技术与。市场 技术研发 第１８卷第７Ｊ￣］２０１１年 单相电能表计量标准装置测量不确定度评定 龚英基 （桂平计量测试所，广西桂平５３７２００） 摘 要：简要概述了单相电子式电能表的结构和原理，重点分析单相电能表计量标准装置测量不确定度的评定，同时，就 计量误差及解决措施作了一些简单的分析。以供同行参考。 关键词：单相电能表计量；标准装置测量；评定 ｄｏｉ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１１．０７．１６６ １概述 裹１ 电子式单相电能袭的测量结果 单相电子式电能表的型号规格虽说不少，但都有一个共同 序号 ）【ｉ（％） ８￣＝ｘｉ－－ｘ ８｝ 点，即其结构和原理基本一样，组成部分包括底座、表盖、步进 ｌ １．４２ －ｏ．０２ Ｏ．ＯＯｏ４ 电机、电子线路板、端钮盒、计度器等。其中电子线路板是关键 ２ １．４３ －０．０ｌ Ｏ．Ｏｏｏ１ 部分，它的主要功能为：完成了电流、电压的取样，并将取样的结 ３ １．４３ －０．Ｏ１ ０．Ｏ０ｏ１ 果换算成电能，且驱动步进电机带动计度器计量，再借助光电 ４ １．４５ Ｏ．０１ Ｏ．Ｏｏ０１ 隔离器件输出供检测用的脉冲。 ５ １．４４ Ｏ．００ Ｏ．ＯＯ００ 单相电子式电能表的工作原理是：当交流电路与电能表连 ６ １．４３ －０．Ｏｌ Ｏ．Ｏｏｏ１ 接后，电压线圈两端承受线路电压，因为电流元件与电压元件 ７ １．４４ Ｏ．０ｏ ０．ＯＯ０ｏ 在电气和结构上有所差异，电流线圈有负载电流流过时，会在 ８ １．４５ ０．０ｌ ０．Ｏ０ｏｌ 空间上不同相位及位置产生一定差异的电压、电流交变磁通。 ９ １．４４ Ｏ．０ｏ Ｏ．００ｏ０ 当圆盘有交变磁通穿过时，圆盘会产生涡流，涡流间的相互作 １０ １．４３ －０．Ｏ１ ０．Ｏｏｏ１ 用使圆盘上产生转动力矩，从而给电能表圆盘一个作用力，使 ｘ＝１．４４ ∑８，－－－０．００ ∑８ｉ＿ｚ＝ｏ．００１０ 其不停地按一个方向转动。 单相电能表计量标准装置测量不确定度是表征单相电能 。。‘ｏ１％ 表测量结果质量的尺度，在电能计量工作中应用广泛。我单位 自由度：Ｔａ＝ｎ一１＝９ 在申请建立单相电能表计量标准装置时，有幸与评审组两位专 ２．２标准不确定度 的评定 家探讨，得出了一份单相电能表计量标准装置测量不确定度评 （１）该不确定度分量是由标准装置最大允差引起的，标准 定与表示方法，现整理如下，愿与同行们共同切磋。 ２单相电能表计量标准装置测量不确定度计算 装置最大允差为±０．１％，属均匀分布，ｋ＝、／丁，则ｕ埘＝且ｋ＝ 测量依据：ＪＪＧ５９６—１９９９（电子式电能表检定规程》。 ＝０．０６％。 环境条件：标准温度，标准湿度。 Ｖ ３ 测量方法：直接比较法。装置输出一定功率给被检表和标 自由度： ∞ 准表进行比较，得到被检表在该功率时的相对误差。 （２）标准装置与被检表之间线压降引起的误差：ｅ ≤ 标准不确定度的来源主要有：由测量重复性的标准不确定 ｏ．０２％，属均匀分布，ｋ＝、／了，则ｕ皿＝ｅ＿ ｚ＝ ＝ｏ－０ｌ％。 度分量ｕ ，采用Ａ类评定方法评定；由检定装置、光电控制器等 引起的误差估算标准不确定度分量Ｕ ，采用Ｂ类评定方法评 自由度： ∞ 定。 （３）光电控制器引起的误差：ｅ，≤０．０１％，属均匀分布，ｋ＝ ２．