电流互感器检定用测试设备的匹配问题

卢嘉栋

(山西省机电设计研究院有限公司，山西 太原 030009)

1 电流互感器检定用测试设备的组成

根据JJG313—2010《测量用电流互感器》检定规程的规定，检定电流互感器采用比较测差法[1]，即采用同变比标准电流互感器(又称标准器)与被检电流互感器进行比较。检定时，由电源设备为标准器和被检电流互感器提供相同的一次电流，二者的二次电流输入互感器校验仪，由互感器校验仪读出被检电流互感器相对于标准器的误差。电流互感器的检定线路如图1所示。

图1 电流互感器检定线路

图1中，TY为电压调节器，SL为升流器，CT0为标准器，CTX为被检电流互感器，Z为电流负荷箱，HE为互感器校验仪，互感器校验仪有电位差式校验仪或数显校验仪。由图1电流互感器检定线路可知，检定电流互感器用测试设备包括电压调节器、升流器、标准电流互感器、互感器校验仪和电流负荷箱等。

2 电压调节器与升流器的匹配

在检定电流互感器时，需要电压调节器提供可调节的输出电压，升流器为标准器和被检电流互感器提供一次电流。电压调节器和升流器需匹配，二者的电压和容量必须相当。

2.1 电压调节器与升流器电压匹配问题

由图1电流互感器检定线路可以看出，电压调节器TY的电压输出端连接升流器SL的电压输入端，因此，二者的电压必须相当。如电压调节器的输出电压UT大于升流器的输入电压UL,则升流器可能因过载烧坏；如果UT小于UL，则升流器容量可能因输入电压不足而造成浪费。

2.2 电压调节器与升流器容量匹配问题

在检定电流互感器时，交流电源电压调节器和升流器共同为标准器和被检电流互感器提供一次回路电流，二者容量必须相当，如果电压调节器的容量ST大于升流器容量SL则会造成“大马拉小车”现象；而如果ST小于SL，则会造成“小马拉大车”现象，在实际使用中只能按容量小的使用，容量大的会造成浪费。

2.3 电压调节器与升流器容量计算

检定电流互感器时，电压调节器与升流器需要提供的容量有[2]：

(1) 标准器和被检电流互感器自身的空载容量和其二次负荷容量S1(VA)：

S1=40～150.

(1)

(2) 电流互感器一次回路连接导线有功容量S2(VA)：

S2=K1Ien.

(2)

其中：K1为系数，K1=2 V～4 V；Ien为标准器额定一次电流值。

(3) 电流互感器一次回路连接导线无功容量S3(VA)：

(3)

其中：K2为系数，K2=(0.5～1)×10-3Ω。

故电压调节器与升流器输出容量S为：

S=S1+S2+S3.

(4)

将式(1)～ 式(3)代入式(4)可得：

(5)

3 标准器与互感器校验仪的匹配

标准器是标定电流互感器检定装置整体准确级的最关键计量器具，互感器校验仪是测量并指示被检电流互感器相对于标准器的误差测量装置。互感器校验仪工作回路内阻抗给标准器带来负荷，同时检定电流互感器时，校验仪差流回路内阻抗给标准器和被检电流互感器带来大小相等、符号相反的附加负荷[3]。

3.1 标准器的选择和技术性能要求

标准器包括标准电流互感器和电流比例标准器，通常使用标准电流互感器、双级电流互感器或补偿式电流比较仪等，其一次电流值为GB20840.1—2010《互感器第1部分：通用技术要求》和GB/T20840.2—2014《互感器第2部分：电流互感器补充技术要求》规定的额定值，其二次电流通常为5 A和1 A，准确度级别范围为0.05～0.001级或0.05S～0.001S级。

标准器与被检电流互感器的额定电流比相同，准确级至少比被检电流互感器高两个级别，其实际误差不大于被检电流互感器误差限值的1/5，其实际二次负荷不应超出额定和下限负荷范围，误差回路负荷应包括在实际二次负荷之内。由此可得出标准器的误差限值，如表1和表2所示。

表1 标准电流互感器误差限值

由表1和表2可以看出：对于标准器的误差限值要求，当标准器比被检互感器高两个准确级时，对于0.05级和0.05S级以及0.005级和0.005S级标准器，其误差限值比JJG313—2010《测量用电流互感器》中表1和表2规定的误差限值严格。

