章曉明

(無(wú)錫市計(jì)量測(cè)試中心，無(wú)錫 214101)

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一種互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)方法

章曉明

(無(wú)錫市計(jì)量測(cè)試中心，無(wú)錫 214101)

本文介紹了一種互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)方法，該方法實(shí)用簡(jiǎn)便,校準(zhǔn)數(shù)據(jù)意義貼切。完全符合JJG 313—2010《測(cè)量用電流互感器》、JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器》和JJG 1201—2007《電力互感器》對(duì)負(fù)荷箱的技術(shù)要求。并對(duì)JJF 1264—2010《互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)規(guī)范》中某些條文進(jìn)行了探討。

互感器；負(fù)荷箱；校準(zhǔn)方法；商榷

0 引言

互感器負(fù)荷箱是校準(zhǔn)電流互感器、電壓互感器的配套設(shè)備，在其它實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合并沒(méi)有具體作用，由于它的量值變化可能影響電流互感器、電壓互感器的校準(zhǔn)準(zhǔn)確性，所以對(duì)它的物理參數(shù)也有了校準(zhǔn)的必要，JJF 1264—2010《互感器負(fù)荷箱》校準(zhǔn)規(guī)范就是一個(gè)對(duì)互感器負(fù)荷箱的計(jì)量特性進(jìn)行具體規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)文本，其在互感器的校準(zhǔn)中起著重要的作用。但仔細(xì)閱讀和分析該規(guī)范后，發(fā)現(xiàn)有一些有待商榷的地方，下文中將一一說(shuō)明。

1 關(guān)于負(fù)荷的有功分量和無(wú)功分量

在電路理論中，所謂負(fù)荷是指電網(wǎng)所連接的用電器消耗的有功功率和無(wú)功功率，又稱為視在功率，單位為伏安。有功功率、無(wú)功功率及視在功率的數(shù)值用一定長(zhǎng)度的線段表示正好組成一個(gè)直角三角形，斜邊是視在功率，對(duì)邊是無(wú)功功率，鄰邊是有功功率。在JJG 313—2010《測(cè)量用電流互感器檢定規(guī)程》、JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》和JJG 1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》中都提到負(fù)荷的有功分量和無(wú)功分量的誤差不得超過(guò)±3%,可以認(rèn)為是視在功率的有功分量和無(wú)功分量的誤差不得超過(guò)±3%。另外，負(fù)荷箱技術(shù)說(shuō)明書(shū)本身也只提供額定負(fù)荷值和功率因數(shù)值。這就是對(duì)互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)要求的原始定義。而JJF 1264—2010互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)規(guī)范把對(duì)負(fù)荷的要求變化為對(duì)電抗的要求，這就偏離了問(wèn)題的原有題意。雖然它們之間具有數(shù)學(xué)上的關(guān)系，但仍有和上述定義相悖之處。把有功分量、無(wú)功分量理解為電阻和感抗，這就需要一個(gè)預(yù)先的數(shù)學(xué)計(jì)算，并且所計(jì)算出的電阻和電抗值是個(gè)等效值，并不是負(fù)荷箱中的具體元件數(shù)值，其意義也只有計(jì)算的作用，沒(méi)有任何實(shí)物的對(duì)應(yīng)。這種方法對(duì)于JJF 1264—2010規(guī)范中推薦的標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量方式是適合的，它只能測(cè)量電抗值，不能測(cè)量負(fù)荷值。

2 一種互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)方法

可以直接從定義來(lái)校準(zhǔn)互感器負(fù)荷箱。通過(guò)測(cè)量互感器負(fù)荷箱在額定狀態(tài)下的視在功率和功率因數(shù)來(lái)判斷互感器負(fù)荷箱的準(zhǔn)確性。

需要的校準(zhǔn)儀器為：交流穩(wěn)壓電源；調(diào)壓器；容量為200VA隔離變壓器；Tektronix公司TDS數(shù)字示波器，電壓量程：1mV/div～10V/div，精度：±2.0%，時(shí)間量程：1ns/div～10s/div，精度：±1.0%；Agilent公司數(shù)字式多用表，交流量程：10mV～750V、1mA～10A，精度：±0.06%。

