钳形电流表校准方法及优化

国网江苏省电力有限公司超高压分公司 周建平 周小舟

钳形电流表属于手持式工具型多功能测量仪表，在电力系统电流测量工作中有着非常高的使用频率，属于我国常用电气仪表之一。对钳形电流表自身与使用情况进行分析发现，其优点在于不需接线，在线检测，有效降低了测量难度，应用范围广。在《中华人民共和国国家计量技术规范》中，针对钳形电流表校准要求进行了详细阐述，因此在实际工作前应根据相关规定对钳形电流表进行校准，当符合相关规定后才可开展具体工作。

钳形电流表包括电流互感器（铁芯）与电流表（表盘及量程转换部分）。在使用过程中，捏紧扳手后，电流互感器的铁芯将变为张开状态，被测电流所经过导线经过铁芯缺口，然后在松开扳手后铁芯自动闭合，穿过铁芯的被测电路导向将变做电流互感器的一次线圈，借助电流，可在二次线圈中感应到电流，然后与二次线圈存在连接的电流表将显示测量数据。钳形电流表可根据需求调整档位开关，以达到改变自身量程的目的，实际测量范围通常处于10～1000A之间。

1 钳形电流表校准流程

钳形电流表选型工作可决定实际工作效率与质量，在实际选型过程中应遵守如下流程：钳形电流表量程非常广，小到几毫安、大到几千安培，因此在实际选型过程中一定要结合自身实际需求选择不同量程，不可使用小量程去测量大电流，也不可使用大量程测量小电流，以保证最终测量结果准确度；所选择钳形电流表是否可满足实际测量需求，如电压、电阻等[1]；钳形电流表准确度是否满足测量精度；钳形电流表额定电压是否高于被测线路电压；钳形电流表钳口大小与被测导线是否相匹配。

在对钳形电流表进行实际校准时，其详细校准流程如下：

首先要进行测量误差计算并选择正确表示方法。钳形电流表校准工作属于常规项目之一，在实际校准过程中需要参考JJF1075-2001《钳形电流表校准规范》，在此规范中，需借助满量限额定电流值表示数字式或指针式钳形电力表的基本误差，具体计算方式为：γ=(X-X0)/Xm×100%。式中，X代表钳形电流表所显示数值，X0代表测量后所获得实际数值，Xm代表钳形电流表上限。目前钳形电流表生产单位所提供误差属于相对误差，与实际误差间存在一定差距。即在实际校准过程中应对所使用误差进行标注，明确所使用属于相对误差还是引用误差，或参考客户要求给出与实际显示值所匹配的对应值。

在实际校准过程中应注意标准电流源与专用线圈、钳形电流表三者间的匹配关系。钳形电流表校准标准多为实验室标准，实验室所使用电流多为直流电且数值较小，因此在实际校准时可使用等安匝法进行校准，即将导线绕成N圈（假设N=10），之后将N匝线圈同时穿过钳形电流表，标准电流源输出电流I（假设I=10A）通过导线，则此时就证明有N×I=100A的电流穿过导线，实现了电流放大。由于钳形电流表量程较大，钳口大小不同，因此为确保全部导线都可通过钳口，应结合不同需求选择不同圈数、不同大小的线圈，确保钳形电流表与线圈量程匹配、几何尺寸匹配，确保校准工作可顺利完成[2]。

在此时，还需注意专用线圈与标准电流源之间的匹配度，对已完成校准工作进行分析发现，当校准点与量程非常接近时，所获得结果准确度明显降低，对各项因素进行分析发现，之所以会出现此类情况，主要是因在实际校准过程中专用线圈导线过细，但匝数较多、阻力较高，以致于出现了校准误差情况。为解决此类问题，在实际校准过程中应尽可能选择较大功率电源，较粗的专用线圈，控制测量长度。需要注意的是，在实际校准过程中，应尽可能使线圈可垂直通过钳口中心处。

在对钳形电流表进行校准时，校准准确度会受到许多不确定因素的影响，为提高校准准确度，在实际校准过程中需注意：在开始校准前应对钳口铁芯进行清理，保证钳口铁芯整洁性，避免影响两端接触质量；在实际校准过程中不得受到外界因素干扰，通电导线与被测导线之间的距离应大于0.5m，其他大电流设备应处于停止状态；被测导线或线圈应位于钳口中心处，与电流互感器处于垂直状态，如处于非垂直状态会影响铁芯上被测电流所产生磁场强度，影响测量准确度；如果在校准过程中使用了专用线圈，则在进行不确定评定工作时，必须考虑专用线圈的不确定度，以提高校准结果准确性[3]。

2 钳形电流表常见校准方法

2.1 毫安级直流钳形表校准

通常毫安级直流钳形表会被应用在工业生产现场变送器直流电流测量工作中，测量核心为霍尔元件，测量范围在0～100mA之间，钳口较少，在进行校准时可选择Fluke5500A、5520A、5522A等多个产品。以Fluke55xxA系列校准产品为例，其校准流程为使用一根导线将电流输出端HI与LO端连接在一起，根据Fluke55xxA产品设置钳形电表测量方位。