表2 特殊用途标准电流互感器误差限值

3.2 互感器校验仪工作回路阻抗与标准器负荷的匹配

互感器校验仪工作回路阻抗包括采样电阻或等值电阻与连接导线电阻之和；标准器负荷为互感器校验仪工作回路阻抗和差流回路附加负荷等值阻抗之和，负荷值范围通常为0.1 Ω～0.2 Ω。校验仪工作回路一般有两种采样方式：①电阻采样，其电阻值R01=0.1 Ω；②互感器采样，其阻值R0≤0.01 Ω。对于第一种方式，只要互感器校验仪工作回路的连接导线电阻值R02≤0.1 Ω，则校验仪工作回路阻抗R0=0.1 Ω～0.2 Ω，符合标准器负荷范围。对于第二种方式，则需要在连接导线电阻中串接0.1 Ω电阻，使R0=0.1 Ω～0.2 Ω。

标准电流互感器的二次电流大都是5 A的，常用的标准器变比范围为(5～2000/5)A或(5～5000/5)A。要检定二次电流为1 A的电流互感器，可以通过5 A的标准器与5/1 A的电流互感器级联进行检定，如图2所示。

图2中，CT01为二次电流5 A标准器，CT02为用于级联的5/1 A电流互感器或5/1 A自耦式电流互感器。

图2 电流互感器级联检定线路图3 测标准器二次负荷阻抗线路

对于级联电流互感器的检定线路，按规定CT01和CT02的二次负荷都应在其额定负荷和下限负荷之间，应为0.1 Ω～0.2 Ω。

对于5/1 A级联电流互感器，由于自耦式电流互感器的误差小于一般互感器，且其一次输入电阻也小于一般电流互感器，更适合于级联线路中用于下一级的标准电流互感器，建议在级联线路中使用自耦式电流互感器。对于标准器二次回路阻抗可通过电流互感器参数测量线路来测定，以考核标准器二次回路负荷是否符合规程规定要求，测标准器二次负荷阻抗线路如图3所示。测试时，选择互感器校验仪的测阻抗功能，在20%额定电流点测标准器二次回路的负荷阻抗，其阻抗值应在标准器额定负荷和下限负荷之间。

4 互感器校验仪差流回路附加负荷与标准器负荷的匹配

互感器校验仪差流回路有阻抗压降，给标准器和被检互感器分别带来大小相等、正负相反的附加负荷。附加负荷的大小和相位不仅与差流回路内阻有关，而且与校验仪误差有关[4]。设差流回路内阻为Rd，被检互感器的误差限值为εm，最大附加负荷等值阻抗为ZF，产生的附加负荷误差称为附加误差，则：

εm=fm+jδm.

(6)

ZF=Rdδm=Rd(fm+jδm).

(7)

其中：fm为比值差最大值；δm为相位差最大值。

JJG313—2010《测量用电流互感器》规定：互感器校验仪差流回路附加二次负荷引起的测量误差，即附加误差不大于被检互感器的误差限值1/20。一般标准器和被检电流互感器的最小额定负荷阻抗为0.2 Ω，如果ZF<(1/20)Zon(Zon为额定负荷下二次回路总阻抗)，则附加误差对标准器和被检电流互感器均可忽略不计[5]；而对于标准器为双级电流互感器，且用于电位差式校验仪和数显校验仪，这时双级电流互感器就成为双级补偿电流互感器，校验仪差值回路的附加负荷就是它的负荷，称为双级负荷。双级电流互感器的误差主要决定于差流回路附加负荷[6]，如果双级电流互感器用作标准器在任意电位差式校验仪和数显校验仪上进行误差测试，假设Rd=5 Ω，双级电流互感器的双级负荷与被检电流互感器的对应关系如表3所示。

表3 双级电流互感器的双级负荷与被检电流互感器的对应关系

5 结束语

用于检定电流互感器的标准器，其准确级决定了电流互感器检定装置或检定系统整体的准确度，标准器在使用时其二次回路实际负荷阻抗必须是额定负荷阻抗和下限负荷阻抗之间任一值，标准器二次回路实际负荷高于额定负荷或低于下限负荷都不能保证标准器的准确级；用于检定高准确级电流互感器的双级电流互感器，其双级负荷必须与互感器校验仪差流回路附加负荷相匹配，可通过互感器校验仪的性能参数来确定标准器的有效性，二者单独送检合格并不意味着检定装置或检定系统整体合格；另外，电压调节器和升流器的电压和容量必须相当，相互匹配，二者的额定容量才能有效利用，达到全量程测试的目的。