淺析直流分流器檢定過程中遇到的問題

蘇建明 李華杰

摘 要：本文把多年從事直流分流器的檢定、校準工作中遇到的問題一一列出，本著科學嚴謹?shù)膽B(tài)度分析其原因，并給出詳細的解決方法，供同行參考。

關(guān)鍵詞：直流大電流;分流器;遇到的問題;分析

我國現(xiàn)代化工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，直流大電流扮演了重要的角色。比如電解鋁、冶金、軌道交通、直流超高壓輸電、直流充電樁等都用到直流大電流。直流大電流的精準檢定與校準關(guān)系到各企業(yè)的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制、節(jié)能減排等工作，因此對直流大電流進行快速準確測量顯得尤為重要。

近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流大電流測量技術(shù)也不斷更新。直流分流器（以下簡稱“分流器”） 、直流互感器 、霍爾電流傳感器、直流電流比較儀等。其中最為原始、普遍的分流器，在很多領(lǐng)域被廣泛應用。分流器的計量性能直接影響直流大電流測量的準確性。如何科學的評估分流器的計量性能也很重要。

1分流器的結(jié)構(gòu)原理

分流器是四端小電阻量具，它由兩個銅接頭及其之間的片狀或棒

狀電阻元件組成，這電阻元件由采用低溫度系數(shù)的合金制成，普遍采用的是錳銅合金。分流器上的電壓降由安裝在接頭上的電位端子引出。當銅接頭施加輸入電流I1，此時輸出電壓為U2，則分流器實際電阻值為RM=U2/I1。

2遇到的主要問題及分析

2.1 直流數(shù)字電壓表如何選取

JJG 1069—2011直流分流器檢定規(guī)程里介紹了兩種檢定方法：直流電流比較儀電壓測差法、直流標準源法。在采用前者時，直流數(shù)字電壓表是作為測量差值電壓使用，規(guī)程要求應滿足測量誤差不大于±3%。后者是業(yè)內(nèi)普遍使用的方法。測量時，直流數(shù)字電壓表作為測量分流器輸出電壓值使用，規(guī)程要求應滿足測量誤差不大于被檢分流器最大允許誤差的1/10。選用電壓表時，注意該表電壓量程引入的誤差。比如34401A這款表，該表100mV檔技術(shù)指標為±（0.005%rdg+0.0035%fs）。如果簡單理解該表為0.005級的電壓表，可以用來檢定0.1級分流器是不對的。通常分流器輸出電壓都是幾十毫伏，對于額定輸出電壓為50mV的分流器，在其10%額定電流測量時，輸出電壓為5mV。該表在這點的最大允差為0.00375mV，已接近0.1%了，是不能用來檢定0.1級的分流器。所以作為測量分流器輸出電壓值的電壓表，不應只考慮該表的最大允許誤差，還應考慮該表量程范圍給測量結(jié)果帶入的誤差。34420A、2182A這些納伏表準確度高，又有低電壓量程就是不錯的選擇。

2.2 檢定過程中安全預防

分流器在測量直流大電流時會存在發(fā)熱現(xiàn)象，由于材料和制作工藝的缺陷，隨著電流的增大和測量時間的延長，溫度有時候會非常高。還有分流器銅接頭表面不干凈或夾具聯(lián)接不牢固造成接觸電阻過大，通大電流時也會造成分流器或夾具溫度過高。如果檢完后立即用手去拆卸，有燙傷的風險，存在一定的安全隱患。所以在進行大電流分流器檢定時，應配備溫度監(jiān)視工具來監(jiān)視分流器的溫度。出現(xiàn)分流器溫度異常升高，造成分流器輸出電壓異常增大，應立即停止檢定，避免造成因發(fā)熱帶來的其他問題。

2.3 不同檢定點結(jié)果出現(xiàn)差異

規(guī)程中規(guī)定了檢定分流器的檢定點為分流器額定電流的10%、20%、60%、80%、100%5個點。通常情況下，隨著電流的增大和時間的延長，分流器的自熱造成溫度過高，影響到分流器在不同檢定點下電阻值不一樣，電阻值會隨著材料的正溫度系數(shù)或負溫度系數(shù)相對應的增大或減小。大電流分流器的這種差異性會更明顯。通常額定電流的10%和20%兩個點檢定結(jié)果接近且比較穩(wěn)定，60%點檢定結(jié)果開始發(fā)生變化，到額定電流點時，與前面結(jié)果出現(xiàn)很大差異。只有這5個點基本誤差均小于分流器最大允許誤差的要求，才能判定分流器檢定合格。所以檢定時不要不同檢定點結(jié)果出現(xiàn)很大差異表示不理解，或以此判斷分流器性能不好。只有在額定電流下檢定了才能真實的反映分流器發(fā)熱后的計量性能?？蛻粢膊灰灶~定電流的10%點電壓值線性推算出100%點的電壓值來使用。

還有首次檢定的分流器在檢定前需對分流器進行預處理。規(guī)程中明確規(guī)定了新制作的分流器必須在額定電流下進行（15～30）min預處理后，在參考工作溫度下放置4h后再進行檢定。這是因為新制造分流器的材料沒有完全適應冷熱交替工作狀態(tài)，在不同電流下會影響分流器電阻值。通過預處理后，改善分流器焊接加工性能、消除了金屬內(nèi)應力，減少這種差異對檢定結(jié)果帶來的影響。

2.4 接線方式不同影響檢定結(jié)果

曾經(jīng)有客戶送檢了一個2000A的分流器，本實驗室檢定的結(jié)果與他們核查的結(jié)果相差較大，多方查找原因，最后發(fā)現(xiàn)客戶使用時的接線方式（圖1）與本實驗室檢定時電流輸入銅排全部接觸分流器銅接頭的接線方式不同造成的。后來按照客戶的接線方式重校一次，結(jié)果和客戶的核查結(jié)果基本一致。再以0.2級、2000A/50mV的分流器（圖2）為例，分析一下不同接線方式檢定結(jié)果的差異。結(jié)果如表1：

可以看出不同接線方式造成的誤差已大于分流器最大允許誤差的1/3，不能忽略該因素對分流器基本誤差的合格判定。

這種差異主要是因為大電流分流器銅接頭比較寬大，電流的接入點不一樣，使得分流器電阻元件流過的電流密度不均勻，再加上有些分流器焊接工藝上的缺陷，輸出電壓差異有時會比較明顯。所以平時檢定大電流分流器時，電流輸入端要全部接觸分流器銅接頭，使得電阻元件流過的電流密度均勻，這樣才能真正體現(xiàn)了分流器的電阻值。另外，也可以根據(jù)客戶提供的接線方式進行校準，但是必須在證書里注明接線方式。因為該校準結(jié)果只能反映出這種接線方式下的電阻值。

3結(jié)束語

綜上所述，我們不僅要認真學習理解檢定規(guī)程，實際檢定過程中還得消除上述問題帶來的影響。以便科學、合理的評價分流器的計量性能，確保檢定結(jié)果的準確可靠。

參考文獻：

[1]劉浩 項瓊 汪泉 章術(shù)漢.JJG1069-2011《直流分流器》檢定規(guī)程解讀[J].中國計量，2012：125～127

[2]JJG1069-2011《直流分流器檢定規(guī)程》

（廣東省計量科學研究院，廣東 廣州 510405）