章曉明

(無錫市計量測試中心，無錫 214101)

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一種互感器負荷箱的校準方法

章曉明

(無錫市計量測試中心，無錫 214101)

本文介紹了一種互感器負荷箱的校準方法，該方法實用簡便,校準數據意義貼切。完全符合JJG 313—2010《測量用電流互感器》、JJG 314—2010《測量用電壓互感器》和JJG 1201—2007《電力互感器》對負荷箱的技術要求。并對JJF 1264—2010《互感器負荷箱校準規(guī)范》中某些條文進行了探討。

互感器；負荷箱；校準方法；商榷

0 引言

互感器負荷箱是校準電流互感器、電壓互感器的配套設備，在其它實際應用場合并沒有具體作用，由于它的量值變化可能影響電流互感器、電壓互感器的校準準確性，所以對它的物理參數也有了校準的必要，JJF 1264—2010《互感器負荷箱》校準規(guī)范就是一個對互感器負荷箱的計量特性進行具體規(guī)范的標準文本，其在互感器的校準中起著重要的作用。但仔細閱讀和分析該規(guī)范后，發(fā)現有一些有待商榷的地方，下文中將一一說明。

1 關于負荷的有功分量和無功分量

在電路理論中，所謂負荷是指電網所連接的用電器消耗的有功功率和無功功率，又稱為視在功率，單位為伏安。有功功率、無功功率及視在功率的數值用一定長度的線段表示正好組成一個直角三角形，斜邊是視在功率，對邊是無功功率，鄰邊是有功功率。在JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》、JJG 314—2010《測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》中都提到負荷的有功分量和無功分量的誤差不得超過±3%,可以認為是視在功率的有功分量和無功分量的誤差不得超過±3%。另外，負荷箱技術說明書本身也只提供額定負荷值和功率因數值。這就是對互感器負荷箱校準要求的原始定義。而JJF 1264—2010互感器負荷箱校準規(guī)范把對負荷的要求變化為對電抗的要求，這就偏離了問題的原有題意。雖然它們之間具有數學上的關系，但仍有和上述定義相悖之處。把有功分量、無功分量理解為電阻和感抗，這就需要一個預先的數學計算，并且所計算出的電阻和電抗值是個等效值，并不是負荷箱中的具體元件數值，其意義也只有計算的作用，沒有任何實物的對應。這種方法對于JJF 1264—2010規(guī)范中推薦的標準器的測量方式是適合的，它只能測量電抗值，不能測量負荷值。

2 一種互感器負荷箱的校準方法

可以直接從定義來校準互感器負荷箱。通過測量互感器負荷箱在額定狀態(tài)下的視在功率和功率因數來判斷互感器負荷箱的準確性。

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

電流互感器的校準原理如圖1所示。

圖1 電流互感器的校準原理圖

電流、電壓互感器負荷箱的一些極限參數如表1所示，極限參數是對標準器的靈敏度等技術參數提出的一種約束要求。

表1

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

以校準5VA的電流互感器負荷箱為例的操作步驟如下：

因為電流互感器負荷箱的輸入電流均為5A，U=5VA/5A=1V；則相應的標稱負載阻抗為：

Z=U/I=1V/5A=0.2Ω

有功、無功分量標稱值是標稱電抗和數字多用表測得的電流及標稱功率因數的乘積。根據校準規(guī)范，電流互感器負荷箱的校準點為額定值5A的1%、5%、100%、120%，則對應的電流為0.05A、0.25A、5A、6A，對應的電壓為0.01V、0.05V、1V、1.2V，對應的負荷標稱值為0.5mVA、12.5mVA、5VA、7.2VA。有功分量為視在功率乘cosφ。無功分量為視在功率乘sinφ。當cosφ=0.8時，電流互感器負荷箱在校準點1%、5%、100%、120%對應的有功分量為0.4mW、10mW、4W、5.76W，對應的無功分量為0.3mVar、 7.5mVar、3Var、4.32Var。

