微型互感器對電能表計量誤差的影響分析

肖五生 顧小峰 李家成

摘 要：本文主要分析了電能表誤差產生的主要原因，重點分析了用微型電流互感器（以下簡稱互感器）對電子式電能表計量精度的影響，并量化了不同功率因數下互感器對電能表計量誤差的影響量。

關鍵詞：微型電流互感器；比差；角差

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0052-02

近年來，隨著智能電網的發展，對電能表的計量精度要求越來越高。而影響電能表計量精度的因素有很多，用作電流采樣的微型電流互感器就是一個很關鍵的因素。本文著重從互感器對計量精度的影響方面做一些分析并量化。

1 影響電能表計量誤差的主要因素

電能表的計量誤差主要是由電壓采樣和電流采樣的誤差引起的，電壓采樣一般采用高精度的電阻分壓，電流采樣一般用互感器。電壓電流采樣都可以通過校準達到一定精度，但是由于互感器隨著相角的變化角差也隨著變化，并且是非線性的，因此會影響不同相角下電能表的誤差。而電阻分壓的電壓采樣不會隨相角的變化而改變，因此影響電能表計量誤差主要是由互感器的角差引起的。

設電能表的用電電壓和電流分別為U1和I1，功率因數為cosφ；假設采樣是理想的，則電能表的電壓和電流采樣分別為：

U2=KuU1，I2=KiIi

其中KU為電壓采樣系數，KI為電流采樣系數。

根據有功功率的公式可知：

P1=U1I1cosφ

P2=KUU1KII1cosφ

設互感器的比差為ε，角差為δ，忽略電阻分壓采樣的偏差，則：

P2=KUU1KII1（1+ε）cos（φ+δ）

由此可以得出電能表計量的誤差為：

Err=×100%

=[KUKI（1+ε）（cosδ-tanφsinδ）-1]×100%

由于KU，KI都是常數，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ-tanφsinδ）-1]×100%

2 不同功率因數下各等級電能表對互感器角差要求分析計算

2.1 功率因數cosφ=1.0時

當功率因數cosφ=1.0時，tanφ=0，因此：

Err=[（1+ε）cosδ-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，從而可以化簡為：

Err=（cosδ-1）×100%

由此可以計算出，不同準確度等級電能表對互感器角差的極限要求，具體數據見表1。

2.2 功率因數cosφ=0.5L時

當功率因為cosφ=0.5L時，tanφ=-，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ+sinδ）-1]×100%

由于互感器的角差一般在十幾分以內，因此cosδ≈1，sinδ≈δ，從而：

Err=[（1+ε）（1+sinδ）-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，則：

Err=δ×100%

由此可以計算出，不同準確度等級電能表對互感器角差的極限要求，具體數據見表2。

2.3 功率因數cosφ=0.25L時

當功率因數cosφ=0.25L時，tanφ≈-3.873，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ+3.873sinδ）-1]×100%

由于互感器的角差一般在十幾分以內，因此通過計算可知cosδ≈1，sinδ≈δ，從而：

Err=[（1+ε）（1+3.873sinδ）-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，則：

Err=3.873δ×100%

由此可以計算出，不同準確度等級電能表對互感器角差的極限要求，具體數據見表3。

2.4 功率因數cosφ=0.8C時

當功率因數cosφ=0.8C時，tanφ=0.75，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ-0.75sinδ）-1]×100%

由于互感器的角差一般在十幾分以內，因此通過計算可知cosδ≈1，sinδ≈δ，從而：

Err=[（1+ε）（1-0.75δ）-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，則：

Err=-0.75δ×100%

由此可以計算出，不同準確度等級電能表對互感器角差的極限要求，具體數據見表4。

3 互感器角差變化引起電能表誤差改變量計算

3.1 功率因數cosφ=0.5L時

當功率因數cosφ=0.5L時，根據2.2中誤差公式Err= δ×100%可知，互感器角差每變化1分（1弧度=3438分）時，引起電能表的誤差改變量為：

ΔErr=×100%≈ 0.05%

3.2 功率因數cosφ=0.25L時

當功率因數cosφ=0.25L時，根據2.3中誤差公式Err=3.873δ×100%可知，互感器角差每變化1分時，引起電能表的誤差改變量為：

ΔErr=×100%≈0.11%

3.3 功率因數cosφ=0.8C時

當功率因數cosφ=0.8C時，根據2.4中誤差公式Err=-0.75δ×100%可知，互感器角差每變化1分時，引起電能表的誤差的改變量為：

ΔErr=×100%≈0.022%

4 結語

從以上數據表格可以看出，在功率因數cosφ=1.0時，即使是0.2S級電能表，其對互感器的角差要求也在200分以上，而互感器的角差一般在15分以內，因此在功率因數cosφ=1.0時，互感器對電能表的誤差影響很小；隨著功率因數cosφ的降低，互感器的角差對電能表誤差的影響越來越大，在正常校驗點，在cosφ=0.25L時，互感器角差的變化對電能表誤差的影響最大，即對互感器角差的要求最嚴格。

當然，以上計算是排除影響電能表誤差的其他因素，僅僅針對互感器計算得出來的數據，而實際應用時，還會有其他的因素影響電能表的誤差精度，因此在選用互感器時，不僅要根據誤差精度要求選取合適的互感器，還要考慮實際情況給互感器留出一定的裕量。

參考文獻

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[2]國家高電壓計量站.測量用電流互感器檢定規程[JJG 313-2010][M].北京：中國計量出版社，2011.