电流互感器比值差相位差误差测量结果的不确定度评定

李艳红

摘要：本文从0.2S级电流互感器的比值差、相位差误差测量结果出发，来分析评定其测量结果的不确定度。此方法为检定和校准其他等级的电流互感器提供科学的测量校准方法。

关键词：电流互感器；比值差；相位差；测量不确定度

中图分类号：TM452文献标识码： A

一、电流互感器比值差测量结果的不确定度评定

1、概述

1.1测量依据：JJG313-2010《电流互感器检定规程》

1.2环境条件：温度（+10～+35）℃，相对湿度≤80%。

1.3测量标准：电流互感器。准确度0.05S级；量程为一次电流（1～3000）A；二次电流5A。

1.4 被测对象：电流互感器。准确度级别0.2S级；量程一次电流150A；二次电流5A。

1.5 测量过程：将标准电流互感器与被测电流互感器在相同的额定变比的条件下，采用比较法进行测量，将在互感器校验仪得的电流上升、下降的两次比值读数的算数平均值作为被测电流互感器在该额定变比时的比值差。

1.6 评定结果的使用：符合上述条件的测量，一般可直接使用本不确定度的评定方法。额定电流在20%，100%，120%时的比值差测量结果的不确定度可直接使用本不确定度的评定结果。

2 数学模型

式中：——被检电流互感器的比值差；

——互感器校验仪上所得的电流上升、下降的比值差的算数平均值。

3 输入量的标准不确定度的评定

输入量的标准不确定度的来源主要有两个方面：

在重复性条件下由对被测电流互感器的测量不重复引起的不确定度分项，采用A类评定方法；标准电流互感器误差引起的不确定度分项，采用B类评定方法。

根据互感器校验仪的技术指标可知，在被测量值较小时，由于互感器校验仪误差引起的不确定度主要是由最小分度值引起的，而该不确定度已包含在由测量不重复引起的不确定度分项中。因此，当被测量值较小时，由互感器校验仪误差引起的不确定度可以不必再另作分析。

3.1 标准不确定度分项的评定

该不确定度分项主要是由于对被测电流互感器的测量不重复引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。磁场影响等引起的不确定度已包含在此标准不确定度分项中，故本文不另作分析评定。

对1台电流互感器，在150A/5A档，额定电流为100%时，连续测量10次，得到电流上升、下降比值差的算数平均值的测量列为（每次测量均重新接线）0.039%，0.033%，0.035%，0.034%，0.039%，0.035%，0.038%，0.033%，0.038%，0.036%。

单次实验标准差

再任意选取2台同类型电流互感器，每台分别在20%、100%、120%额定电流时，各在重复性条件下连续测量10次，共得到9组电流上升、下降比值差的算术平均值的测量列，每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如表1所示。

合并样本标准差

自由度为

表1m组实验标准差计算结果

额定电流比 20% 100% 120%

实验标准差 0.0019% 0.0022% 0.0020%

0.0021% 0.0019% 0.0020%

0.0018% 0.0020% 0.0018%

3.2标准不确定度分项的评定

该不确定度分项主要是标准电流互感器误差引起的，标准电流互感器经上级检定合格，其比值差最大允许误差e=±0.01%,其半宽，在此区间内可认为服从均匀分布，包含因子，

估计，自由度。

3.3 标准不确定度的计算

4 合成标准不确定度评定

4.1 灵敏系数

数学模型

灵敏系数

4.2 合成标准不确定度汇总表

输入量的标准不确定度汇总于表2

表2合成标准不确定度汇总表

标准不确定度 不确定度来源 标准不确定度 自由度

对被测的测量不重复

标准电流互感器误差

1

0.0061%

0.0020%

0.0058%

0.0061%

61

81

50

4.3合成标准不确定度的估算

4.4合成标准不确定度的有效自由度

5 扩展不确定度的评定

取置信概率 ，有效自由度，查分布表并将有效自由度近似取整为50，得到

扩展不确定度为

同理，对0.2S级电流互感器其余电流量程、额定电流分别为20%，100%，120%时的比值差的测量结果的扩展不确定度进行评定得到=0.012%。

6不确定度报告

0.2S级电流互感器比值差测量结果的扩展不确定度为=0.012%

7 校准测量能力

电流互感器属于较稳定的被测对象，由被测不稳定给测量带来的不确定度影响可以忽略，因此对0.2S级电流互感器的校准能力可用的扩展不确定度来表示：

二、电流互感器相位差测量结果的不确定度评定

1、概述

1.1测量依据：JJG313-2010《电流互感器检定规程》

1.2环境条件：温度（+10～+35）℃，相对湿度≤80%。

1.3测量标准：电流互感器。准确度0.05S级；量程为一次电流（1～3000）A；二次电流5A。

1.4 被测对象：电流互感器。准确度级别0.2S级；量程一次电流150A；二次电流5A。

1.5 测量过程：将标准电流互感器与被测电流互感器在相同的额定变比的条件下，采用比较法进行测量，将在互感器校验仪得的电流上升、下降的两次相位差读数的算数平均值作为被测电流互感器在该额定变比时的相位差。

