电能表现场校验仪中钳形电流互感器误差的检定方法

张丽伟，郑光明，申秀香，张景涛

(河北省电力研究院，石家庄 050021)

电能表的准确与否直接关系供用电双方的利益，属于国家强制检定的项目。电能表现场校验仪是在实际负荷状态下，对安装式电能表进行检定的仪器。为了使用安全方便，大部分校验仪配有钳形电流互感器。电能表现场校验仪作为校验用户电能表的标准设备，每年必须经过国家认可的计量检测部门进行检定或校准才能使用。由于其使用频率高和现场环境条件的影响，必要时还应缩短检定周期，以保证测量结果的准确性，满足国家规程规定的技术要求。

1 钳形电流互感器的原理及其误差分析

钳形电流互感器(简称“钳形表”)的主要部件是可开合式电流互感器，其原理结构见图1。其中I1为被测电流；W1为穿过被测电流的导线匝数，相当于互感器初级绕组；W2为互感器次级绕组，被测电流在铁心中产生交变磁通，使W2产生感应电流I2，I2流经负载。

图1 钳形表的原理结构示意

理想状态下，等式I1W1=I2W2成立，即安匝平衡公式。实际上由于钳形表的应用特点和结构的特殊性，铁心必须是可开合的，因此在工作时磁路就不可避免的有2段气隙，由于空气的相对磁导率很低，致使铁心的等效磁导率大大降低，导致钳形表的误差较大。在实际的电流互感器中，需要激磁电流I0供给铁心的激磁和铁心的损耗。实际安匝方程为：I1W1+I2W2=I0W1，其中，I0为激磁电流，I0W1为激磁安匝。由于I0W1的存在，使得I1和I2的比值不等于W2和W1的比值，由此钳形表产生误差。现在通过各种手段，在工艺上尽量减少钳形表气隙长度，增大铁心截面积，使用高初始磁导率的材料做铁心，采用电子补偿电路对互感器进行补偿，采取特殊的屏蔽措施减少外部磁场干扰等，使钳形表的准确度有了很大提高，一般与电能表现场校验仪配套的钳形表，等级有0.1级、0.2级、0.5级、1级。

实际使用中，钳形表一次绕组，就是串接在被测电流线路上的导线，一般为1匝，被测线路的电流是一次电流I1，二次绕组产生的感应电流I2通过电能表现场校验仪主机，按一定比例算出一次电流，也就是线路上的被测电流，并由校验仪显示。

2 电能表现场校验仪中钳形表误差检定方法

2.1 小电流钳形表误差

电能表现场校验仪是以电子式标准电能表为主体的多功能标准表。对它的电能误差检定可以使用三相电能表检定装置。 JJG 1055-1997《交流电能表现场校准技术规范》明确规定“允许使用钳型电流互感器作为校准仪的电流输入元件，校准时，校准仪与钳形电流互感器应整体校准”。小电流钳形电流互感器的电流一般为5 A，对其检定应符合JJG 1055-1997的技术要求，对电能误差的测量方法应按JJG 596-1999《电子式电能表》有关条款规定的负荷点进行。在每一负荷点下，至少做2次测量，取其平均值作为测量结果。如所得的相对误差等于该表基本误差限的80%～120%，应再做2次测量，取这次和前几次测量的平均值作为测量结果。

2.2 大电流钳形表误差

2.2.1 检定方法

通常与电能表现场校验仪配套使用的钳形表最大电流为500 A或1 000 A，而电能表检定装置最大输出电流为100 A，对大于100 A的钳形表无法检定。

在现场使用大电流钳形表时，将其串在被检电能表所接电流互感器一次侧线路，所测得的误差包括电流互感器、被检电能表及二者之间连接线的误差，可以进行防窃电接线检查，所以大电流钳形表也必须进行检定，但准确度可以适当降低。

对大电流钳形表检定时可采用等安匝法，根据安匝平衡公式，将电能表检定装置的电流输出线在钳形表一次侧绕n匝，且要求垂直经过钳形表中央，相当于电能表检定装置将供给大电流钳形表的输出电流I放大到nI，然后按JJG 596-1999检定规程规定的负荷点进行检定。

通过以上方法解决了电能表检定装置不能提供大电流的问题，按上述方法进行大电流钳形表检定时，需要特别注意的是，由于大电流钳形表给出的输出脉冲电能常数C是在一次电流为1匝时的情况，而现在钳形表上绕了n匝，与电能表检定装置相比，大电流钳形表接到的电流相当于扩大了n倍，因此相对于电能表检定装置，大电流钳形表的实际脉冲常数应为nC。检定时脉冲常数设置应为nC，否则，检定误差数据不正确。

