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互感器负荷箱测试仪的校准方法探讨

日期:2011-5-10 9:37:39 人气: 时间:2016-09-30 09:44 来源:未知 作者:styqjc

   引 言
互感器负荷箱(以下简称负荷箱)是使用互感器校验仪(以下简称校验仪)对互感器进行检定时常用的设备,起到模拟二次负荷的作用。负荷箱分为电压负荷箱和电流负荷箱,常用的负荷箱精度一般为3级。按照《JJF1264-2010互感器负荷箱校准规范》需要对负荷箱进行定期的校准,间隔时间一般为一年。
目前各中试所、电力局、各地质量技术监督局一般采用负荷箱测试仪来完成校准工作。负荷箱测试仪将调压器、升流器、隔离电压互感器融为一体,同时也扩大了量程范围。在校准负荷箱的过程中,不需要外接任何设备,接线也很简单中山仪器校准
为进一步确保负荷箱校准工作的准确性,需要保证作为校准工具的负荷箱测试仪工作在较高的精准度上,因此要求对该测试仪进行定期检定。
本文首先介绍负荷箱测试仪的基本原理,随后,先介绍如何采用互感器校验仪整检装置来校准测试仪,然后着重介绍如何采用标准负荷箱作为校准方法,最后给出结论。
1 基本原理
1.1 负荷箱测试仪的基本原理
目前电流、电压负荷箱大多是采用电工式原理,通过电阻和电感的串联方式来取得相应的阻抗和导纳的大小。为了准确测量电流负荷箱的阻抗,可以输出一个稳定的电流信号到电流负
荷箱的接线端子上,通过采样端子上的电压信号的大小和与电流信号的角度差,可以计算出相应的电阻和电抗的大小。同样的,为了准确测量电压负荷箱的导纳,可以输出一个稳定的电压信号到电压负荷箱的接线端子上,通过采样回路中的电流信号的大小和与电压信号的角度差,可以计算出相应的电导和电纳的大小。
使用AD采样电压和电流信号的大小,通过快速傅立叶FFT算法可以计算出两路信号的角度差,通过相应的三角函数计算可以求出阻抗和导纳的大小。具体的计算方法如下:
电流负荷箱:电阻) cos ( a ´ = I U R;
电抗) sin ( a ´ = I U X。
电压负荷箱:电导) cos ( a ´ = U I G;
电纳) sin ( a ´ - = U I B。
其中,U和I分别是采样到的电压、电流, α 是相位差,单位为度。
1.2 负荷箱测试仪的接线原理
在校准电流负荷箱时,采用四端法测量,需要接四根线,分别为2根电流线和2根电压线。2根电流线为仪器内部的电流源输出,2根电压线将外部阻抗Z上的电压输入到仪器内部的采样部分。
负荷箱测试仪接线原理图在校准电压负荷箱时,只需要2根电压线。电流信号采样由在仪器内部的电流传感器完成。
2 采用互感器校验仪整检装置
目前一般使用互感器校验仪整检装置(以下简称:整检装置)来对负荷箱测试仪进行校准。其校准的原理为:通过整检装置的阻抗和导纳的功能,输出两路信号,在校准阻抗时,分别输出电流信号和电压信号到负荷箱测试仪的I和∆U;在校准导纳时,分别输出电压信号和电流信号U和∆I。此时,负荷箱测试仪的内部信号源不输出信号,只需要采样端口的两路信号来模拟实际测试负荷箱时的电压和电流信号。
使用此方法来校准负荷箱测试仪实际上是一种间接的模拟方法,此时负荷箱测试仪只是相当于一台电压电流信号采集和分析器,完全不是正常校准负荷箱时的状态。以下几点是此方
法的不足:
(1)负荷箱测试仪在被校准时的接线和实际工作时有区别。电压档位在校准是需要接4根线,实际工作只需要2根。
(2)负荷箱测试仪在被校准时仪器内部的信号源被关断不输出功率,仪器的功率、电磁兼容性能等不能反映出来。
(3)由整检装置的误差带来的影响很难消除。目前整检装置多为0.3级,对于校准1级负荷箱测试仪至少需要0.2级,即使是0.2级的整检装置,其阻抗和导纳档位的范围也远远达不到负荷箱测试仪的测量范围(0.1~80 Ω ;0.1~72ms)。
3 采用标准负荷箱
3.1 标准负荷箱原理
对于任何一个测量物理量的仪器的校准,最直接和准确的方法就是使用物理标准器具。比如校准秤,我们使用标准的砝码;校准尺,我们使用标准的量块;校准电压表,我们使用电压基准。对于负荷箱测量仪而言,它测量的是阻抗和导纳,我们就应该使用标准的阻抗和导纳。
标准负荷箱就是用来校准负荷箱测试仪的标准器具,它由标准的阻抗和导纳构成,按照0.2%的精度可以制造一台电流、电压一体化的负荷箱,同时该负荷箱可以采用一般单位都配有的
台式多用表和电感表来检定。
采用标准负荷箱的方式价格便宜,使用方便,方便送检。对于各个国家检测机构、各省电科院、计量院等单位,直接采用0.05级以上精度的台式多用表和电感表即可对标准负荷箱进行检定,不需要另外添置设备。
3.2 标准负荷箱的设计
标准负荷箱的设计与一般负荷箱稍有不同,为了送检方便,加入了各个档位的电阻和电感可以单独控制的电路,在送检时可以单独检定电阻和电感。按照所提供的电流负荷箱参数表和
电压负荷箱参数表可以分别制作0.2%精度的电阻和电感,采用继电器来实现各个档位的自动切换。继电器由单片机或者DSP来实现控制。
标准负荷箱里面集成了单片机(DSP)、继电器切换、精密电阻、电感阵列、通讯接口等部分。
为实现负荷箱测试仪校准工作的自动化,编写设计用于校准工作的上位PC的校准管理软件,该软件可通过232接口来与下位单片机联机,以实现自动操作。
4 结 论
本文主要介绍校准互感器负荷箱测试仪的两种方法,分别是采用互感器校验仪整检装置和采用标准负荷箱。其中,中山仪器校准由于使用互感器校验仪整检装置来校准负荷箱测试仪实际上是一种间接的模拟方法,并且校准时负荷箱测试仪只是相当于一台电压电流信号采集和分析器,完全不是正常校准负荷箱时的状态,该方法存在一些不足的地方。而采用标准负荷箱进行校准工
作,则由于其价格便宜、使用方便、方便送检显得更有优势,被很多检测、计量机构所采用。
互感器负荷箱测试仪的校准方法还有很多,比如可以采用电工式互感器校验仪整检台,本文仅给出了两种比较有代表性的校准方法以供探讨。