0.2S级电流互感器检定结果不确定度评价

摘要：取0.2S级电流互感器为实验样品，以检定规程《测量用电流互感器》（JJG 313—2010）及《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059—1999）为测量依据，对实验样品进行了误差测试，并对其测量结果不确定度进行了评定，通过评定结果，指出了影响测量结果不确定度的因素。

关键词：电流互感器;误差;不确定度

0    引言

测量误差是指测量值与真值之间的差值，是用来评价测量结果与真值的接近程度。但是测量误差只针对该次测量的结果，并不能证明测量过程是持续受控的，且测量误差不能保持稳定一致。由此可见，这种测量结果评价方法并不确切。测量不确定度是“表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数”。由此可见，测量不确定度比测量误差更精确，所以不确定度已逐渐取代误差成为评定测量结果可靠性的指标。在误差理论基础上，通过对误差数值进行一系列的分析计算，可以得出测量值的不确定度。根据数值评定方法的不同，不确定度评价可以分为A类评定、B类评定。

1    测量模型

1.1    以实验样品为例，建立不确定度评价函数

对测量过程进行详细分析，列出测量过程中可能对电流互感器不确定度造成影响的输入量，并建立评价函数：

1.2    测量依据

《测量用电流互感器》（JJG 313—2010）检定规程、《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059—1999）。

1.3    测量标准及环境

被检互感器为0.2S级电流互感器，变比为100/5 A;标准为0.02S级电流互感器，参数：0.001 A≤一次电流I1≤500 A，0.1 A≤一次电流I2≤5 A;温度为20 ℃;湿度为65%。

1.4    测量原理

在规程规定的条件下，采用比较法进行测量，对负荷点（上升为1%、5%、20%、100%、120%负荷点，下降为5%、20%、100%负荷点）进行校验，测量各负荷点的误差，记录多次各点比值差读数和相位差读数，求其算术平均值，再计算出标准差，记为不确定度。

2    各不确定度的评定

2.1    标准误差引入的不确定度

对比实验选用标准电流互感器精度等级为0.02S级，且经上级计量院检定合格，符合技术要求指标，其误差服从均匀分布，包含因子k=。查规程可得在负荷点100%处比值误差极限为±0.02%，相位误差为±0.6′。比值不确定分量ux1（λ）=比值误差极限/包含因子，差值不确定分量ux1（μ）=差值误差极限/包含因子。计算得输入量X1引入的比差不确定分量为uX1（λ）=0.02%/≈0.012%，角差不确定分量为uX1（μ）=0.6/≈0.346′。

2.2    重复性测量引入的不确定度

测试样品为0.2S级电流互感器，在重复测量的前提下，取cos β=1，下限负荷为5 VA，在负荷点100%处重复测量10次，得数据如表1所示。其不确定度采取A类评价。

2.3    化整引入的不确定度

测量误差结果计算出来后，需根据要求进行修约，误差示值进行修约后将产生不确定度。查规程得知，0.2S级电流互感器比差化整间距为0.02%，则其半阔区间值为0.01%;角差化整间距为1′，则其半阔区间值为0.5′。化整结果误差服从均匀分布，包含因子k=，不确定分量uX3=半阔区间值/包含因子，故由输入量X3引入的比差不确定分量为uX3（λ）=0.01%/≈0.005 8%，角差不确定分量为uX3（μ）=0.5/≈0.289′。

2.4    互感器校验仪引入的不确定度

本次选用准确度等级为2的互感器负载箱且经上级计量院检定合格，符合技术要求指标。互感器校验仪误差服从均匀分布，包含因子k=。由规程可知，互感器校验仪的测量误差应小于被检互感器误差极限的1/10，在负荷点100%处比值误差极限为±0.2%，相位误差为±10′。比值不确定分量ux4（λ）=0.1×比值误差极限/包含因子，差值不确定分量ux4（μ）=0.1×差值误差极限/包含因子。计算得由输入量X4引入的比差不确定分量为uX4（λ）=0.1×0.2%/≈0.012%，角差不确定分量为uX4（μ）=0.1×10/≈0.577′。

2.5    调压器、升流器等引入的不确定度

本次实验选用调压器、升流器经上级计量院检定合格，符合技术要求指标。其误差服从均匀分布，包含因子k=2。查规程得知，调压器、升流器等不确定度为不大于1/10，比值误差极限为±0.000 5%，相位误差极限为±0.015′。比值不确定分量ux5（λ）=0.1×比值误差极限/包含因子，差值不确定分量ux5（μ）=0.1×差值误差极限/包含因子。计算可得输入量X5引入的比差不确定分量为uX5（λ）=2.5×10-7，角差不确定分量为uX5（μ）=0.007 5′。

2.6    与检定无关的磁场引入的不确定度

uX6为由与检定无关的磁场误差引入的不确定度分量，由规程可知，二次回路负荷对被检互感器的影响应小于其误差极限的1/20，服从均匀分布，包含因子k=2。在负荷点100%处比值误差极限为±0.2%，相位误差为±10′。比值不确定分量ux6（λ）=0.05×比值误差极限/包含因子，差值不确定分量ux6（μ）=0.05×差值误差极限/包含因子。计算可得输入量X6引入的比差不确定分量为uX6（λ）=0.005%，角差不确定分量为uX6（μ）=0.25′。

3    合成不确定度的计算

当测量结果由多个输入量经过一系列计算所得时，其不确定度也由各个输入量的不确定度合成所得。所以，电流互感器比差的合成标准不确定度为：

4    扩展不确定度的评定

扩展不确定度是指合理的测量数值大部分可望包含于此区间。一般来说，测量数值落在2倍置信区间的概率为95%，取k=2，所以电流互感器比差的扩展标准不确定度为u（λ）=kuX（λ）=2×0.024%=0.048%，电流互感器角差的扩展标准不确定度为u（μ）=kuX（μ）=2×0.77′=1.54′。

5    结语

本文依据《测量用电流互感器》（JJG 313—2010）检定规程及《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059—1999），通过对影响互感器检定结果各个输入量不确定度的分析，为电力行业检定或校准电流互感器提供了不确定度评定方法。

[参考文献]

[1] 测量用电流互感器：JJG 313—2010[S].

[2] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059—1999[S].

收稿日期：2020-02-27

作者簡介：吴嘉颖（1986—），男，广东湛江人，工程师，从事电能计量工作。