電流互感器的校準(zhǔn)原理如圖1所示。

圖1 電流互感器的校準(zhǔn)原理圖

電流、電壓互感器負(fù)荷箱的一些極限參數(shù)如表1所示，極限參數(shù)是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的靈敏度等技術(shù)參數(shù)提出的一種約束要求。

表1

名稱電流互感器負(fù)荷箱電壓互感器負(fù)荷箱額定容量(VA)2.52.5額定值5A100V對(duì)應(yīng)額定的電流電壓0.5V25mA負(fù)荷箱電抗(Ω)0.14k量限下端50mA20V量限下端電壓電流5mV5mA

以校準(zhǔn)5VA的電流互感器負(fù)荷箱為例的操作步驟如下：

因?yàn)殡娏骰ジ衅髫?fù)荷箱的輸入電流均為5A，U=5VA/5A=1V；則相應(yīng)的標(biāo)稱負(fù)載阻抗為：

Z=U/I=1V/5A=0.2Ω

有功、無(wú)功分量標(biāo)稱值是標(biāo)稱電抗和數(shù)字多用表測(cè)得的電流及標(biāo)稱功率因數(shù)的乘積。根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范，電流互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)點(diǎn)為額定值5A的1%、5%、100%、120%，則對(duì)應(yīng)的電流為0.05A、0.25A、5A、6A，對(duì)應(yīng)的電壓為0.01V、0.05V、1V、1.2V，對(duì)應(yīng)的負(fù)荷標(biāo)稱值為0.5mVA、12.5mVA、5VA、7.2VA。有功分量為視在功率乘cosφ。無(wú)功分量為視在功率乘sinφ。當(dāng)cosφ=0.8時(shí)，電流互感器負(fù)荷箱在校準(zhǔn)點(diǎn)1%、5%、100%、120%對(duì)應(yīng)的有功分量為0.4mW、10mW、4W、5.76W，對(duì)應(yīng)的無(wú)功分量為0.3mVar、 7.5mVar、3Var、4.32Var。

有功、無(wú)功分量實(shí)際值是數(shù)字多用表測(cè)得的實(shí)際電流、電壓和實(shí)際功率因數(shù)的乘積。調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器使隔離變壓器輸出到電流互感器負(fù)荷箱額定值5A的1%、5%、100%、120%校準(zhǔn)點(diǎn)，電流數(shù)值用數(shù)字式多用表測(cè)量得到，同時(shí)也能測(cè)出互感器負(fù)荷箱輸入端的電壓值，用示波器測(cè)量電流電壓相位角。

當(dāng)cosφ=1時(shí)，測(cè)得的電流、電壓乘積就是有功分量。殘余的無(wú)功分量不超過(guò)額定負(fù)荷的±3%，即sinφ=±0.03，φ=±1.7°，即電流電壓在時(shí)間坐標(biāo)上起始點(diǎn)相差95.5μs。

當(dāng)它為感性負(fù)荷cosφ=0.8時(shí)，對(duì)應(yīng)的有功分量、無(wú)功分量為測(cè)得的電流、電壓和功率因數(shù)的乘積。此時(shí)，電流電壓的相位角由示波器測(cè)出,電流電壓在時(shí)間坐標(biāo)上起始點(diǎn)相差2048μs。

電流互感器負(fù)荷箱負(fù)荷示值校準(zhǔn)記錄格式如表2所示：

表2

標(biāo)稱負(fù)荷(VA)功率因數(shù)電流校準(zhǔn)點(diǎn)(%)有功分量標(biāo)稱值(mW)實(shí)際值(W)相對(duì)差(%)無(wú)功分量標(biāo)稱值(mVar)實(shí)際值(Var)誤差(%)510.810.5≤0.015512.5≤0.3751005000≤1501207200≤21610.40.35107.51004000300012057604320

