互感器负荷负荷箱校准作业指导书.doc

互感器负荷箱校准作业指导书 ZDS/05/04/060

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ZHEJIANG PROVINCIAL ELECTRIC POWER
TEST & RESEARCH INSTITUTE
浙江省电力试验研究院

文件编号: ZDS/05/04/060

互感器负荷箱校准作业指导书

版权所有COPYRIGHT

1 目的
本作业指导书用于指导互感器负荷箱的校准工作。
2 范围
本作业指导书适用于额定频率为50Hz的新制造、使用中和修理后的准确度等级为3级及以下的互感器负荷箱的校准作业。
3 技术依据
3.1 JJG 313《测量用电流互感器》
3.2 JJG 314《测量用电压互感器》
3.3 JJG 1021《电力互感器》
3.4 JJG 169《互感器校验仪》
3.5本院《互感器负荷箱校准方法》
4 使用的仪器设备
4.1 FZX-H+型负荷箱自动测量仪
主要技术指标：电流负荷箱量程0.010Ω-10Ω（额定电流5A）；电压负荷箱量程0.010ms-20ms（额定电压100V）；同相分量绝对误差：DX=±(X×1%+Y×1%)；正交分量绝对误差：DY=±(X×1%+Y×1%)；电流、电压百分表准确度：1.5级；电源容量：300VA。
5 校准条件和要求
5.1 实验室具有防尘、防潮条件，温度25℃-35℃，相对湿度30%-80%。
5.2 实验室应有直接接地装置。
5.3 实验室供电电源为（220±22）V，波形失真小于5％，频率（50±0.5）Hz。
6 工作程序
校准项目包括：电流负荷箱示值误差校准、电压负荷箱示值误差校准。
6.1 校准前的准备工作
6.1.1 试验前应检查工作电源及接地是否可靠,并对负荷箱自动测量仪进行开机预热。
6.1.2 外观和通电检查
1）对被校准负荷箱的各种开关、按钮及接线端子进行检查，应接触良好、定位准确，无明显松动现象。外壳上应有明显、可靠的接地端子。
2） 面板或铭牌上应有产品名称、型号、编号、生产厂家、制造日期、准确度等级、额定频率、额定电流或电压、电流或电压工作范围、功率因数和标称负荷值等的明确标识。电流负荷箱还应标明外部连接导线的电阻值。
3） 数字显示的负荷箱通电后，其显示应清晰完整，不应有重叠和缺笔划现象。
6.1.3 绝缘电阻的测量
在非工作状态下，使用500V的绝缘电阻表进行负荷箱输出端子对机壳的金属部分的绝缘电阻测量，其结果应不小于5MΩ。
6.2 校准方法
6.2.1 电流负荷箱示值误差校准
6.2.1.1 校准线路
电流负荷箱的校准采用四端法接线，原理图如图1所示。

图1 电流负荷箱校准线路简图
图中Z----被校准电流负荷箱
6.2.1.2 校准步骤
1) 电流负荷箱的所有示值点均应在100％额定电流下进行校准。
根据被校准电流负荷箱的基本参数，如功率因数、二次电流、接线电阻等，按负荷箱自动测量仪的说明书设置测量对象、二次电流、外接线电阻、工作量程等参数。
调节负荷箱自动测量仪上的调压器，缓慢升起电流至100％额定电流，读取该电流下的标准值。
2)选择一个常用的负荷（5A电流负荷箱一般选择3.75VA，1A电流负荷箱一般选择1.0VA），进行电流系数测量。
调节负荷箱自动测量仪上的调压器，缓慢升起电流至120％额定电流，而后分别读取 120％、100%、20%、5%、1%额定电流下的标准值。
6.2.2 电压负荷箱示值误差校准
6.2.2.1 校准线路
电压负荷箱校准的接线原理图如图2所示。