有功、無功分量實際值是數字多用表測得的實際電流、電壓和實際功率因數的乘積。調節(jié)調壓變壓器使隔離變壓器輸出到電流互感器負荷箱額定值5A的1%、5%、100%、120%校準點，電流數值用數字式多用表測量得到，同時也能測出互感器負荷箱輸入端的電壓值，用示波器測量電流電壓相位角。

當cosφ=1時，測得的電流、電壓乘積就是有功分量。殘余的無功分量不超過額定負荷的±3%，即sinφ=±0.03，φ=±1.7°，即電流電壓在時間坐標上起始點相差95.5μs。

當它為感性負荷cosφ=0.8時，對應的有功分量、無功分量為測得的電流、電壓和功率因數的乘積。此時，電流電壓的相位角由示波器測出,電流電壓在時間坐標上起始點相差2048μs。

電流互感器負荷箱負荷示值校準記錄格式如表2所示：

表2

標稱負荷(VA)功率因數電流校準點(%)有功分量標稱值(mW)實際值(W)相對差(%)無功分量標稱值(mVar)實際值(Var)誤差(%)510.810.5≤0.015512.5≤0.3751005000≤1501207200≤21610.40.35107.51004000300012057604320

同理，以校準5VA的電壓互感器負荷箱為例的操作步驟如下：

因為電壓互感器負荷箱的輸入電壓均為100V，I=5VA/100V=0.05A；則相應的負載阻抗為：

Z=U/I=100V/0.05A=2kΩ

有功、無功分量標稱值是標稱電抗和數字多用表測得的電流及標稱功率因數的乘積。根據校準規(guī)范，電壓互感器負荷箱的校準點為額定電壓值100V的20%、100%、120%，則對應的電壓為20V、100V、120V,對應的電流為0.01A、0.05A、0.06A，對應的負荷標稱值為0.2VA、5VA、7.2VA。有功分量為視在功率乘cosφ，無功分量為視在功率乘sinφ。當cosφ=0.8時，電壓互感器負荷箱在校準點20%、100%、120%對應的有功分量為0.16W、4W、5.76W，對應的無功分量為0.12Var、3Var、4.32Var。

有功、無功分量實際值是數字多用表測得的實際電流、電壓和實際功率因數的乘積。調節(jié)調壓變壓器使隔離變壓器輸出到電壓互感器負荷箱校準點100V的20%、100%、120%，則在電壓互感器負荷箱上產生相應的電流，電流數值用數字式多用表測量得到，同時也能測出互感器負荷箱輸入端的電壓值，用示波器測量電流電壓相位角。

當cosφ=1時，測得的電流、電壓乘積就是有功分量。殘余的無功分量不超過額定負荷的±3%，即sinφ=±0.03，φ=±1.7°，電流電壓在時間坐標上起始點相差95.5μs。

當cosφ=0.8時，電壓互感器負荷箱的校準點為20%、100%、120%，對應的有功分量、無功分量為測得的電流、電壓和功率因數的乘積。此時，電流電壓的相位角由示波器測出，電流電壓在時間坐標上起始點相差2048μs。

電壓互感器負荷箱負荷示值校準記錄格式如表3所示：

以上是5VA互感器負荷箱的校準方法，當額定值為其它數值時，負荷箱的校準方法與此類似。

表3

標稱負荷(VA)功率因數電壓校準點(%)有功分量標稱值(W)實際值(W)相對差(%)無功分量標稱值(Var)實際值(Var)誤差(%)510.8200.2≤0.0061005≤0.151207.2≤0.216200.160.12100431205.764.32

3 結束語

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

[1] JJF 1264—2010《互感器負荷箱校準規(guī)范》，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2010

[2] JJG 313—2010《測量用電流互感器檢定規(guī)程》，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2010

[3] JJG 314—2010《測量用電壓互感器檢定規(guī)程》，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2010

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

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.16