１标准不确定度分量１．１Ａ的评定 ０．０１％， ＝ ＝ ＝０－ｏｌ％。 选一块电子式单相电能表，ＤＤＳ２８型，２级，电流：ｌＯ（６Ｏ）Ａ， 自由度： ∞ 电压：２２０Ｖ，常数：１ ６ＯＯｉｍｐ／ｋＷｈ，对２２０Ｖ／１０Ａ载点，功率因素 ｅｏｓ￣ｏ＝１．０时，在同等条件下连续测量１０次，所得数据如表１所 （４）装置的电流、电压、功率稳定度引起的误差：ｅ ≤ 示： ｏ．０２％，属均匀分布’ｋ： ’贝ＩＪｕ肼＝｝＝ 警＝０．ｏ１％。 合成样本标准差： 自由度： ａ。 Ｂ类合成不确定度： 实际工作中以两次测量的平均值为测量结果： ２１７ 技术研发 ＴＥＣＩｔＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏ１．１ ８，Ｎｏ．７，２０１ １ ｕ口 ４ｕＢｌ ＋ ２ －Ｉ－ｕｇ３ ＋ 口４‘ ＝广— ———了———了——— 通或减少非工作磁通的间隙，减少圆盘厚度等。 ３．２．４不稳定冲击负载运行因素 √０．０６。＋０．０１ ＋０．０１２＋０．０１２ ＊ 主要部件由转动元件惯性造成，新的稳定转速由原来转速 变化而要经过一段时间，而在瞬时功率随时间而频繁波动或急 剧变化的负载条件下，电压误差会跟着发生变化。即产生误差 的机理是当负载电流产生变化时，负载在同一时间内消耗的电 ：Ｏ．０６％ 自由度： ２．３合成标准不确定度ｕ。的评定 “ ： ： ：０．０６％ 能与电能表在这段时间内所计量的电能不相符合，误差由此而 生。要降低冲击负载影响的这类附加误差，主要措施有：校验电 能表时，负载电流值发生变化后，测定一般应在该负载电流运行 至电能表能稳定转速再进行。 有效自由度： ｅｔｆ＝＾ｙＢ＝。。 ２．４扩展不确定度的评定 Ｕ＝ｋ×ｕｃ＝２×０．０６％＝０．１２％（ｋ＝２、 ３．２．５倾斜因素 这类因素主要是影响到制动力矩和驱动力矩之间的关系， ２．０级单相电子式电能表相对误差测量结果的扩展不确定 度为：Ｕ ＝０．０７９％Ｖｄｒ＝４５ ３计量产生误差的原因及调整措施 计量误差指的是：负载实际消耗电量和电能表的指示电量 存在一定差异。造成这种差异现象的原因可分为“基本误差和 附加误差”。其中，基本误差产生原因由电能表内部结构造成， 附加误差指由于外界条件变化造成。而整体上，基本误差一般 是主要由厂家设计制造造成，出厂检验时把好关一般可避免这 样的误差产生，以下将重点对附加误差作进一步分析。 ３．１基本误差及调整措施 基本误差，实际上就是所谓的电能表在其检定规程规定的 正常条件下测得的相对误差值。这种类型的误差与负载电流和 功率因数有很大关系，即负载电流和功率因数有变化，基本误 差也会相应发生变化。基本误差其产生的主要原因有：摩擦力 矩因素、抑制力矩因素、补偿力矩因素、电流铁芯磁化曲线的非 线性等因素。要减少基本误差产生，可通过一些解决方法完善， 主要方法包括：加装电流铁芯过载补偿装置，提高制造和检修 装配质量，减少电流磁路的安匝数，设置轻载补偿装置等。 ３．２附加误差及调整措施 这类误差的产生主要取决于电能表实际运行时所处的检 定条件和外界条件。归结产生附加误差的主要因素有：电压、温 度、频率、不稳定冲击负载运行、倾斜、自热等，以下将分析几种 因素。 ３．２．