图2 电压负荷箱校准线路简图
图中 Y----被校准电压负荷箱
6.2.2.2 校准步骤
1) 电压负荷箱的所有示值点均应在100％额定电压下进行校准。
根据被校准电压负荷箱的基本参数，如功率因数、二次电压等，按负荷箱自动测量仪的说明书设置测量对象、二次电压、工作量程等参数。
调节负荷箱自动测量仪上的调压器，缓慢升起电压至100％额定电压，读取该电压下的标准值。
2)选择一个常用的负荷（一般选择2.5VA），进行电压系数测量。
调节负荷箱自动测量仪上的调压器，缓慢升起电压至120％额定电压，而后分别读取120％、100％、80％、50％、20％额定电压下的标准值。
6.2.3 互感器负荷箱示值误差计算
用户要求对校准结果准确度符合性进行判断的负荷箱，电流负荷箱和电压负荷箱的示值相对误差分别按公式（1)和（2) 进行。
1) 电流负荷箱
为方便计算，将负荷阻抗的示值误差公式中的分母改为负荷阻抗的标称值进行计算，则负荷阻抗的示值误差公式为：
(1)
式中：Z0——负荷阻抗的标称值，，R0为负荷阻抗有功分量的标称值(应与规定的外部连接导线电阻一并计算)，为负荷阻抗的功率因数；
Zx——负荷阻抗的实际值。
按式(1)计算出负荷阻抗的误差，结果应符合被测电流负荷箱的准确度要求。
2) 电压负荷箱
为方便计算，将负荷导纳的示值误差公式中的分母改为负荷导纳的标称值进行计算，则负荷导纳的示值误差公式为：
(2)
式中：Y0——负荷导纳的标称值，，G0为有功分量的标称值；
Yx——负荷导纳的实际值。
按式(2)计算出负荷导纳的误差，结果应符合被测电流负荷箱的准确度要求。
7. 安全注意事项
7.1 校准人员要熟悉标准装置及配套设备的性能，能正确使用。
7.2 对本项目的作业过程中危险源辨识及风险评价，具体见危险源辨识、评价、控制措施表。
7.3 实验室应备有防火，防盗等防范设施。
8.仪器设备操作规范
《FZX-H+负荷箱自动测量仪使用说明书》
9.原始记录
见附件1。
10.结果报告内页格式
10.1 校准证书封面格式采用中心规定的统一格式。
10.2 校准证书应给出所有校准项目的数据，并按要求给出重要数据测量结果的扩展不确定度及扩展因子。
见附件2。
11．量值溯源图
见附件3。
12．不确定度分析与评定
见附件4。
13．期间检查方法
列入期间检查计划时，期间检查方法见附件5。
14．仪器设备维护方法
列入维护计划时，仪器设备维护方法见附件6。
附件1：
互感器负荷箱校准记录

委托单位

证书编号

器具名称

型号规格

出厂编号

出厂日期

制造厂商出厂技术指标
额定电流：
额定电压：
准 确 度：
额定容量：
量程范围：
接线电阻：
功率因数：
制造厂

校准日期

校 准 员

审 核 员

受样日期

样品
流水号

委托文件
编号

环境条件： 温度： ℃ 湿度： %RH
校准时使用的标准：

校准时使用的计量器具：
序号
名 称
型号规格
编号
使用情况
1

□使用□未使用
以上使用的计量器具使用情况：
使用前情况：□正常 □异常 使用后情况：□正常 □异常
异常计量器具：
异常现象：

一、外观检查：
二、通电检查：

三、校准数据：
1.电压/电流系数测量 电压 □ 电流 □
被测示值： 单位：
被测示值： 单位：
百分表示值
标准示值 单位：
百分表示值
标准示值 单位：
有功分量
无功分量
有功分量
无功分量

2.基本误差校准
量程：
量程：
被校示值
单位：
标 准 示 值
单 位：
被校示值
单位：
标 准 示 值
单 位：
有功分量
无功分量
有功分量
无功分量

注：不够可添页。附件2：证书内页格式
浙江省电力试验研究院校准证书 证书编号：
Calibration Certificate of ZPEPTRI Certificate No.

1、本院经中国合格评定国家认可委员会评审，符合ISO/IEC 17025∶2005《检测和校准实验室能力的通用要求》（CNAS-CL01《检测和校准实验室能力认可准则》）的要求，认可证书号：CNAS L1522。
This laboratory has been assessed and proved to be in compliance with ISO/IEC 17025:2005《General Require for the Competence of Testing and Calibration Laboratories(CNAS-CL01 Accreditation Criteria for the Compete of Testing and Calibration Laboratories)》，Accreditation Certificate No.CNAS L1522.