1.6 评定结果的使用：符合上述条件的测量，一般可直接使用本不确定度的评定方法。额定电流在20%，100%，120%时的相位差测量结果的不确定度可直接使用本不确定度的评定结果。

2 数学模型

式中：——被检电流互感器的相位差；

——互感器校验仪上所得的电流上升、下降所测得的相位差的算数平均值。

3 输入量的标准不确定度的评定

输入量的标准不确定度的来源主要有两个方面：

在重复性条件下由对被测电流互感器的测量不重复引起的不确定度分项，采用A类评定方法；标准电流互感器误差引起的不确定度分项，采用B类评定方法。

根据互感器校验仪的技术指标可知，在被测量值较小时，由于互感器校验仪误差引起的不确定度主要是由最小分度值引起的，而该不确定度已包含在由测量不重复引起的不确定度分项中。因此，当被测量值较小时，由互感器校验仪误差引起的不确定度可以不必再另作分析。

3.1 标准不确定度分项的评定

该不确定度分项主要是由于对被测电流互感器的测量不重复引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。磁场影响等引起的不确定度已包含在此标准不确定度分项中，故本文不另作分析评定。

对1台电流互感器，在150A/5A档，额定电流为100%时，连续测量10次，得到电流上升、下降相位差的算数平均值的测量列为（每次测量均重新接线）-0.86＇，-0.70＇，-0.49＇，-0.85＇，-0.67＇，-0.96＇，-0.92＇，-0.89＇，-0.53＇，-0.63＇。

-0.75＇

单次实验标准差 0.17＇

再任意选取2台同类型电流互感器，每台分别在20%、100%、120%额定电流时，各在重复性条件下（每次测量均重新接线）连续测量10次，共得到9组电流上升、下降相位差的算术平均值的测量列，每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如表2所示。

合并样本标准差0.19＇

0.19＇

自由度为

表2m组实验标准差计算结果

额定电流比 20% 100% 120%

实验标准差 0.20＇ 0.17＇ 0.20＇

0.23＇ 0.15＇ 0.21＇

0.19＇ 0.18＇ 0.15＇

3.2标准不确定度分项的评定

该不确定度分项主要是标准电流互感器误差引起的，标准电流互感器经上级检定合格，其相位差最大允许误差e=±0.3＇,其半宽0.30＇，在此区间内可认为服从均匀分布，包含因子，

0.17＇

估计，自由度。

3.3 标准不确定度的计算

0.25＇

129

4 合成标准不确定度评定

4.1 灵敏系数

数学模型

灵敏系数

4.2 合成标准不确定度汇总表

输入量的标准不确定度汇总于表2

表2合成标准不确定度汇总表

标准不确定度 不确定度来源 标准不确定度 自由度

对被测的测量不重复

标准电流互感器误差

1

0.25＇

0.19＇

0.17＇

0.25＇

129

81

50

4.3合成标准不确定度的估算

0.25＇

4.4合成标准不确定度的有效自由度

129

5 扩展不确定度的评定

取置信概率 ，有效自由度129，查分布表并将有效自由度近似取整为100，得到 =1.984

扩展不确定度为1.984×0.25＇=0.50＇

同理，对0.2S级电流互感器其余电流量程、额定电流分别为20%，100%，120%时的相位差的测量结果的扩展不确定度进行评定得到=0.50＇。

6不确定度报告

0.2S级电流互感器相位差测量结果的扩展不确定度为=0.50＇, 100

7 校准测量能力

电流互感器属于较稳定的被测对象，由被测不稳定给测量带来的不确定度影响可以忽略，因此对0.2S级电流互感器的校准能力可用的扩展不确定度来表示：

0.25＇=0.50＇

参考文献：

[1]JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》北京.中国计量出版社

[2]JJG596-2012《电子式交流电能表检定规程》北京.中国计量出版社