電能表現(xiàn)場校驗儀中鉗形電流互感器誤差的檢定方法

張麗偉，鄭光明，申秀香，張景濤

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

電能表的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系供用電雙方的利益，屬于國家強制檢定的項目。電能表現(xiàn)場校驗儀是在實際負(fù)荷狀態(tài)下，對安裝式電能表進(jìn)行檢定的儀器。為了使用安全方便，大部分校驗儀配有鉗形電流互感器。電能表現(xiàn)場校驗儀作為校驗用戶電能表的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，每年必須經(jīng)過國家認(rèn)可的計量檢測部門進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)才能使用。由于其使用頻率高和現(xiàn)場環(huán)境條件的影響，必要時還應(yīng)縮短檢定周期，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，滿足國家規(guī)程規(guī)定的技術(shù)要求。

1 鉗形電流互感器的原理及其誤差分析

鉗形電流互感器(簡稱“鉗形表”)的主要部件是可開合式電流互感器，其原理結(jié)構(gòu)見圖1。其中I1為被測電流；W1為穿過被測電流的導(dǎo)線匝數(shù)，相當(dāng)于互感器初級繞組；W2為互感器次級繞組，被測電流在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，使W2產(chǎn)生感應(yīng)電流I2，I2流經(jīng)負(fù)載。

圖1 鉗形表的原理結(jié)構(gòu)示意

理想狀態(tài)下，等式I1W1=I2W2成立，即安匝平衡公式。實際上由于鉗形表的應(yīng)用特點和結(jié)構(gòu)的特殊性，鐵心必須是可開合的，因此在工作時磁路就不可避免的有2段氣隙，由于空氣的相對磁導(dǎo)率很低，致使鐵心的等效磁導(dǎo)率大大降低，導(dǎo)致鉗形表的誤差較大。在實際的電流互感器中，需要激磁電流I0供給鐵心的激磁和鐵心的損耗。實際安匝方程為：I1W1+I2W2=I0W1，其中，I0為激磁電流，I0W1為激磁安匝。由于I0W1的存在，使得I1和I2的比值不等于W2和W1的比值，由此鉗形表產(chǎn)生誤差?，F(xiàn)在通過各種手段，在工藝上盡量減少鉗形表氣隙長度，增大鐵心截面積，使用高初始磁導(dǎo)率的材料做鐵心，采用電子補償電路對互感器進(jìn)行補償，采取特殊的屏蔽措施減少外部磁場干擾等，使鉗形表的準(zhǔn)確度有了很大提高，一般與電能表現(xiàn)場校驗儀配套的鉗形表，等級有0.1級、0.2級、0.5級、1級。

實際使用中，鉗形表一次繞組，就是串接在被測電流線路上的導(dǎo)線，一般為1匝，被測線路的電流是一次電流I1，二次繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電流I2通過電能表現(xiàn)場校驗儀主機，按一定比例算出一次電流，也就是線路上的被測電流，并由校驗儀顯示。

2 電能表現(xiàn)場校驗儀中鉗形表誤差檢定方法

2.1 小電流鉗形表誤差

電能表現(xiàn)場校驗儀是以電子式標(biāo)準(zhǔn)電能表為主體的多功能標(biāo)準(zhǔn)表。對它的電能誤差檢定可以使用三相電能表檢定裝置。 JJG 1055-1997《交流電能表現(xiàn)場校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》明確規(guī)定“允許使用鉗型電流互感器作為校準(zhǔn)儀的電流輸入元件，校準(zhǔn)時，校準(zhǔn)儀與鉗形電流互感器應(yīng)整體校準(zhǔn)”。小電流鉗形電流互感器的電流一般為5 A，對其檢定應(yīng)符合JJG 1055-1997的技術(shù)要求，對電能誤差的測量方法應(yīng)按JJG 596-1999《電子式電能表》有關(guān)條款規(guī)定的負(fù)荷點進(jìn)行。在每一負(fù)荷點下，至少做2次測量，取其平均值作為測量結(jié)果。如所得的相對誤差等于該表基本誤差限的80%～120%，應(yīng)再做2次測量，取這次和前幾次測量的平均值作為測量結(jié)果。

