電流互感器對(duì)電能計(jì)量的影響研究

趙軒

佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)中心 廣東佛山 528000

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的增長與發(fā)展，人們的生活水平越來越高，用于生產(chǎn)和娛樂過程中所需要的電能也越來越多。電力企業(yè)為了能夠在當(dāng)下的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中，占據(jù)自己的一席之地，就必須不斷提高自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，以增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而其中的電能計(jì)量就是有效地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要方式之一。所以，要深入分析與研究電流互感器的工作原理和電流互感器與電能計(jì)量之間的關(guān)系，充分地將電流互感器的作用發(fā)揮出來，提高電能計(jì)算的整體精準(zhǔn)性。

1 電流互感器的具體影響

1.1 電流互感器在檢修方面產(chǎn)生的影響

電流互感器作為準(zhǔn)確計(jì)量電能的主要裝置，需要非常專業(yè)的人員來對(duì)電流互感器進(jìn)行專業(yè)的分析、檢查與維修。眾所周知，電能在運(yùn)輸?shù)倪^程中由于電阻等問題會(huì)產(chǎn)生一定量的消耗，為了保證電力用戶可以正常地使用電能，就需要在輸出時(shí)加大一些電壓。但是如果增加的電壓過大，就會(huì)使輸出的電能不符合相應(yīng)的用電條件，導(dǎo)致用戶無法正常地使用電能。如果電流互感器出現(xiàn)故障卻沒有及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，可能會(huì)導(dǎo)致電流變得非常不穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成很大的負(fù)荷壓力。一旦電能出現(xiàn)了誤差，會(huì)讓相關(guān)的電力部門承受巨大的損失。因此，在電流互感器的檢修方面，一定要讓專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行，并對(duì)電流互感器進(jìn)行反復(fù)的確認(rèn)，確保問題不會(huì)發(fā)生[1]。

1.2 電流互感器選擇方面對(duì)計(jì)量的影響

只有合理地選擇電流互感器，才能更準(zhǔn)確地對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量。如果選擇的電流互感器不符合相應(yīng)經(jīng)過的電流。就會(huì)在電流互感器在實(shí)際使用時(shí)，出現(xiàn)電流互感器一次繞組流經(jīng)電流時(shí)，產(chǎn)生一定的消耗的現(xiàn)象。這里產(chǎn)生的消耗方式，有概率和電流戶跟其二次繞組產(chǎn)生相對(duì)的感應(yīng)電流勢(shì)，這樣就會(huì)導(dǎo)致鐵芯會(huì)出現(xiàn)磁通現(xiàn)象。通常情況下，選擇了合適的電流互感器時(shí)不會(huì)發(fā)生這種情況的。但是沒有選擇合適的電流互感器就會(huì)使鐵芯在不斷地消耗時(shí)會(huì)對(duì)電量互感器造成一定的影響，甚至?xí)?dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差[2]。所以，在選擇電流互感器時(shí)，要避免電路互感器的鐵芯，由于沒有選擇對(duì)應(yīng)徑流電流的電流互感器出現(xiàn)過度消耗的問題。

1.3 電流互感器在誤差方面產(chǎn)生的影響

當(dāng)前的市場(chǎng)上出售的電能表等產(chǎn)品，經(jīng)過實(shí)際調(diào)查，得出都有著或大或小誤差的結(jié)論。電能計(jì)量出現(xiàn)誤差的原因，與這些沒有質(zhì)量保證的產(chǎn)品有著很大的關(guān)系。而這些產(chǎn)品的質(zhì)量問題又是由于一些無良廠商，為了更多的經(jīng)濟(jì)利益，降低了制作的成本，偷工減料，原材料也存在著很嚴(yán)重的質(zhì)量問題。其中的一些生產(chǎn)廠家，會(huì)使用三類磁鋼作為生產(chǎn)電流互感器的原材料。三類磁鋼這種材料存在著很大的質(zhì)量問題，還會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)失磁現(xiàn)象。在不斷減少電能表的電阻的同時(shí)還會(huì)增加自己本身的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這種狀態(tài)的電流互感器基本不可能保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。由于三類磁鋼的特殊性，剛剛使用時(shí)與正常的電流互感器一樣，只有在使用了一段時(shí)間后才出現(xiàn)失磁現(xiàn)象。因此就算在購買電流互感器時(shí)做到了認(rèn)真的檢查與排查，也很難找出這些質(zhì)量問題嚴(yán)重的電流互感器，還會(huì)給相應(yīng)的電力企業(yè)造成巨大的損失[3]。

1.4 電流互感器在超負(fù)荷或低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)對(duì)電能計(jì)量的影響

