互感器校驗(yàn)儀差壓回路的分析及其附加負(fù)荷推算

張杰梁，董小龍，黃　洪，趙斯衎

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

互感器校驗(yàn)儀差壓回路的分析及其附加負(fù)荷推算

張杰梁，董小龍，黃洪，趙斯衎

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

為確定互感器校驗(yàn)儀差壓回路負(fù)荷對(duì)電磁式電壓互感器檢定結(jié)果的影響，在給出國(guó)內(nèi)檢定規(guī)程對(duì)差壓回路負(fù)荷技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，分析目前國(guó)內(nèi)外常用的兩種不同互感器校驗(yàn)儀的原理以及相應(yīng)的差壓回路附加負(fù)荷計(jì)算過(guò)程。分析結(jié)果表明：若忽略電流極性指示器所消耗的容量，兩種互感器校驗(yàn)儀差壓回路的容量相等；互感器校驗(yàn)儀差壓回路附加負(fù)荷造成的測(cè)量誤差，取決于標(biāo)準(zhǔn)和被檢電壓互感器二次側(cè)阻抗壓降；采用0.002級(jí)雙級(jí)電壓互感器對(duì)0.01～0.05級(jí)電壓互感器進(jìn)行檢定時(shí)，附加負(fù)荷造成的影響可忽略不計(jì)。

電壓互感器；互感器校驗(yàn)儀；差壓回路；附加負(fù)荷

0　引　言

在分析二次負(fù)荷對(duì)電壓互感器檢定結(jié)果的影響時(shí)，往往僅考慮電壓互感器負(fù)荷箱的重要性而忽略了互感器差值回路附加負(fù)荷的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明[1]，若互感器校驗(yàn)儀差壓回路附加負(fù)荷過(guò)大，將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器或被檢互感器產(chǎn)生明顯的容量變化，從而影響檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性[2-3]。此外，JJG 314——2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》中對(duì)附加負(fù)荷也有明確規(guī)定，即互感器校驗(yàn)儀差壓測(cè)量回路的附加二次負(fù)荷引起的測(cè)量誤差≤1/20[4]。JJG 169——2010《互感器校驗(yàn)儀檢定規(guī)程》則要求在額定工作電壓下，差壓回路的電流不得超過(guò)1mA；在工作電壓的其他百分?jǐn)?shù)下，差壓回路的壓降不得超過(guò)額定電壓下最大允許壓降與電壓百分?jǐn)?shù)之積[5]。但實(shí)際上，互感器校驗(yàn)儀的附加負(fù)荷很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)出，僅能根據(jù)各類互感器校驗(yàn)儀各量程的回路阻抗計(jì)算確定。鑒于此，文中在分析目前常用的兩種不同原理互感器校驗(yàn)儀差壓回路的基礎(chǔ)上，對(duì)其附加負(fù)荷進(jìn)行推算，為相關(guān)儀器差壓回路附加負(fù)荷的誤差分析提供技術(shù)依據(jù)。

1　比較儀式互感器校驗(yàn)儀差壓回路分析

比較儀式互感器校驗(yàn)儀的工作原理是以工作電壓下通過(guò)電流比較儀測(cè)小電流為基礎(chǔ)。如果將標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次電壓作為工作電壓，并經(jīng)電壓互感器Tb降為儀器內(nèi)部工作電壓，被檢電壓互感器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次差壓作為被校小電壓輸入互感器校驗(yàn)儀便可獲得電壓互感器的誤差。比較儀式互感器校驗(yàn)儀檢定一般電壓互感器的誤差線路[6]如圖1所示。

圖1　比較儀式互感器校驗(yàn)儀檢定線路

圖中，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和被檢電壓互感器一次繞組并聯(lián)，由升壓器輸出端供電。標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的二次電壓接儀器的工作電壓回路，被檢電壓互感器的二次電壓接二次負(fù)荷Y，并與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器二次電壓相比較，差壓加在由電阻R0與電流比較儀初級(jí)繞組串聯(lián)的支路上，從而在R0上產(chǎn)生對(duì)差壓取樣的電流假設(shè)比較儀繞組的內(nèi)阻抗為零，則：