2.2 大電流鉗形表誤差

2.2.1 檢定方法

通常與電能表現(xiàn)場校驗儀配套使用的鉗形表最大電流為500 A或1 000 A，而電能表檢定裝置最大輸出電流為100 A，對大于100 A的鉗形表無法檢定。

在現(xiàn)場使用大電流鉗形表時，將其串在被檢電能表所接電流互感器一次側(cè)線路，所測得的誤差包括電流互感器、被檢電能表及二者之間連接線的誤差，可以進(jìn)行防竊電接線檢查，所以大電流鉗形表也必須進(jìn)行檢定，但準(zhǔn)確度可以適當(dāng)降低。

對大電流鉗形表檢定時可采用等安匝法，根據(jù)安匝平衡公式，將電能表檢定裝置的電流輸出線在鉗形表一次側(cè)繞n匝，且要求垂直經(jīng)過鉗形表中央，相當(dāng)于電能表檢定裝置將供給大電流鉗形表的輸出電流I放大到nI，然后按JJG 596-1999檢定規(guī)程規(guī)定的負(fù)荷點進(jìn)行檢定。

通過以上方法解決了電能表檢定裝置不能提供大電流的問題，按上述方法進(jìn)行大電流鉗形表檢定時，需要特別注意的是，由于大電流鉗形表給出的輸出脈沖電能常數(shù)C是在一次電流為1匝時的情況，而現(xiàn)在鉗形表上繞了n匝，與電能表檢定裝置相比，大電流鉗形表接到的電流相當(dāng)于擴大了n倍，因此相對于電能表檢定裝置，大電流鉗形表的實際脈沖常數(shù)應(yīng)為nC。檢定時脈沖常數(shù)設(shè)置應(yīng)為nC，否則，檢定誤差數(shù)據(jù)不正確。

在操作中應(yīng)注意:選用適當(dāng)?shù)拇┬膶?dǎo)線長度，截面應(yīng)選相應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)線，以免導(dǎo)線發(fā)熱，影響誤差。穿心導(dǎo)線要均勻纏繞在鐵心上，最好事先做一個有10匝繞組的連接導(dǎo)線，并用非金屬線將10匝固定好，使方向一致，這樣在檢定200 A或500 A鉗形表時，讓裝置輸出20 A或50 A即可。

2.2.2 應(yīng)用實例

使用上述方法對WT-5103D型三相電能表現(xiàn)場校驗儀進(jìn)行檢定，此設(shè)備低頻脈沖常數(shù)可以任意設(shè)定，檢定時脈沖常數(shù)設(shè)為4 000 imp/kWh，與校驗儀配套的大電流鉗形表為500 A，等級為0.5級。檢定時在鉗形表一次穿心5匝，電能表檢定裝置輸出電流100 A，鉗形表一次安匝數(shù)500安匝，根據(jù)安匝平衡原理，相當(dāng)于鉗形表穿心1匝，升500 A電流。用電能表檢定裝置進(jìn)行檢定，此時在電能表檢定裝置的參數(shù)設(shè)置中，被檢校驗儀的脈沖常數(shù)應(yīng)設(shè)為5×4 000 imp/kWh =20 000 imp/kWh，然后按JJG 596-1999有關(guān)條款規(guī)定的負(fù)荷點進(jìn)行合元誤差檢測，升所需電壓，電流升至以100 A為基本量限的各負(fù)荷點。大電流鉗形表誤差檢定接線示意見圖2，檢定數(shù)據(jù)結(jié)果見表1，其中檢定電壓為3×220 VA。