在操作中应注意:选用适当的穿心导线长度，截面应选相应规格的导线，以免导线发热，影响误差。穿心导线要均匀缠绕在铁心上，最好事先做一个有10匝绕组的连接导线，并用非金属线将10匝固定好，使方向一致，这样在检定200 A或500 A钳形表时，让装置输出20 A或50 A即可。

2.2.2 应用实例

使用上述方法对WT-5103D型三相电能表现场校验仪进行检定，此设备低频脉冲常数可以任意设定，检定时脉冲常数设为4 000 imp/kWh，与校验仪配套的大电流钳形表为500 A，等级为0.5级。检定时在钳形表一次穿心5匝，电能表检定装置输出电流100 A，钳形表一次安匝数500安匝，根据安匝平衡原理，相当于钳形表穿心1匝，升500 A电流。用电能表检定装置进行检定，此时在电能表检定装置的参数设置中，被检校验仪的脉冲常数应设为5×4 000 imp/kWh =20 000 imp/kWh，然后按JJG 596-1999有关条款规定的负荷点进行合元误差检测，升所需电压，电流升至以100 A为基本量限的各负荷点。大电流钳形表误差检定接线示意见图2，检定数据结果见表1，其中检定电压为3×220 VA。

图2 大电流钳形表误差检定接线示意

表1 大电流钳形表误差检定结果

装置实际输出电流钳形表安匝数/匝功率因数误差/%3×100 A5001.0+0.4435000.5L+0.2315000.8C+0.4293×50 A2501.0+0.3712500.5L+0.1912500.8C+0.2793×20 A1000.5L+0.2141000.8C+0.2353×10 A501.0+0.264

2.2.3 检定方法的验证

为了证明上述等安匝法的正确性，可通过100 A、50 A负荷点进行验证。下面2组数据，第1组是用电能表检定装置直接输出100 A、50 A，钳形表穿心1匝时测得的误差，见表2。第2组是钳形表穿心5匝，电能表检定装置输出20 A、10 A，等效于大电流钳形表电能表校验仪工作在100 A、50 A测得的误差，见表3。其中检定电压为3×220 V。

表2 钳形表穿心1匝时测得的误差

装置实际输出电流钳形表安匝数/匝功率因数误差/%3×100 A1001.0+0.1820.5L+0.1650.8C+0.1943×50 A501.0+0.2370.5L+0.1890.8C+0.254

表3 钳形表穿心5匝时测得的误差

装置实际输出电流钳形表安匝数/匝功率因数误差/%3×20 A1001.0+0.2240.5L+0.2140.8C+0.2353×10 A501.0+0.2640.5L+0.2280.8C+0.285

通过比较2组数据可以看出，钳形表最大变差为0.042%，能够满足钳形表0.5级的准确度等级要求，因此采用上述方法可完成大电流钳形表误差的基本检定。

3 钳形表使用注意事项

a. 电能表校验仪开机前应插好钳形表插头，同校验仪一起预热5 min以上方可使用，禁止开机后插、拔钳形表插头。

b. 在现场使用钳形表夹线前，应保证被测电流线接线牢固可靠，以免钳形表重量或外力使现场电流线脱落造成开路。

c. 钳形表使用前必须检查钳口是否清洁，如不清洁则清理后再使用，否则会带来较大的测量误差。

d. 要开合两三次后再进行测量，测量时不能用手挪动钳口或用手夹紧钳头。

e. 钳形表经长途运输或断裂振动后要检查钳口接触有无缝隙，应保证无缝隙后再使用。

f. 与电能表校验仪配用的钳形表在出厂前已按相和校验仪综合调试好，U、V、W三相不能互换，否则会带来很大测试误差。

g. 钳形表在夹电流导线时钳口张开要适度，钳口齿合时要自然松开按柄，当遇到电流导线阻碍时要重新夹好，应听到钳口清脆接触声“咔”为好，严禁夹线后钳口有间隙，否则会带来较大的测量误差。

h. 钳形表在使用中要轻拿轻放，禁止剧烈摇动，用完后放在保护袋中，防止尘土进入影响测量精度。

4 结束语

由于标准电能表检定装置最大输出电流为100 A，对于与电能表校验仪配套使用的量限大于100 A的钳形表则无法检定，通过电流互感器安匝平衡原理，解决了在标准电能表检定装置上检定大电流钳形表误差的问题。另外，以上仅对电能表现场校验仪中钳形表误差的检定方法提出见解并进行了验证，对于检定大电流钳形表时缠绕绕阻的导线电流、漏电流、寄生电容等究竟会产生多大的测量误差，并没有在理论上进行计算。