電能表現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)

電能表的準確與否直接關系供用電雙方的利益，屬于國家強制檢定的項目。電能表現場校驗儀是在實際負荷狀態下，對安裝式電能表進行檢定的儀器。為了使用安全方便，大部分校驗儀配有鉗形電流互感器。電能表現場校驗儀作為校驗用戶電能表的標準設備，每年必須經過國家認可的計量檢測部門進行檢定或校準才能使用。由于其使用頻率高和現場環境條件的影響，必要時還應縮短檢定周期，以保證測量結果的準確性，滿足國家規程規定的技術要求。

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，其原理結構見圖1。其中I1為被測電流；W1為穿過被測電流的導線匝數，相當于互感器初級繞組；W2為互感器次級繞組，被測電流在鐵心中產生交變磁通，使W2產生感應電流I2，I2流經負載。

圖1 鉗形表的原理結構示意

理想狀態下，等式I1W1=I2W2成立，即安匝平衡公式。實際上由于鉗形表的應用特點和結構的特殊性，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率很低，致使鐵心的等效磁導率大大降低，導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，由此鉗形表產生誤差。現在通過各種手段，在工藝上盡量減少鉗形表氣隙長度，增大鐵心截面積，使用高初始磁導率的材料做鐵心，采用電子補償電路對互感器進行補償，采取特殊的屏蔽措施減少外部磁場干擾等，使鉗形表的準確度有了很大提高，一般與電能表現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線，一般為1匝，被測線路的電流是一次電流I1，二次繞組產生的感應電流I2通過電能表現場校驗儀主機，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

電能表現場校驗儀是以電子式標準電能表為主體的多功能標準表。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《交流電能表現場校準技術規范》明確規定“允許使用鉗型電流互感器作為校準儀的電流輸入元件，校準時，校準儀與鉗形電流互感器應整體校準”。小電流鉗形電流互感器的電流一般為5 A，對其檢定應符合JJG 1055-1997的技術要求，對電能誤差的測量方法應按JJG 596-1999《電子式電能表》有關條款規定的負荷點進行。在每一負荷點下，至少做2次測量，取其平均值作為測量結果。如所得的相對誤差等于該表基本誤差限的80%～120%，應再做2次測量，取這次和前幾次測量的平均值作為測量結果。

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，可以進行防竊電接線檢查，所以大電流鉗形表也必須進行檢定，但準確度可以適當降低。

對大電流鉗形表檢定時可采用等安匝法，根據安匝平衡公式，將電能表檢定裝置的電流輸出線在鉗形表一次側繞n匝，且要求垂直經過鉗形表中央，相當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檢定規程規定的負荷點進行檢定。

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C是在一次電流為1匝時的情況，而現在鉗形表上繞了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應為nC。檢定時脈沖常數設置應為nC，否則，檢定誤差數據不正確。

在操作中應注意:選用適當的穿心導線長度，截面應選相應規格的導線，以免導線發熱，影響誤差。穿心導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 應用實例

使用上述方法對WT-5103D型三相電能表現場校驗儀進行檢定，此設備低頻脈沖常數可以任意設定，檢定時脈沖常數設為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500安匝，根據安匝平衡原理，相當于鉗形表穿心1匝，升500 A電流。用電能表檢定裝置進行檢定，此時在電能表檢定裝置的參數設置中，被檢校驗儀的脈沖常數應設為5×4 000 imp/kWh =20 000 imp/kWh，然后按JJG 596-1999有關條款規定的負荷點進行合元誤差檢測，升所需電壓，電流升至以100 A為基本量限的各負荷點。大電流鉗形表誤差檢定接線示意見圖2，檢定數據結果見表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果

裝置實際輸出電流鉗形表安匝數/匝功率因數誤差/%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負荷點進行驗證。下面2組數據，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/匝功率因數誤差/%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/匝功率因數誤差/%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組數據可以看出，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插好鉗形表插頭，同校驗儀一起預熱5 min以上方可使用，禁止開機后插、拔鉗形表插頭。

b. 在現場使用鉗形表夾線前，應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. 鉗形表經長途運輸或斷裂振動后要檢查鉗口接觸有無縫隙，應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. 鉗形表在夾電流導線時鉗口張開要適度，鉗口齒合時要自然松開按柄，當遇到電流導線阻礙時要重新夾好，應聽到鉗口清脆接觸聲“咔”為好，嚴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，用完后放在保護袋中，防止塵土進入影響測量精度。

4 結束語

由于標準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，解決了在標準電能表檢定裝置上檢定大電流鉗形表誤差的問題。另外，以上僅對電能表現場校驗儀中鉗形表誤差的檢定方法提出見解并進行了驗證，對于檢定大電流鉗形表時纏繞繞阻的導線電流、漏電流、寄生電容等究竟會產生多大的測量誤差，并沒有在理論上進行計算。