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(guó)家強(qiáng)制檢定的項(xiàng)目。電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀是在實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)下，對(duì)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(yàn)儀配有鉗形電流互感器。電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀作為校驗(yàn)用戶電能表的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，每年必須經(jīng)過國(guó)家認(rèn)可的計(jì)量檢測(cè)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(chǎng)環(huán)境條件的影響，必要時(shí)還應(yīng)縮短檢定周期，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，滿足國(guó)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(jiǎn)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(cè)電流；W1為穿過被測(cè)電流的導(dǎo)線匝數(shù)，相當(dāng)于互感器初級(jí)繞組；W2為互感器次級(jí)繞組，被測(cè)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(shí)際上由于鉗形表的應(yīng)用特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的特殊性，鐵心必須是可開合的，因此在工作時(shí)磁路就不可避免的有2段氣隙，由于空氣的相對(duì)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(shí)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(shí)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(zhǎng)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(bǔ)償電路對(duì)互感器進(jìn)行補(bǔ)償，采取特殊的屏蔽措施減少外部磁場(chǎng)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(chǎng)校驗(yàn)儀配套的鉗形表，等級(jí)有0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.5級(jí)、1級(jí)。

實(shí)際使用中，鉗形表一次繞組，就是串接在被測(cè)電流線路上的導(dǎo)線，一般為1匝，被測(cè)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(chǎng)校驗(yàn)儀主機(jī)，按一定比例算出一次電流，也就是線路上的被測(cè)電流，并由校驗(yàn)儀顯示。

2 電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)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(chǎng)校驗(yàn)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(duì)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(chǎng)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(shí)，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(duì)其檢定應(yīng)符合JJG 1055-1997的技術(shù)要求，對(duì)電能誤差的測(cè)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(diǎn)進(jìn)行。在每一負(fù)荷點(diǎn)下，至少做2次測(cè)量，取其平均值作為測(cè)量結(jié)果。如所得的相對(duì)誤差等于該表基本誤差限的80%～120%，應(yīng)再做2次測(cè)量，取這次和前幾次測(cè)量的平均值作為測(cè)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(chǎng)校驗(yàn)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(duì)大于100 A的鉗形表無法檢定。

在現(xiàn)場(chǎng)使用大電流鉗形表時(shí)，將其串在被檢電能表所接電流互感器一次側(cè)線路，所測(cè)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(duì)大電流鉗形表檢定時(shí)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(diǎn)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(shí)，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(shí)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(kuò)大了n倍，因此相對(duì)于電能表檢定裝置，大電流鉗形表的實(shí)際脈沖常數(shù)應(yīng)為nC。檢定時(shí)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(zhǎng)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(gè)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(shí)，讓裝置輸出20 A或50 A即可。

2.2.2 應(yīng)用實(shí)例

使用上述方法對(duì)WT-5103D型三相電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)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(shí)脈沖常數(shù)設(shè)為4 000 imp/kWh，與校驗(yàn)儀配套的大電流鉗形表為500 A，等級(jí)為0.5級(jí)。檢定時(shí)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(shí)在電能表檢定裝置的參數(shù)設(shè)置中，被檢校驗(yàn)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(diǎn)進(jìn)行合元誤差檢測(cè)，升所需電壓，電流升至以100 A為基本量限的各負(fù)荷點(diǎn)。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(shí)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(yàn)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(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)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(shí)測(cè)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(yàn)儀工作在100 A、50 A測(cè)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(shí)測(cè)得的誤差

裝置實(shí)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(shí)測(cè)得的誤差

裝置實(shí)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(jí)的準(zhǔn)確度等級(jí)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(xiàng)

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

b. 在現(xiàn)場(chǎng)使用鉗形表夾線前，應(yīng)保證被測(cè)電流線接線牢固可靠，以免鉗形表重量或外力使現(xiàn)場(chǎng)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(huì)帶來較大的測(cè)量誤差。

d. 要開合兩三次后再進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)不能用手挪動(dòng)鉗口或用手夾緊鉗頭。

e. 鉗形表經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸或斷裂振動(dòng)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(yàn)儀配用的鉗形表在出廠前已按相和校驗(yàn)儀綜合調(diào)試好，U、V、W三相不能互換，否則會(huì)帶來很大測(cè)試誤差。

g. 鉗形表在夾電流導(dǎo)線時(shí)鉗口張開要適度，鉗口齒合時(shí)要自然松開按柄，當(dāng)遇到電流導(dǎo)線阻礙時(shí)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(huì)帶來較大的測(cè)量誤差。

h. 鉗形表在使用中要輕拿輕放，禁止劇烈搖動(dòng)，用完后放在保護(hù)袋中，防止塵土進(jìn)入影響測(cè)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(duì)于與電能表校驗(yàn)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(duì)電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀中鉗形表誤差的檢定方法提出見解并進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)于檢定大電流鉗形表時(shí)纏繞繞阻的導(dǎo)線電流、漏電流、寄生電容等究竟會(huì)產(chǎn)生多大的測(cè)量誤差，并沒有在理論上進(jìn)行計(jì)算。