章晓明

(无锡市计量测试中心，无锡 214101)



一种互感器负荷箱的校准方法

章晓明

(无锡市计量测试中心，无锡 214101)

本文介绍了一种互感器负荷箱的校准方法，该方法实用简便,校准数据意义贴切。完全符合JJG 313—2010《测量用电流互感器》、JJG 314—2010《测量用电压互感器》和JJG 1201—2007《电力互感器》对负荷箱的技术要求。并对JJF 1264—2010《互感器负荷箱校准规范》中某些条文进行了探讨。

互感器；负荷箱；校准方法；商榷

0 引言

互感器负荷箱是校准电流互感器、电压互感器的配套设备，在其它实际应用场合并没有具体作用，由于它的量值变化可能影响电流互感器、电压互感器的校准准确性，所以对它的物理参数也有了校准的必要，JJF 1264—2010《互感器负荷箱》校准规范就是一个对互感器负荷箱的计量特性进行具体规范的标准文本，其在互感器的校准中起着重要的作用。但仔细阅读和分析该规范后，发现有一些有待商榷的地方，下文中将一一说明。

1 关于负荷的有功分量和无功分量

在电路理论中，所谓负荷是指电网所连接的用电器消耗的有功功率和无功功率，又称为视在功率，单位为伏安。有功功率、无功功率及视在功率的数值用一定长度的线段表示正好组成一个直角三角形，斜边是视在功率，对边是无功功率，邻边是有功功率。在JJG 313—2010《测量用电流互感器检定规程》、JJG 314—2010《测量用电压互感器检定规程》和JJG 1021—2007《电力互感器检定规程》中都提到负荷的有功分量和无功分量的误差不得超过±3%,可以认为是视在功率的有功分量和无功分量的误差不得超过±3%。另外，负荷箱技术说明书本身也只提供额定负荷值和功率因数值。这就是对互感器负荷箱校准要求的原始定义。而JJF 1264—2010互感器负荷箱校准规范把对负荷的要求变化为对电抗的要求，这就偏离了问题的原有题意。虽然它们之间具有数学上的关系，但仍有和上述定义相悖之处。把有功分量、无功分量理解为电阻和感抗，这就需要一个预先的数学计算，并且所计算出的电阻和电抗值是个等效值，并不是负荷箱中的具体元件数值，其意义也只有计算的作用，没有任何实物的对应。这种方法对于JJF 1264—2010规范中推荐的标准器的测量方式是适合的，它只能测量电抗值，不能测量负荷值。

2 一种互感器负荷箱的校准方法

可以直接从定义来校准互感器负荷箱。通过测量互感器负荷箱在额定状态下的视在功率和功率因数来判断互感器负荷箱的准确性。

需要的校准仪器为：交流稳压电源；调压器；容量为200VA隔离变压器；Tektronix公司TDS数字示波器，电压量程：1mV/div～10V/div，精度：±2.0%，时间量程：1ns/div～10s/div，精度：±1.0%；Agilent公司数字式多用表，交流量程：10mV～750V、1mA～10A，精度：±0.06%。

电流互感器的校准原理如图1所示。

图1 电流互感器的校准原理图

电流、电压互感器负荷箱的一些极限参数如表1所示，极限参数是对标准器的灵敏度等技术参数提出的一种约束要求。

表1

名称电流互感器负荷箱电压互感器负荷箱额定容量(VA)2.52.5额定值5A100V对应额定的电流电压0.5V25mA负荷箱电抗(Ω)0.14k量限下端50mA20V量限下端电压电流5mV5mA

以校准5VA的电流互感器负荷箱为例的操作步骤如下：

因为电流互感器负荷箱的输入电流均为5A，U=5VA/5A=1V；则相应的标称负载阻抗为：

Z=U/I=1V/5A=0.2Ω

有功、无功分量标称值是标称电抗和数字多用表测得的电流及标称功率因数的乘积。根据校准规范，电流互感器负荷箱的校准点为额定值5A的1%、5%、100%、120%，则对应的电流为0.05A、0.25A、5A、6A，对应的电压为0.01V、0.05V、1V、1.2V，对应的负荷标称值为0.5mVA、12.5mVA、5VA、7.2VA。有功分量为视在功率乘cosφ。无功分量为视在功率乘sinφ。当cosφ=0.8时，电流互感器负荷箱在校准点1%、5%、100%、120%对应的有功分量为0.4mW、10mW、4W、5.76W，对应的无功分量为0.3mVar、 7.5mVar、3Var、4.32Var。