2、校准所依据的技术文件(代号，名称)
Reference Documents for the Calibration(Code，Name)

3、校准使用的主要计量标准器具
Main Measurement Standard Used in this Calibration
型号及名称
Model and Description

测量范围
Measuring Range

不确定度或准确度
或最大允许误差
Uncertainty or accuracy or maximum permissible error

制造厂商
Manufacturer

器具编号
No.of Standard

证书有效期限
Duration Date

本计量标准的量值可溯源至国际单位制(SI)
This measurement standard used in the (SI)
★
4、校准地点、环境条件
Place and environmental conditions of the calibration
地点：
Place
温度： ℃ 湿度： ％RH
Temperature Relative Humidity

注：本证书提供的结果仅对本次被校准的样品有效。未经本院书面批准，不得部分复制此证书。
Note：The data are valid only for the samples. It’s invalid if partly copy it.

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浙江省电力试验研究院校准证书 证书编号：
Calibration Certificate of ZPEPTRI Certificate No.

5、被试品信息
Sample Information
器具名称 型号
制造厂名
额定电压 V 额定电流 A
额定容量 VA 量程范围 Ω
准确度等级 接线电阻 Ω
额定频率 Hz 功率因数
6、校准数据/结果：
Data/Result of the Calibration

量程：
量程：
被校示值
单位：
标 准 示 值
单 位：
被校示值
单位：
标 准 示 值
单 位：
有功分量
无功分量
有功分量
无功分量

注：本证书提供的结果仅对本次被校准的样品有效。未经本院书面批准，不得部分复制此证书。
Note：The data are valid only for the samples. It’s invalid if partly copy it.

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浙江省电力试验研究院校准证书 证书编号：
Calibration Certificate of ZPEPTRI Certificate No.

量程：
量程：
被校示值
单位：
标 准 示 值
单 位：
被校示值
单位：
标 准 示 值
单 位：
有功分量
无功分量
有功分量
无功分量

注：不够可添页。
7、测量结果扩展不确定度
Expanded Uncertainty of Calibration Results

8、结论及说明
Conclusion and Description

校准日期： 年 月 日
Date of Calibration
校准员(签字)： 核验员(签字)：
Calibrated by Checked by

注：本证书提供的结果仅对本次被校准的样品有效。未经本院书面批准，不得部分复制此证书。
Note：The data are valid only for the samples. It’s invalid if partly copy it.

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附件3：量值溯源图
量值溯源图
上

基（标）准名称：工频数字万用表
不确定度或准确度或最大允许误差：
0.05级
溯源单位：浙江省计量科学研究院
一
级
计
量
器
具

检定方法：间接测量法

本
计量标准名称：负荷箱自动测量仪
测量范围：电流负荷箱量程0.010Ω-10Ω；电压负荷箱量程0.010ms-20ms
不确定度或准确度或最大允许误差：
1 级
单
位
计
量
器

检定方法：直接测量法
具

下
一
计量标准名称：互感器负荷箱
测量范围：电流负荷箱量程0.010Ω-10Ω；电压负荷箱量程0.010ms-20ms
不确定度或准确度或最大允许误差：3级及以下
级
计
量
器
具

附件4：
互感器电流负荷箱测量结果不确定度的评定与表示
1. 概述
依据本院《负荷箱校准方法》。在环境温度为25℃-35℃，相对湿度小于80％的条件下，以FZX-H+负荷箱自动测量仪作为标准器，对一台2000型组合式负荷箱、允许误差为3%的电流负荷示值误差进行校准。
2. 评定模型
（1）数学模型

式中： 被校负荷箱示值的绝对误差,Ω；
被校负荷箱示值，Ω；
标准器示值，Ω；
Z=R+jX, R为同相分量，X为正交分量。
（2）灵敏系数
的灵敏系数 ／=　1　
的灵敏系数 ／= -1　
(传播系数为1，各分量均不相关)
3. 不确定度来源分析
（1）负荷箱自动测量仪测量重复性引入的标准不确定度分量
（2）负荷箱自动测量仪准确度引入的标准不确定度分量
（3）负荷箱自动测量仪分辨力引入的标准不确定度分量
（4）电源频率引入的标准不确定度分量
4. 标准不确定度评定
（1）负荷箱自动测量仪测量重复性引入的标准不确定度分量
为了获得测量重复性引入的标准不确定度，在重复性条件下对电流负荷的示值误差进行6次重复测量。选取额定电流为5A、功率因数为0.8、负荷为25VA作为校准点，将测得的同相分量和正交分量的标准示值分别填入表1和表2。
表1. 电流互感器负荷箱的同相分量标准示值统计表（单位：Ω）
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组

