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鉗形表校準典型校準方法

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一、導言:

鉗形電流表是一種廣泛應用在電力檢修、工業(yè)檢測等大電流測量場(chǎng)景的儀器,本文將對其典型校準方法做討論分析。本文閱讀時(shí)間約5分鐘。

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二、目錄:

1.?背景:鉗形電流表原理與分類(lèi)

2.?鉗形電流表典型校準方法及對比分析

3.?天恒校準解決方案

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三、正文:

1.?背景:鉗形電流表原理與分類(lèi)

·?工作原理

鉗形電流表是一種將開(kāi)合的磁路套在載流導體上測量其電流值的儀表,測量時(shí)無(wú)需斷開(kāi)回路即可得到被測電路的電流值。其工作原理為通過(guò)畢奧薩伐爾定律確定載流導線(xiàn)周?chē)艌?chǎng)強度與電流的關(guān)系,已知無(wú)限長(cháng)載流導體的電流為I,則距離載流導體為r的A點(diǎn)產(chǎn)生的磁通密度按照式(1)計算:

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由式(1)可知,載流導線(xiàn)周?chē)囟ㄎ恢玫拇磐芏扰c電流值大小成正比,與該位置和載流導線(xiàn)的距離成反比。因此,可通過(guò)測量磁通密度間接測量電流值,測量時(shí)常將被測載流導線(xiàn)垂直穿過(guò)鉗形電流表鉗口幾何中心(見(jiàn)圖2)。

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· 分類(lèi)

鉗形電流表按照測量原理可分為互感式、霍爾效應式和磁調制式,各原理測量對象和特點(diǎn)見(jiàn)表1:

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表1??鉗形電流表各測量原理說(shuō)明

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·?典型參數

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2.?鉗形電流表典型校準方法及對比分析

·?測量誤差分析

鉗形電流表的工作原理是通過(guò)檢測磁場(chǎng)來(lái)間接測量電流,最理想的校準方法是采用標準電流源對一根無(wú)限長(cháng)的導線(xiàn)施加測試電流,并使該導線(xiàn)垂直穿過(guò)被校鉗形表的幾何中心。但實(shí)際工作中,導線(xiàn)不可能無(wú)限長(cháng),會(huì )帶來(lái)一定的誤差。

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如圖3所示,無(wú)限長(cháng)載流導線(xiàn)W0在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁通密度B0按式(2)計算;如圖4所示,有限長(cháng)載流導線(xiàn)W1在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁通密度BX按式(3)計算:

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鉗形電流表所測量的電流值與其所檢測到的磁通密度成正比,由此可得到有限長(cháng)載流導線(xiàn)所帶來(lái)的系統相對誤差γ(%)按式(4)計算:

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實(shí)際測量中,鉗形電流表測量有限長(cháng)導線(xiàn)電流會(huì )產(chǎn)生誤差,圖5所示列出了不同取值DL下的誤差γ(%):

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圖5? 不同取值DL下的誤差

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由圖可知:

· 鉗形電流表檢測線(xiàn)圈直徑D越大,測量所產(chǎn)生的的系統誤差越大;

· 鉗形電流表檢測線(xiàn)圈直徑D固定時(shí),鉗形電流輸出環(huán)的載流導線(xiàn)長(cháng)度L越大,系統誤差越小。

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·?等效安匝法

鉗形電流表校準需要高精度的標準大電流源作為原邊電流,但千安級的高精度交直流大電流源設計制造難度大,成本較高,因此早期通常使用等效安匝法進(jìn)行校準。

等效安匝法,即將數十安培的標準電流源通過(guò)多匝線(xiàn)圈,并穿過(guò)被校鉗形表鉗口進(jìn)行校準,此時(shí)鉗形電流表檢測到的電流為等效安匝電流=標準電流源電流×線(xiàn)圈匝數。

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w/2代表C0柱與C1柱、C2柱的中心線(xiàn)距離,h代表鉗形電流輸出環(huán)載流導體中心線(xiàn)的高度。

在繞制過(guò)程中,匝與匝之間應保持良好的絕緣,整個(gè)鉗形電流輸出環(huán)制作應盡量保持中心對稱(chēng)。

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等效安匝法受漏電流、線(xiàn)圈形狀、外磁場(chǎng)等因素影響,準確度較低,且匝數增加時(shí),電感呈平方倍快速增加,對校準源帶感性負載能力要求較高,僅適用于低精度鉗形電流表的校準。

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·?單匝法

單匝法是一種將千安級大電流通過(guò)單匝標準電流環(huán)穿過(guò)鉗形電流表的鉗口,從而對鉗形電流表進(jìn)行校準的方法。典型單匝法鉗形電流環(huán)輸出結構見(jiàn)圖7。

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銅環(huán)制作中,應保持A-A’成軸對稱(chēng),且直徑不小于1m,與電流源端子應保持可靠牢固的連接并接觸良好。

持續大電流工作時(shí),其溫升應不超過(guò)20℃。

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單匝法的銅環(huán)方便拆卸,便于使用高等級的穿心電流互感器或直流比較儀對裝置進(jìn)行交直流電流的測量校準,校準時(shí)高等級溯源裝置其不確定度應不大于校準裝置允許誤差絕對值的1/4,且鐵心的幾何中心應置于鉗形表鉗口放置處。單匝法是校準鉗形電流表的主要方法,符合鉗形電流表高準確度等級發(fā)展的方向。

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表2 ?單匝法和等效安匝法對比

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3.?天恒校準解決方案

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