同理，以校準(zhǔn)5VA的電壓互感器負(fù)荷箱為例的操作步驟如下：

因?yàn)殡妷夯ジ衅髫?fù)荷箱的輸入電壓均為100V，I=5VA/100V=0.05A；則相應(yīng)的負(fù)載阻抗為：

Z=U/I=100V/0.05A=2kΩ

有功、無(wú)功分量標(biāo)稱值是標(biāo)稱電抗和數(shù)字多用表測(cè)得的電流及標(biāo)稱功率因數(shù)的乘積。根據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范，電壓互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)點(diǎn)為額定電壓值100V的20%、100%、120%，則對(duì)應(yīng)的電壓為20V、100V、120V,對(duì)應(yīng)的電流為0.01A、0.05A、0.06A，對(duì)應(yīng)的負(fù)荷標(biāo)稱值為0.2VA、5VA、7.2VA。有功分量為視在功率乘cosφ，無(wú)功分量為視在功率乘sinφ。當(dāng)cosφ=0.8時(shí)，電壓互感器負(fù)荷箱在校準(zhǔn)點(diǎn)20%、100%、120%對(duì)應(yīng)的有功分量為0.16W、4W、5.76W，對(duì)應(yīng)的無(wú)功分量為0.12Var、3Var、4.32Var。

有功、無(wú)功分量實(shí)際值是數(shù)字多用表測(cè)得的實(shí)際電流、電壓和實(shí)際功率因數(shù)的乘積。調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器使隔離變壓器輸出到電壓互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)點(diǎn)100V的20%、100%、120%，則在電壓互感器負(fù)荷箱上產(chǎn)生相應(yīng)的電流，電流數(shù)值用數(shù)字式多用表測(cè)量得到，同時(shí)也能測(cè)出互感器負(fù)荷箱輸入端的電壓值，用示波器測(cè)量電流電壓相位角。

當(dāng)cosφ=1時(shí)，測(cè)得的電流、電壓乘積就是有功分量。殘余的無(wú)功分量不超過(guò)額定負(fù)荷的±3%，即sinφ=±0.03，φ=±1.7°，電流電壓在時(shí)間坐標(biāo)上起始點(diǎn)相差95.5μs。

當(dāng)cosφ=0.8時(shí)，電壓互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)點(diǎn)為20%、100%、120%，對(duì)應(yīng)的有功分量、無(wú)功分量為測(cè)得的電流、電壓和功率因數(shù)的乘積。此時(shí)，電流電壓的相位角由示波器測(cè)出，電流電壓在時(shí)間坐標(biāo)上起始點(diǎn)相差2048μs。

電壓互感器負(fù)荷箱負(fù)荷示值校準(zhǔn)記錄格式如表3所示：

以上是5VA互感器負(fù)荷箱的校準(zhǔn)方法，當(dāng)額定值為其它數(shù)值時(shí)，負(fù)荷箱的校準(zhǔn)方法與此類似。

表3

標(biāo)稱負(fù)荷(VA)功率因數(shù)電壓校準(zhǔn)點(diǎn)(%)有功分量標(biāo)稱值(W)實(shí)際值(W)相對(duì)差(%)無(wú)功分量標(biāo)稱值(Var)實(shí)際值(Var)誤差(%)510.8200.2≤0.0061005≤0.151207.2≤0.216200.160.12100431205.764.32

3 結(jié)束語(yǔ)

本測(cè)量方法由于使用了高精度的數(shù)字多用表和數(shù)字式示波器，使電壓、電流和相位的測(cè)量靈敏度達(dá)到了非常高的程度,使互感器負(fù)荷箱在低電流低電壓狀態(tài)下也能得到高準(zhǔn)確度的測(cè)量，最為重要的是本方法引線電阻不影響測(cè)量精度，并且電壓電流發(fā)生器輸出靈活可變，能滿足各種型號(hào)的互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)要求。因此本方法確是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)方法。

[1] JJF 1264—2010《互感器負(fù)荷箱校準(zhǔn)規(guī)范》，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010

[2] JJG 313—2010《測(cè)量用電流互感器檢定規(guī)程》，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010

[3] JJG 314—2010《測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010

[4] JJG 1021—2007《電力互感器檢定規(guī)程》，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2007

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.16