圖2 大電流鉗形表誤差檢定接線示意

表1 大電流鉗形表誤差檢定結(jié)果

裝置實際輸出電流鉗形表安匝數(shù)/匝功率因數(shù)誤差/%3×100 A5001.0+0.4435000.5L+0.2315000.8C+0.4293×50 A2501.0+0.3712500.5L+0.1912500.8C+0.2793×20 A1000.5L+0.2141000.8C+0.2353×10 A501.0+0.264

2.2.3 檢定方法的驗證

為了證明上述等安匝法的正確性，可通過100 A、50 A負(fù)荷點進(jìn)行驗證。下面2組數(shù)據(jù)，第1組是用電能表檢定裝置直接輸出100 A、50 A，鉗形表穿心1匝時測得的誤差，見表2。第2組是鉗形表穿心5匝，電能表檢定裝置輸出20 A、10 A，等效于大電流鉗形表電能表校驗儀工作在100 A、50 A測得的誤差，見表3。其中檢定電壓為3×220 V。

表2 鉗形表穿心1匝時測得的誤差

裝置實際輸出電流鉗形表安匝數(shù)/匝功率因數(shù)誤差/%3×100 A1001.0+0.1820.5L+0.1650.8C+0.1943×50 A501.0+0.2370.5L+0.1890.8C+0.254

表3 鉗形表穿心5匝時測得的誤差

裝置實際輸出電流鉗形表安匝數(shù)/匝功率因數(shù)誤差/%3×20 A1001.0+0.2240.5L+0.2140.8C+0.2353×10 A501.0+0.2640.5L+0.2280.8C+0.285

通過比較2組數(shù)據(jù)可以看出，鉗形表最大變差為0.042%，能夠滿足鉗形表0.5級的準(zhǔn)確度等級要求，因此采用上述方法可完成大電流鉗形表誤差的基本檢定。

3 鉗形表使用注意事項

a. 電能表校驗儀開機前應(yīng)插好鉗形表插頭，同校驗儀一起預(yù)熱5 min以上方可使用，禁止開機后插、拔鉗形表插頭。

b. 在現(xiàn)場使用鉗形表夾線前，應(yīng)保證被測電流線接線牢固可靠，以免鉗形表重量或外力使現(xiàn)場電流線脫落造成開路。

c. 鉗形表使用前必須檢查鉗口是否清潔，如不清潔則清理后再使用，否則會帶來較大的測量誤差。

d. 要開合兩三次后再進(jìn)行測量，測量時不能用手挪動鉗口或用手夾緊鉗頭。

e. 鉗形表經(jīng)長途運輸或斷裂振動后要檢查鉗口接觸有無縫隙，應(yīng)保證無縫隙后再使用。

f. 與電能表校驗儀配用的鉗形表在出廠前已按相和校驗儀綜合調(diào)試好，U、V、W三相不能互換，否則會帶來很大測試誤差。

g. 鉗形表在夾電流導(dǎo)線時鉗口張開要適度，鉗口齒合時要自然松開按柄，當(dāng)遇到電流導(dǎo)線阻礙時要重新夾好，應(yīng)聽到鉗口清脆接觸聲“咔”為好，嚴(yán)禁夾線后鉗口有間隙，否則會帶來較大的測量誤差。

h. 鉗形表在使用中要輕拿輕放，禁止劇烈搖動，用完后放在保護(hù)袋中，防止塵土進(jìn)入影響測量精度。

4 結(jié)束語

由于標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置最大輸出電流為100 A，對于與電能表校驗儀配套使用的量限大于100 A的鉗形表則無法檢定，通過電流互感器安匝平衡原理，解決了在標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置上檢定大電流鉗形表誤差的問題。另外，以上僅對電能表現(xiàn)場校驗儀中鉗形表誤差的檢定方法提出見解并進(jìn)行了驗證，對于檢定大電流鉗形表時纏繞繞阻的導(dǎo)線電流、漏電流、寄生電容等究竟會產(chǎn)生多大的測量誤差，并沒有在理論上進(jìn)行計算。