測(cè)量回路的供電電壓UB是由電壓U2n經(jīng)降壓互感器TP提供，若變換系數(shù)為

當(dāng)在測(cè)量回路中升起電壓U1時(shí)，電壓U2n經(jīng)降壓互感器TP產(chǎn)生電壓UB，兩個(gè)電壓互感器的次級(jí)電壓同時(shí)經(jīng)電阻R0產(chǎn)生電流交替調(diào)節(jié)電導(dǎo)箱和電容箱從而改變注入電流Ig+jIc的大小，當(dāng)接在比較儀指零線圈上的檢流計(jì)D指零時(shí)，可知被測(cè)電流和注入電流大小相等方向相反。由此得到平衡方程：

聯(lián)立式（1）～式（3）可得被檢電壓互感器的誤差：

2　電子式互感器校驗(yàn)儀差壓回路分析

圖2　電子式互感器校驗(yàn)儀檢定線路

式中：U2n——標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的次級(jí)電壓；

Uf——差電壓的同相分量；

Uδ——差電壓的正交分量。

圖3　差電壓后續(xù)處理線路

3　差壓回路負(fù)荷對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

3.1差壓回路附加負(fù)荷容量計(jì)算

由比較儀和電子式互感器校驗(yàn)儀的測(cè)量原理[8]可知，差壓回路給標(biāo)準(zhǔn)和被檢電壓互感器都帶來(lái)了附加負(fù)荷。這是因?yàn)椴顗夯芈返男‰娏饕渤蔀闃?biāo)準(zhǔn)和被檢電壓互感器二次負(fù)荷的一部分。標(biāo)準(zhǔn)和被檢電壓互感器的二次電流為

3.2差壓回路負(fù)荷對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

電子式互感器校驗(yàn)儀是采樣電阻分壓器上的電壓，當(dāng)電壓增大，電阻分壓器消耗容量，差壓回路容量比較儀式互感器校驗(yàn)儀是將差壓通過(guò)電阻R0轉(zhuǎn)換為小電流ΔI進(jìn)行測(cè)量。若忽略電流極性指示器所消耗的容量，差壓回路的容量與電子式互感器校驗(yàn)儀差壓回路的容量大小相等[9-10]。

由于標(biāo)準(zhǔn)和被檢電壓互感器的附加負(fù)荷最大容量ΔSPX=UnΔU/R0，而差壓回路容量SΔU=ΔU2/RΔ，且ΔU≤（10-1～10-3）Un，故附加負(fù)荷容量比差壓回路容量至少大1～3個(gè)數(shù)量級(jí)。

可見，電子式和比較儀式互感器校驗(yàn)儀差壓回路附加負(fù)荷造成的測(cè)量誤差，就是差壓回路電流在標(biāo)準(zhǔn)和被檢電壓互感器二次側(cè)阻抗上的壓降所引起的。

根據(jù)規(guī)程的要求，差壓回路負(fù)荷對(duì)檢定結(jié)果引入的附加誤差不得大于被檢電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)的1/20，即：

假設(shè)電壓互感器二次側(cè)阻抗：

對(duì)于差壓回路導(dǎo)納YΔ為0.01 s的互感器校驗(yàn)儀而言，則要求RH+XH≤5Ω才能滿足規(guī)程要求。

圖4　電壓互感器二次側(cè)阻抗測(cè)量線路

表1　電壓互感器二次側(cè)阻抗實(shí)測(cè)值

二次電壓和準(zhǔn)確度等級(jí)不同，電壓互感器二次側(cè)阻抗也不同。為確定電壓互感器二次側(cè)阻抗的量值，現(xiàn)采用互感器校驗(yàn)儀阻抗測(cè)量擋對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量線路見圖4。圖中，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器為0.002級(jí)雙級(jí)電壓互感器，被檢電壓互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)分別為0.01級(jí)、0.02級(jí)和0.05級(jí)，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1的測(cè)量數(shù)據(jù)表明：

1）采用0.002級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器檢定0.01～0.05級(jí)被檢電壓互感器時(shí)，其二次側(cè)阻抗均能滿足“1/20”的要求。