根據(jù)實(shí)際操作可知，只有在負(fù)載電流在額定電流的120%以內(nèi)，負(fù)載的電流越大，電流互感器對(duì)電能計(jì)量的誤差就越小，呈負(fù)相關(guān)。但是當(dāng)負(fù)載的電流超過了額定電流的120%之后，電流互感器對(duì)電能計(jì)量的誤差與負(fù)載電流的大小呈正相關(guān)。還有一種特殊情況就是，當(dāng)負(fù)載電流很小，甚至不超過額定電流的1%時(shí)，電流互感器對(duì)電能計(jì)量的誤差，會(huì)隨著負(fù)載電流的減小而增大。根據(jù)國家在2010年出臺(tái)的相關(guān)文件規(guī)定，電流互感器在進(jìn)行測(cè)量電流時(shí)需要將額定功率與二次負(fù)荷的數(shù)值確保在0.25-1中間，這樣才能保證電流互感器在測(cè)量電流時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤差不超過國家相關(guān)規(guī)定中的限值。也就是說，只有二次負(fù)載的電流處于額定電流25%～100%這一區(qū)間時(shí)，電流互感器對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量時(shí)的結(jié)果誤差最小。目前市場(chǎng)上的電流互感器，都會(huì)在自身的銘牌上標(biāo)有自身的額定負(fù)荷電流，其中一大部分的電流互感器還標(biāo)注了自身的負(fù)荷電流的下限。另外一部分沒有標(biāo)注自身負(fù)載電流下限的電流互感器對(duì)于額定二次電流5A，額定負(fù)荷7.5VA及以下的電流互感器，下限負(fù)荷為2.5VA；額定負(fù)荷電阻小于0.2Ω的電流互感器下限負(fù)荷為0.1Ω。因此，在電力企業(yè)實(shí)際使用電流互感器時(shí)，應(yīng)該保證二次負(fù)載電流在電流互感器的負(fù)荷電流范圍內(nèi)，才能減少誤差，更加準(zhǔn)確地對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量。

2 電流互感器實(shí)際操作中對(duì)電流計(jì)量的影響

不同類型的企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，用電情況不同，比如連續(xù)用電、階段性用電、間歇性用電與不確定性用電等等狀況，基本不可能使用電量保持恒定。比如一個(gè)工廠在生產(chǎn)旺季白天的最高負(fù)載電流為200A，這大大超過了電流互感器的額定電流，導(dǎo)致對(duì)電流互感器對(duì)電能計(jì)量產(chǎn)生誤差，計(jì)量出的結(jié)果與工廠實(shí)際用電量不相同。而當(dāng)工廠正常生產(chǎn)時(shí)，負(fù)載電流又會(huì)大幅度降低，當(dāng)工廠停止生產(chǎn)時(shí)負(fù)載電流可以降到0.5A甚至更低，這時(shí)的負(fù)載電流不到電流互感器額定電流的1%，電能計(jì)量的結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生誤差。根據(jù)這種情況，對(duì)電流互感器的誤差進(jìn)行檢查，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1的數(shù)據(jù)可以得知，當(dāng)通過電流互感器的實(shí)際負(fù)載電流與額定電流越接近時(shí)，結(jié)果越準(zhǔn)確。

表1 電流互感器的誤差

在相同情況下，對(duì)于電流互感器匹配的電能表進(jìn)行檢測(cè)，負(fù)載電流選擇為標(biāo)定電流Ib的10%～500%，其功率因數(shù)為1.0，檢定點(diǎn)為標(biāo)定電流的10%、50%、100%、400%、450%、500%，電能表的誤差具體數(shù)值如表2所示。

表2 電能表的誤差

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可知，一旦實(shí)際使用中的負(fù)載電流超過電能表的最大額定電流時(shí)，過載電流越大，電能表產(chǎn)生的誤差越大。

綜上所述，電流互感器會(huì)因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)行造成誤差變大，電能表也會(huì)因此導(dǎo)致精度降低。這樣的結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致，超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)越嚴(yán)重，對(duì)電能計(jì)量的偏差也就越大。假設(shè)某工廠的三項(xiàng)電路，所安裝的電流互感器的額定電流是15安培。三項(xiàng)電路并不是完全正常連接的，其中電流線路中存在一個(gè)電流表，并且這個(gè)電路中的功率表與電能表之間還存著電流回路。電流互感器的繞組也會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生一定的影響。電流表與功率表安裝在一起，電能表與互感器安裝在開關(guān)附近，其中是使用銅制電纜進(jìn)行相連的，存在一定的電阻。整個(gè)電路的總長度一共為7m，因此電流互感器的二次負(fù)載的實(shí)際數(shù)據(jù)為：

式中：S2I代表電流互感器的二次實(shí)際負(fù)載，VA。

Kjx代表二次回路導(dǎo)線接線系數(shù)為。

Kjx2代表串聯(lián)線圈總阻抗接線系數(shù)為1。

I2n代表電流互感器二次額定電流，A。

Zm代表二次接入電能表電流線圈總阻抗，Ω。

Rk代表二次回路接頭接觸電阻Ω，一般取（0.05-0.1）Ω，此處取0.1Ω。

ρ代表銅導(dǎo)電率，ρ=57m/Ω·mm2。

A代表二次回路導(dǎo)線截面，mm2。

根據(jù)上述的公式，再對(duì)電流互感器的實(shí)際負(fù)載進(jìn)行計(jì)算：

根據(jù)上述公式計(jì)算的結(jié)果可知，電流互感器是在超負(fù)荷運(yùn)行的，導(dǎo)致電能計(jì)量時(shí)出現(xiàn)了一定的誤差。因此，在實(shí)際生活中對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量時(shí)，還必須注意到低壓電損對(duì)電能計(jì)量產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)語

綜上所述，電流互感器的檢修、選擇、誤差以及超負(fù)荷或者低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致電能計(jì)算出現(xiàn)誤差，也就降低了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。在目前這種情況下，企業(yè)應(yīng)該及時(shí)地發(fā)現(xiàn)電流互感器的問題，并及時(shí)地解決問題，從本文提到的幾個(gè)方面入手，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)定增長。