微型互感器对电能表计量误差的影响分析

肖五生 顾小峰 李家成

摘 要：本文主要分析了电能表误差产生的主要原因，重点分析了用微型电流互感器（以下简称互感器）对电子式电能表计量精度的影响，并量化了不同功率因数下互感器对电能表计量误差的影响量。

关键词：微型电流互感器；比差；角差

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0052-02

近年来，随着智能电网的发展，对电能表的计量精度要求越来越高。而影响电能表计量精度的因素有很多，用作电流采样的微型电流互感器就是一个很关键的因素。本文着重从互感器对计量精度的影响方面做一些分析并量化。

1 影响电能表计量误差的主要因素

电能表的计量误差主要是由电压采样和电流采样的误差引起的，电压采样一般采用高精度的电阻分压，电流采样一般用互感器。电压电流采样都可以通过校准达到一定精度，但是由于互感器随着相角的变化角差也随着变化，并且是非线性的，因此会影响不同相角下电能表的误差。而电阻分压的电压采样不会随相角的变化而改变，因此影响电能表计量误差主要是由互感器的角差引起的。

设电能表的用电电压和电流分别为U1和I1，功率因数为cosφ；假设采样是理想的，则电能表的电压和电流采样分别为：

U2=KuU1，I2=KiIi

其中KU为电压采样系数，KI为电流采样系数。

根据有功功率的公式可知：

P1=U1I1cosφ

P2=KUU1KII1cosφ

设互感器的比差为ε，角差為δ，忽略电阻分压采样的偏差，则：

P2=KUU1KII1（1+ε）cos（φ+δ）

由此可以得出电能表计量的误差为：

Err=×100%

=[KUKI（1+ε）（cosδ-tanφsinδ）-1]×100%

由于KU，KI都是常数，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ-tanφsinδ）-1]×100%

2 不同功率因数下各等级电能表对互感器角差要求分析计算

2.1 功率因数cosφ=1.0时

当功率因数cosφ=1.0时，tanφ=0，因此：

Err=[（1+ε）cosδ-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，从而可以化简为：

Err=（cosδ-1）×100%

由此可以计算出，不同准确度等级电能表对互感器角差的极限要求，具体数据见表1。

2.2 功率因数cosφ=0.5L时

当功率因为cosφ=0.5L时，tanφ=-，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ+sinδ）-1]×100%

由于互感器的角差一般在十几分以内，因此cosδ≈1，sinδ≈δ，从而：

Err=[（1+ε）（1+sinδ）-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，则：

Err=δ×100%

由此可以计算出，不同准确度等级电能表对互感器角差的极限要求，具体数据见表2。

2.3 功率因数cosφ=0.25L时

当功率因数cosφ=0.25L时，tanφ≈-3.873，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ+3.873sinδ）-1]×100%

由于互感器的角差一般在十几分以内，因此通过计算可知cosδ≈1，sinδ≈δ，从而：

Err=[（1+ε）（1+3.873sinδ）-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，则：

Err=3.873δ×100%

由此可以计算出，不同准确度等级电能表对互感器角差的极限要求，具体数据见表3。

2.4 功率因数cosφ=0.8C时

当功率因数cosφ=0.8C时，tanφ=0.75，因此：

Err=[（1+ε）（cosδ-0.75sinδ）-1]×100%

由于互感器的角差一般在十几分以内，因此通过计算可知cosδ≈1，sinδ≈δ，从而：

Err=[（1+ε）（1-0.75δ）-1]×100%

由于互感器的比差一般都很小，因此比差可以忽略，则：

Err=-0.75δ×100%

由此可以计算出，不同准确度等级电能表对互感器角差的极限要求，具体数据见表4。

3 互感器角差变化引起电能表误差改变量计算

3.1 功率因数cosφ=0.5L时

当功率因数cosφ=0.5L时，根据2.2中误差公式Err= δ×100%可知，互感器角差每变化1分（1弧度=3438分）时，引起电能表的误差改变量为：

ΔErr=×100%≈ 0.05%

3.2 功率因数cosφ=0.25L时

当功率因数cosφ=0.25L时，根据2.3中误差公式Err=3.873δ×100%可知，互感器角差每变化1分时，引起电能表的误差改变量为：

ΔErr=×100%≈0.11%

3.3 功率因数cosφ=0.8C时

当功率因数cosφ=0.8C时，根据2.4中误差公式Err=-0.75δ×100%可知，互感器角差每变化1分时，引起电能表的误差的改变量为：

ΔErr=×100%≈0.022%

4 结语

从以上数据表格可以看出，在功率因数cosφ=1.0时，即使是0.2S级电能表，其对互感器的角差要求也在200分以上，而互感器的角差一般在15分以内，因此在功率因数cosφ=1.0时，互感器对电能表的误差影响很小；随着功率因数cosφ的降低，互感器的角差对电能表误差的影响越来越大，在正常校验点，在cosφ=0.25L时，互感器角差的变化对电能表误差的影响最大，即对互感器角差的要求最严格。

当然，以上计算是排除影响电能表误差的其他因素，仅仅针对互感器计算得出来的数据，而实际应用时，还会有其他的因素影响电能表的误差精度，因此在选用互感器时，不仅要根据误差精度要求选取合适的互感器，还要考虑实际情况给互感器留出一定的裕量。

参考文献

[1]张有顺，冯井岗.电能计量基础[M].中国计量出版社，2007.

[2]国家高电压计量站.测量用电流互感器检定规程[JJG 313-2010][M].北京：中国计量出版社，2011.