針

使用傳統的類比量儀表時,為在現場進行「指示提醒」而在常用值附近標註記號。

110V DC

電力設備的備用輔助電源。依照電力公司的規定,需要備用電源的設備需要可以臨時耐受-20%、+30%。

需求量

計費供電所需的電力。 「監視需求量」等同於測量單位時間的用電量進行警報動作,避免超過與電力公司簽訂的協議電量。為避免違反協議繳納罰款,簽訂500kWh以上協議的工廠基本上都進行了設置。

功率因數校正

包括馬達在內,工廠等場所有很多會產生「滯後」成分的負載。因此,該詞一般表示電容器。功率因數會影響電力公司的電費,節能法也對此做了規定。
對於電力公司所使用的大型電力設備,電容器(超前)、線圈*1(滯後)統稱為調相設備。 

*1. 正式名稱為電抗器

饋線

由基礎電氣接線經由CB分出的支線。高壓饋線為1.1kV以上的接線,低電壓饋線為600V以下的動力、照明用接線。

線路

配電的名稱。雙線路配電是指從2個不同場所供電。一方停電時工廠仍可運轉。

 
主要設備的字元符號

電氣設備所用設備的字符符號原則上英文名稱首字母是大寫字符,容易與其他設備混淆時第2、第3個字符也用大寫字母表示。

字元符號 用語 字元符號對應的外語
電壓互感器・儀器用互感器類 T 電壓互感器 Transformers
VCT *2 電壓電流互感器 Voltage and Current Transformers
VT 電壓互感器 Voltage Transformers
CT 電流互感器 Current Transformers
ZCT 零相變流器 Zero Phase-sequence Current Transformers
GVT 接地型電壓互感器 Grounding Voltage Transformers
GC 接地用電容器 Grounding Capacitors
開閉器・斷路器類 S 開閉器 Switches
CB 斷路器 Circuit Breakers
OCB 油路斷路器 Oil Circuit Breakers
VCB 真空斷路器 Vacuum Circuit Breakers
LBS 高壓交流負載開閉器 AC Load Break Switches for 6.6kV
DS 斷開器 Disconnecting Switches
PC 高壓切斷器 Primary Cutout Switches
MC 電磁接觸器 Electromagnetic Contactors
MCCB 接線用斷路器 Molded Case Circuit Breakers
F 保險絲 Fuses
PF 電力保險絲 Power Fuses
AS 電流表切換開關 Ammeter Change-over Switches
VS 電壓表切換開關 Voltmeter Change-over Switches
繼電器類 OCR 過電流繼電器 Overcurrent Relays
GR 漏電繼電器 Ground Relays
DGR 方向漏電繼電器 Directional Ground Relays
儀表類 A 電流表 Ammeters
V 電壓表 Voltmeters
Wh 電錶 Watt-hour Meters
其他 C 高壓電力電容器 High Voltage Power Capacitors
LA 避雷器 Lightning Arresters
CH 電纜頭 Cable Heads
TC 跳脫線圈 Tripping Coils
TT 試驗端子 Testing Terminals
E 接地 Earthing

*2. VCT:也叫計量儀器用互感器(Instrument Transformers for Metering Service)。

 
波峰因數

電壓或電流的最大值除以有效值的商值。

  長方形波 正弦波 全波整流波 三角波
波形 長方形波 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
波形係數 1 1.11 1.11 1.155
波峰因數 1 1.414 1.414 1.732

以平均值指示的可動線圈型儀表的示數乘以正弦波峰值因數即為有效值刻度。

 
儀表的用途符號

直流和交流的符號。

種類 符號
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

參考文獻《簡明圖解電氣施工基礎百科(修訂第2版)》 電氣與施工編輯部編/Ohmsha
《自用電氣技術人員實務與控制入門(修訂第2版)》 大濱莊司著/Ohmsha

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