１电压因素 影响原理是因为电压工作磁通的变化会受电压的变化影 响，而当这影响产生后，就会进一步对电压抑制力矩、驱动力矩 和补偿力矩的比例关系造成一定程度的影响，附加误差由此产 生。对于这方面的影响因素可通过一些措施改善电压特性，主 要有：降低补偿力矩，增加非工作磁通磁饱和孔及增加永久磁 钢的制动力矩。 ３．２．２温度因素 温度误差的主要原因是制动磁通随温度的变化引发的，而 电能表的温度附加误差主要是幅值温度误差。产生机理：当温 度降低时，电能表转速变慢，负附加误差产生；温度升高时，电能 表转速变快，正附加误差产生。此类温度误差解决措施主要有： 在电流电磁铁上加装相角误差调整装置，或在永久磁铁和电压 磁铁上加装补偿片。 ３．２．３频率因素 机理主要是因为转动力矩发生了变化，具体是因为当电网 频率变化时，电流磁通、电压磁通和电压回路阻抗角的因素，而 这则影响到了转动力矩。针对此类因素，可采取的解决措施主 要有：减少电压线圈的直流电阻，耗较低的硅钢片，增大工作磁 ２７８ 进而引起电能表转速发生变化，误差由此而生。具体机理是， 当电能表安全倾斜时，轴承上转动元件位移改变，产生转动元件 上侧压力，误差由此产生。要减小这类误差的措施主要有：安装 电能表时应以圆盘水平为准，垂直安装；选取制动磁钢和驱动 元件对圆盘的相对位置，同时下移转动元件重心。 ３．２．６自热因素 主要是由电能表自身原因产生，具体原理是电能表在未稳 定的状态下进行测试，另一个则由电能表自身在通电过程中消 耗功率引起。要完善自热特性要从降低电压线路功耗和电流这 两点出发考虑；调整措施主要有：加大电流，低损耗硅钢片铁 芯、电压线圈的截面积。 ４结论 电能表是供电部门与用户间电费结算的重要依据，其质量 如何将关系着千家万户的利益。尽管不可避免电能表有误差， 但通过一些调整措施还是可以将误差尽量减少。本文探讨了 单相电能表计量标准装置测量，并分析了有关检定单电能表检 定装置Ａ类和Ｂ类测量不确定分量的来源等，且也结合实例进行 了计算分析与评定，从而保证了检定单相电能表检定装置达到 了ＪＪＦ１０５９—１９９９（测量不确定评定与表示》的相关规定，增加检 定的科学性。综上所述，要做好单相电能表计量标准装置测量 不确定度评定，应严格根据国家计量技术规范进行检定，这样 得出相关检定结果数据，将更可靠、科学且实用，更具说服力。 此外，建议经济条件允许的地方，可适当推广使用便于实现远 程抄表且准确度高的电子式电能表。 参考文献： ［１】 交流电能表检定装置【Ｓ］．ＪＪＧ５９７—２００５，国家质量监督检验 检疫总局．２００６—０６—２０． 【２］测量不确定度评定与表示【Ｓ】．ＪＪＦ１０５９—１９９９，国家质量技术 监督局．１９９９—０５—０１． ［３】方俊．单相电子式电能表的特点及其原理【Ｊ１．云南电力技 术，２００３，３１（１）． Ｉ｜４】朱秀宇．单相电能表检定装置测量不确定度分析『Ｊ］．计量天 地，２００７，１０（３１）． 【５１王秀云，赵颖楠．电子式三相电能表示值误差测量结果的 不确定度评定『Ｊ】．中国计量，２０１０，（４）． ［６］周多慧．矿电能计量方式与设备的选择及计量差错分析『Ｊ］． 计量与测试技术，２０１０，（６）． 作者简介： 龚英基（１９７６一）。男，广西桂平人，毕业于广西计量学校。 现广西桂平市计量测试所工作。研究方向：计量器的检定。