有功、无功分量实际值是数字多用表测得的实际电流、电压和实际功率因数的乘积。调节调压变压器使隔离变压器输出到电流互感器负荷箱额定值5A的1%、5%、100%、120%校准点，电流数值用数字式多用表测量得到，同时也能测出互感器负荷箱输入端的电压值，用示波器测量电流电压相位角。

当cosφ=1时，测得的电流、电压乘积就是有功分量。残余的无功分量不超过额定负荷的±3%，即sinφ=±0.03，φ=±1.7°，即电流电压在时间坐标上起始点相差95.5μs。

当它为感性负荷cosφ=0.8时，对应的有功分量、无功分量为测得的电流、电压和功率因数的乘积。此时，电流电压的相位角由示波器测出,电流电压在时间坐标上起始点相差2048μs。

电流互感器负荷箱负荷示值校准记录格式如表2所示：

表2

标称负荷(VA)功率因数电流校准点(%)有功分量标称值(mW)实际值(W)相对差(%)无功分量标称值(mVar)实际值(Var)误差(%)510.810.5≤0.015512.5≤0.3751005000≤1501207200≤21610.40.35107.51004000300012057604320

同理，以校准5VA的电压互感器负荷箱为例的操作步骤如下：

因为电压互感器负荷箱的输入电压均为100V，I=5VA/100V=0.05A；则相应的负载阻抗为：

Z=U/I=100V/0.05A=2kΩ

有功、无功分量标称值是标称电抗和数字多用表测得的电流及标称功率因数的乘积。根据校准规范，电压互感器负荷箱的校准点为额定电压值100V的20%、100%、120%，则对应的电压为20V、100V、120V,对应的电流为0.01A、0.05A、0.06A，对应的负荷标称值为0.2VA、5VA、7.2VA。有功分量为视在功率乘cosφ，无功分量为视在功率乘sinφ。当cosφ=0.8时，电压互感器负荷箱在校准点20%、100%、120%对应的有功分量为0.16W、4W、5.76W，对应的无功分量为0.12Var、3Var、4.32Var。

有功、无功分量实际值是数字多用表测得的实际电流、电压和实际功率因数的乘积。调节调压变压器使隔离变压器输出到电压互感器负荷箱校准点100V的20%、100%、120%，则在电压互感器负荷箱上产生相应的电流，电流数值用数字式多用表测量得到，同时也能测出互感器负荷箱输入端的电压值，用示波器测量电流电压相位角。

当cosφ=1时，测得的电流、电压乘积就是有功分量。残余的无功分量不超过额定负荷的±3%，即sinφ=±0.03，φ=±1.7°，电流电压在时间坐标上起始点相差95.5μs。

当cosφ=0.8时，电压互感器负荷箱的校准点为20%、100%、120%，对应的有功分量、无功分量为测得的电流、电压和功率因数的乘积。此时，电流电压的相位角由示波器测出，电流电压在时间坐标上起始点相差2048μs。

电压互感器负荷箱负荷示值校准记录格式如表3所示：

以上是5VA互感器负荷箱的校准方法，当额定值为其它数值时，负荷箱的校准方法与此类似。

表3

标称负荷(VA)功率因数电压校准点(%)有功分量标称值(W)实际值(W)相对差(%)无功分量标称值(Var)实际值(Var)误差(%)510.8200.2≤0.0061005≤0.151207.2≤0.216200.160.12100431205.764.32

3 结束语

本测量方法由于使用了高精度的数字多用表和数字式示波器，使电压、电流和相位的测量灵敏度达到了非常高的程度,使互感器负荷箱在低电流低电压状态下也能得到高准确度的测量，最为重要的是本方法引线电阻不影响测量精度，并且电压电流发生器输出灵活可变，能满足各种型号的互感器负荷箱校准要求。因此本方法确是一种简单实用的互感器负荷箱校准方法。

[1] JJF 1264—2010《互感器负荷箱校准规范》，国家质量监督检验检疫总局，2010

[2] JJG 313—2010《测量用电流互感器检定规程》，国家质量监督检验检疫总局，2010

[3] JJG 314—2010《测量用电压互感器检定规程》，国家质量监督检验检疫总局，2010

[4] JJG 1021—2007《电力互感器检定规程》，国家质量监督检验检疫总局，2007

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.16