现以产品Fluke772作为被测钳形表，使用Fluke5522A产品为校准器，对二者间的TUR展开详细分析。Fluke772钳形表直流电流测量准确度应为±（0.2%读数+5dit）（0～20.99mA）到±（1.0%读数+5dit）（21.0～100.0mA）之间。772钳形表钳口直径较小，仅够电流输出导线穿过，此时单线圈导线的不确定度较小可忽略不计，标准器不确定度主要指标准器5522A直流电输出不确定度。当输出电流为20mA时，标准器5522A1年的不确定度大概在1.0×10-6输出+0.25uA之间，置信水平为99%，因此不确定度0.00225mA。B类不确定度分类为um符合校准标准，由此说明此Fluke772符合校准要求。

2.2 1000A以下钳形表校准

在对1000A以下钳形表进行校准时可选择的测量方法有两种，分别是基于互感器原理的测量与基于霍尔效应原理的测量。第一种测量只适合交流电，钳形表钳口中有铁芯，铁芯中存在感应线圈，可与互感器进行联动；第二种测量方法既适合交流电测量、也适合直流电测量。但由于在进行校准工作时加入了线圈，使得在对校准器不确定度进行分析时须考虑线圈不确定度，然后分析标准器不确定度。

以Fluke381为被测钳形表，可测量量程为999.9A，选用Fluke5522A与5500A/COIL50匝标准线圈为标注器，在测量上限附近选择校准点位，完成381钳形表与标准器之间TUR分析。在等安匝电流为975A时5522A输出电流为19.5A，则此时量程为20A，此量程1年不确定度指标为0.12%输出+2mA，置信度水平99%，此时输出不确定度指标为0.12%×19.5A+2mA，此时不确定度为0.13%。

在实际校准过程中，供工作人员选择的线圈标准有两个，一个为10匝、一个为50匝，对比发现50匝线圈准确度较高。在实际工作中如遇到TUR不足问题，可使用9100-200进行替换。将所获得结果代入到9100-200线圈指标可得，所获得校准点位测量标准与要求相符。

2.3 1000A以上钳形表校准

工业现场使用钳形电流表测量范围远高于1000A，如钳形表Fluke345测量标准为2000A、Fluke381测量标准为2500A等，此类大型钳形电流表校准难度较高，传统校准方法所获得结果准确性较低，在1000A以上钳形电流表进行校准时，可使用输出为120A的交流电或100A的直流电，选择3000A（25匝）或6000A（50匝）的标准线圈[4]。

3 钳形电流表校准方法优化方案

为解决钳形电力表校准工作存在的各项问题，对相关资料进行整理分析后发现，可借助等安匝法辅助电流交流，提高直流电电流源的上限[5]。等安匝法的核心为将电流互感器的一次绕组与二次绕组相等的安培匝数进行扩大，即I1N1=I2N2，则I1/I2=N1/N2。在上述关系式中，I1、I2代表一次绕组与二次绕组所对应电流，N1、N2则代表一次绕组与二次绕组所对应匝数。在实验中，将穿过铁芯的被测电路导线进行扩大，比如将1芯扩大为10芯，结果显示钳形电流表上所显示数值也将增大十倍，即通过等安匝法可更好的完成校准工作。为判断校准工作质量，应对完成校准的钳形电流表进行使用，在使用时需要注意如下问题：

了解被测线路电压，判断其与钳形电流表额定电压间的关系，以确保工作人员安全不会受到威胁。如针对高压线路进行测量，则需要做好防护措施；不得对裸线电流进行测量，如需测量则需对其进行绝缘处理，以保护工作人员人身安全；定期对钳口进行检查，及时对钳口附近出现的脱落、破裂等情况进行修复；在测量过程中，如钳口附近出现电磁噪音，或工作人员感觉到手部传来轻微震动则应立即停止测量，在对钳口进行清洁后在进行继续测量，保证测量准确度；在测量过程中不得更换量程，如需更换则需停止工作，否则将对钳形电流表造成破坏，并会威胁工作人员人身安全；在实际测量过程中不得使用屏蔽类型导线，以防止磁场无法穿透被测钳形电流表铁芯，影响实际测量质量。

综上，校准工作可影响钳形电流表使用质量与工作效果，因此应提高对此项工作关注度，在实际校准过程中应严格遵守相关规定、重视准备工作，以保实际工作质量、提高校准结果可应用性。伴随相关技术不断成熟、社会不断发展，还应对传统校准方法进行优化，以满足行业发展需求，对优化后钳形电流表校准方法进行应用发现，在优化后不仅实际校准质量有所提高，操作安全性、工作难度也得到了改善，可节省一定的人力资源与物力资源，为企业发展提供更多帮助。