鉗形泄漏電流表校準方法及校準裝置探討

楊通

國營長虹機械廠 廣西桂林 541002

鉗形電流表是一種將開合的磁路套在載流導體上測量其電流值的儀表。它的特點是無需斷開回路，即可測量被測電路的電流，操作簡單，大量應用于科研生產和檢修測試當中。按照測量原理鉗形電流表又可分為互感器式、霍爾效應式以及磁平衡式等。互感器原理的鉗形電流表僅能測量交流電流，霍爾效應原理和磁平衡原理的鉗形電流表可測量交直流電流。鉗形電流表的校準方法一般采用單匝法或等效安匝法。單匝法能對測量數據進行有效溯源，適用于高、低準確度鉗形電流表的校準；等效安匝法難以進行測量數據的直接溯源，僅適用于低準確度鉗形電流表的校準。可根據被校鉗形表的電流測量范圍及準確度等選擇合適的測量方法。本文以常用的 FLUKE 319 鉗形電流表為例，采用等效安匝法，對校準過程中的主要不確定度因素進行分析、評價，希望對相關工作者能起到幫助作用[1]。

1 負載電流影響

鉗形泄漏電流表在進行泄漏電流測量時，多在微分模式下測量，此時線路中負載電流值的大小與被測量的泄漏電流大小，對結果的影響顯著。通過實驗得到結論，在確定泄漏電流值時，隨著線路的負載電流值的增大，鉗形泄漏電流表測量的泄漏電流值的誤差越大；在確定負載電流值時，隨著泄漏電流值的不斷增大，測量得到的泄漏電流值誤差在不斷減小。因此，將被校鉗形泄漏電流表的最大負載電流量程作為負載電流，對其泄漏電流值最小量程電流點進行誤差測量，對量值溯源的意義重大。除此之外，對測量結果影響較小的量還有供電電壓、屏蔽裝置等。在這些已知的影響量中，通過實驗發現，對鉗形泄漏電流表測量結果影響較大的有外磁場影響、位置影響、角度影響、負載電流影響。因此，在對鉗形泄漏電流表進行校準時，要充分考慮這些影響量較大的因素，以確保鉗形泄漏電流表測量值的準確性和有效性[2]。

2 實驗方法

鉗形泄漏電流表使用的場合多為配電箱或分支線路，受周圍外磁場的干擾較為嚴重，因此其在設計上有別于普通鉗形電流表，結構上多采用多層屏蔽技術。鉗形泄漏電流表測量泄漏電流的方式分為直接測量方式和差分測量方式（兩線模式）。為了驗證鉗形泄漏電流表受外界磁場的影響，我們進行模擬外磁場影響的試驗。試驗通過在鉗形表周邊施加具有電流值的導線進行，在不同電流值下與距離鉗形表不同距離時分別進行了試驗。實驗選用了兩款不同廠家的鉗形泄漏電流表，一款鉗口為單層屏蔽，一款鉗口為三層屏蔽設計，兩款表均在直接測量方式和差分測量方式下進行試驗。施加的外磁場方向與鉗表截面平行時，鉗表測量值與參比測量狀態時的變差最大，其誤差值的變差為基本相等的正負變差。鉗表測量值與參比測量狀態時的變差很小，與其規定的最大允許變差相比基本可忽略。因此，與鉗形泄漏電流表鉗口截面平行，且與鉗口開口截面垂直的方式對其進行試驗。

3 校準方法

采用等效安匝法，100匝鉗形電流表校準線圈在結構上把多功能校準器輸出的電流以100匝形式沿同一方向多次穿過鐵芯，因此在100匝線圈導線匯聚的一側中產生的等效安匝電流是多功能校準器輸出電流的100倍。將多功能校準器5500A預熱30min后，輸出直流電流（0-10）A給100匝鉗形電流表校準線圈，將該線圈放置于鉗形電流表鉗口幾何中心位置，在鉗形電流表上讀取相應的電流示值，并將此示值與實際值相減，其差值即為鉗形電流表示值誤差[3]。

4 鉗形泄漏電流表校準裝置探討

鉗形泄漏電流表在校準時主要考慮的是基本誤差以及外磁場影響、位置影響、角度影響、負載電流影響等主要影響因素，因此鉗形泄漏電流表校準裝置主要需要考慮基本誤差測量功能和影響因素對測量結果產生的變差。

（1）基本誤差測量裝置。鉗形泄漏電流表的測量方式分為直接測量和微分測量方式。考慮到兩種測量方式不同，通過實驗發現，直接測量方式和微分測量方式下，在參考狀態時，測量結果基本無影響。為了便于測量和標準器的選擇，基本誤差的校準采用直接測量方式，采用與其至少等量程的交、直流電流源和對應的導線進行測量即可。

（2）影響量測量裝置。考慮到磁場影響、位置影響、角度影響、負載電流影響，應具備的測量裝置有外磁場干擾源（10A/m、30A/m、100A/m）、位置影響夾具、角度可調節的導線測試支架，以及滿足被校鉗形泄漏電流表負載電流量程的電流源和可調節的模擬泄漏電流裝置。

5 試驗結果

通過試驗我們發現，鉗形泄漏電流表的測量值越小，其值受負載電流的影響也越大，在同樣的電流值時，負載電流越大，對其泄漏電流測量值的影響也越大。在泄漏電流值較大時，其值受負載電流值的大小幾乎不影響其測量的準確度，甚至可以忽略；而鉗形泄漏電流表的小電流測量的準確度是我們最關心的問題。因此，在鉗形泄漏電流表的使用和選擇時要對被測量線路的負載電流值進行考慮[4]。

6 結語

綜上所述，鉗形泄漏電流表的作用主要是用于對小電流值的泄漏電流值的測量，其結果影響對電路安全性的判斷。而負載電流對其測量結果的影響較大，如果對測量結果的影響達到10%以上，將嚴重影響測量結果的準確性和有效性。因此，在選擇鉗形泄漏電流表時，要考慮線路的負載電流值的大小，應選擇對電流負載影響較小的鉗形泄漏電流表，以保證其測量數值的準確性和有效性。