電流互感器測(cè)量結(jié)果不確定度分析與評(píng)定

孫天瑜 馬駿 姜瑞楠

【摘要】 本文對(duì)電流互感器的比值差、相位差測(cè)量結(jié)果不確定度的影響量進(jìn)行了分析，并對(duì)不確定度進(jìn)行了評(píng)定，為開展該類儀器的檢測(cè)工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】 電流互感器;比值差;相位差;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.04.004

Abstract： In this paper，the influence of the uncertainty of the ratio difference and the phase difference measurement results were analyzed，and the uncertainty was evaluated，which provides the reference for the detection of instruments.

Key words： current transformer;ratio difference;phase difference;uncertainty

電流互感器是計(jì)量系統(tǒng)的電流變換元件，負(fù)責(zé)將高壓交流電路中的大電流變換為小電流[1]，并將一二次電力設(shè)備進(jìn)行電氣隔離，為電力系統(tǒng)二次側(cè)提供一次側(cè)信息，為繼電保護(hù)、監(jiān)測(cè)和計(jì)量等裝置提供可靠數(shù)據(jù)[2]，其廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)和互感器有關(guān)企業(yè)。在電流互感器溯源時(shí)，測(cè)量結(jié)果的不確定度分析是重要的一環(huán)，本文以檢測(cè)0.005級(jí)電流互感器為例，對(duì)比值差、相位差測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評(píng)定[3]。

1 概述

1.1 檢測(cè)依據(jù)

JJG 313-2010《測(cè)量用電流互感器》檢定規(guī)程。

1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置。

1.3 測(cè)量范圍

1～10000 A/1～5 A，測(cè)量準(zhǔn)確度級(jí)別為0.001級(jí)。

1.4 測(cè)量環(huán)境

環(huán)境條件滿足10～35 ℃，相對(duì)濕度小于80%[4]。

1.5 被測(cè)對(duì)象

電流互感器。電流互感器的分類見表1。

2 建立測(cè)量模型，列出不確定度傳播律

2.1 測(cè)量模型

2.1.1 比值差

2.1.2 相位差

2.2 列出不確定度傳播率

2.2.1 比值差的不確定度傳播率

2.2.2 相位差的不確定度傳播率

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.1 輸入量f的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（f）]的評(píng)定

輸入量f的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（f）]主要由被測(cè)電流互感器的測(cè)量重復(fù)性引起的，可以通過連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度方法進(jìn)行評(píng)定，電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置分辯力等引起的不確定度也包括在連續(xù)測(cè)量列的分散性中，故不另作分析其影響。

對(duì)一臺(tái)0.005級(jí)電流互感器進(jìn)行測(cè)量，選擇負(fù)荷5 VA，功率因數(shù)為cosφ=1，量限為100 A/5A，額定電流為100%時(shí)，對(duì)比值差進(jìn)行獨(dú)立十次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為：1.3×10-5，1.3×10-5，1.4×10-5，1.3×10-5，1.4×10-5，1.3×10-5，1.3×10-5，1.1×10-5，1.3×10-5，1.4×10-5，平均值[f=1.31×10-5]。

測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

測(cè)量重復(fù)性為：

3.2 輸入量δ的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（δ）]的評(píng)定

輸入量δ的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（δ）]主要由被測(cè)電流互感器的測(cè)量重復(fù)性引起的，可以通過連續(xù)測(cè)量得到

測(cè)量列，采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度方法進(jìn)行評(píng)定，電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置分辯力等引起的不確定度也包括在連續(xù)測(cè)量列的分散性中，故不另作分析其影響。

對(duì)一臺(tái)0.005級(jí)電流互感器進(jìn)行測(cè)量，選擇負(fù)荷5 VA，功率因數(shù)為cosφ=1，量限為100 A/5A，額定電流為100%時(shí)，對(duì)相位差進(jìn)行獨(dú)立十次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為：1.9×10-5，1.8×10-5，1.9×10-5，1.8×10-5，1.8×10-5，1.8×10-5，1.7×10-5，1.7×10-5，1.8×10-5，1.8×10-5 rad，平均值[δ=1.80×10-5] rad。

測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

測(cè)量重復(fù)性為：

3.3 輸入量fn的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（fn）]的評(píng)定

輸入量fn的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（fn）]主要由電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差引起的，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。

電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度等級(jí)為0.001級(jí)，比值差最大允許誤差為±1×10-5，在此區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，[k=3]。

當(dāng)被測(cè)電流互感器在負(fù)荷5 VA，功率因數(shù)為cosφ=1，量限為100 A/5A，額定電流為100%時(shí)，電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（fn）]為：

3.4 輸入量δn的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（δn）]的評(píng)定

輸入量δn的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（δn）]主要由電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差引起的，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。

電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度等級(jí)為0.001級(jí)，相位差最大允許誤差為：±1×10-5 rad，在此區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，[k=3]。

當(dāng)被測(cè)電流互感器在負(fù)荷5 VA，功率因數(shù)為cosφ=1，量限為100 A/5A，額定電流為100%時(shí)，電流互感器標(biāo)準(zhǔn)裝置引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（δn）]為：

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4.1 比值差不確定度一覽表（見表2）

4.2 相位差不確定度一覽表（見表3）

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的估算

6 擴(kuò)展不確定度的確定

7 結(jié)語

本文介紹的不確定度評(píng)定方法，同樣適用于其他準(zhǔn)確度等級(jí)的被測(cè)電流互感器或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行測(cè)量時(shí)的不確定度評(píng)定。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳黎來.電流互感器對(duì)電能計(jì)量的影響[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011（1）：138-141.

[2] 馬駿驍，劉桂銘.電流互感器現(xiàn)場(chǎng)檢定常見問題分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015（1）：217-219.

[3] 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059.1-2012[S].

[4] 測(cè)量用電流互感器：JJG 313-2010[S].