2）采用0.002級(jí)雙級(jí)電壓互感器對(duì)0.01～0.05級(jí)電壓互感器進(jìn)行檢定時(shí)，準(zhǔn)確度越高，互感器的二次側(cè)阻抗越小。

4　結(jié)束語(yǔ)

從測(cè)量原理上看，互感器校驗(yàn)儀可分為電子式和電工式兩類，電工式有電位差式和比較儀式兩種，電子式則有數(shù)顯式和數(shù)字式兩種。從目前國(guó)內(nèi)外使用情況來(lái)看，以比較儀式和數(shù)顯式居多，故文中在分析差壓回路時(shí)，主要針對(duì)這兩種測(cè)量原理的儀器。

若忽略電流極性指示器所消耗的容量，比較儀式互感器校驗(yàn)儀差壓回路的容量與電子式互感器校驗(yàn)儀差壓回路的容量大小相等。計(jì)算結(jié)果表明附加負(fù)荷容量比差壓回路容量大1～3個(gè)數(shù)量級(jí)。

互感器校驗(yàn)儀差壓回路附加負(fù)荷造成的測(cè)量誤差，取決于標(biāo)準(zhǔn)和被檢二次側(cè)阻抗壓降，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，準(zhǔn)確度越高，互感器的二次側(cè)阻抗越小。附加負(fù)荷造成的測(cè)量誤差無(wú)法直接測(cè)量，但可通過(guò)試驗(yàn)的方法實(shí)測(cè)互感器二次側(cè)阻抗值，并依據(jù)該值和差壓回路導(dǎo)納值，判斷差壓回路附加負(fù)荷是否滿足規(guī)程“1/20”的要求。

[1]趙修民.互感器校驗(yàn)儀差值回路附加負(fù)荷與測(cè)量誤差[J].儀表技術(shù)，1996（12）：5-9.

[2]張杰梁，黃洪，方杰.電流互感器負(fù)荷箱的檢測(cè)及誤差分析[J].計(jì)量技術(shù)，2010（12）：38-40.

[3]張杰梁.基于線性補(bǔ)償方式的電磁式CT負(fù)荷特性的研究[J].中國(guó)測(cè)試，2014（5）：40-43.

[4]JJG 314—2010測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

[5]JJG 169—2010互感器校驗(yàn)儀檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

[6]張杰梁.數(shù)字式互感器校驗(yàn)儀誤差頻率特性的試驗(yàn)分析及改善[J].工業(yè)計(jì)量，2013（1）：12-15.

[7]張杰梁.電磁式電壓互感器檢定方法綜述 [J].機(jī)電技術(shù)，2012（6）：90-92.

[8]趙修民.互感器校驗(yàn)儀各回路的容量及其給互感器造成的負(fù)荷[J].互感器通訊，1994（3）：10-15.

[9]劉慶余.互感器校驗(yàn)儀整體檢定的述評(píng)（上）[J].電測(cè)與儀表，2003，40（447）：12-17.

[10]劉慶余.互感器校驗(yàn)儀整體檢定的述評(píng)（下）[J].電測(cè)與儀表，2003，40（438）：9-13.

The study of the different loop for transformer test set and its additional load

ZHANG Jieliang，DONG Xiaolong，HUANG Hong，ZHAO Sikan
（Fujian Institute of Metrology，F(xiàn)uzhou 350003，China）

In order to study the effects of differential circuit load for potential transformer（PT）on calibration results，two kinds of transformer test set with different principle and its calculating process are analyzed based on giving the technical requirements.The analysis results show that，differential circuit capacity of two kinds of transformer test set is equal if the current polarity indicator capacity consumed is ignored.Transformer test set additional load caused by differential circuit depends on the secondary side voltage drop of standard PT and PT under calibration.The effect of additional load is neglected when adopting double level PT with an accuracy of 0.002 to calibrate PT with an accuracy of 0.01 to 0.05.

potential transformer；transformer test set；the differential loop；additional load

A

1674-5124（2015）12-0028-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.12.008

2014-12-23；

2015-02-02

福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局福建省地方校準(zhǔn)規(guī)范（FJJLK2013006）

張杰梁（1981-），男，工程師，碩士，主要從事電磁計(jì)量測(cè)試技術(shù)的研究。