S(Ri)
0.745
0.742
0.746
0.744
0.745
0.743
0.7442
0.0015

表中，为算术平均值：
（n=6）
S(Ri)为样本测量标准差：
S（Ri）= （n=6）
表2. 电流互感器负荷箱的正交分量标准示值统计表（单位：Ω）
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组

S(X)
0.608
0.609
0.610
0.610
0.611
0.613
0.6102
0.0017
表中，为算术平均值：
（n=6）
S(Xi)为样本测量标准差：
S（Xi）= （n=6）
校准作业以第一次数据为校准结果，则负荷箱自动测量仪测量重复性引入的标准不确定度分量为：
（Ω)
自由度取v1=n-1=5。
（2）负荷箱自动测量仪准确度引入的标准不确定度分量
负荷箱自动测量仪的准确度为1级，属均匀分布，查表得k=则：
标准不确定度=（0.7442+j0.6102）/=0.0043+j0.0035(Ω)
由于很可靠，则自由度ν2=。
（3）负荷箱自动测量仪分辨力引入的标准不确定度分量
负荷箱自动测量仪在测量电流负荷箱时的分辨力为0.001Ω，属均匀分布，查表得k=则：
标准不确定度=（0.001+j0.001）/2/=0.00029+j0.00029(Ω)
不可靠度取10%，则自由度ν2=50。
（4）电源频率引入的标准不确定度分量
电源频率对标准器的影响，按校准3级负荷箱核算。当电源频率在1％变化内时，对相位差影响量不超过0.4％。其不确定度属B类分量，呈三角分布，即k=2.45。
因此：
由于是理论公式，则自由度ν3=。
5. 合成标准确定度uc
根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如下表所示。
标准不确
定度类别
标准不确
定度分量
不确定度来源
或估计值
测量结果
的分布
传播
系数
标准不确定度分量的值（Ω）
自由度
A
u1
标准器
正态分辨
1

5
B
u2
标准器准确度
均匀分布
1
0.0043+j0.0035

B
u3
标准器分辨力
均匀分布
1
0.00029+j0.00029
50
B
u4
电源频率
三角分布
1
j0.0010

由于各分量间相互独立，则对同相分量和正交分量分别做合成不确定度为：
=0.0046+j0.0040（Ω）
6. 有效自由度
同相分量的有效自由度为：

正交分量的有效自由度为：

整体的有效自由度。
7. 扩展不确定度U
扩展不确定度U由合成标准不确定度uc以及在有效自由度，置信概率p＝0.95时的t分布临界值所得包含因子k=1.960的乘积组成，即：
U0.95＝kuc=0.009+ j 0.008（Ω），k=1.960，。附件5：
电压互感器负荷箱测量结果不确定度的评定与表示
1. 概述
依据本院《负荷箱校准方法》。在环境温度为25℃-35℃，相对湿度小于80％的条件下，以FZX-H+负荷箱自动测量仪作为标准器，对一台2000型组合式负荷箱、允许误差为3%的电压负荷示值误差进行校准。
2. 评定模型
（1）数学模型

式中： 被校负荷箱示值的绝对误差，mS；
被校负荷箱示值，mS；
标准器示值，mS；
Y=G+jB, G为同相分量，B为正交分量。
（2）灵敏系数
的灵敏系数 ／=　1　
的灵敏系数 ／= -1　
(传播系数为1，各分量均不相关)
3. 不确定度来源分析
（1）负荷箱自动测量仪测量重复性引入的标准不确定度分量
（2）负荷箱自动测量仪准确度引入的标准不确定度分量
（3）负荷箱自动测量仪分辨力引入的标准不确定度分量
（4）电源频率引入的标准不确定度分量
4. 标准不确定度评定
（1）负荷箱自动测量仪测量重复性引入的标准不确定度
为了获得测量重复性引入的标准不确定度，在重复性条件下对电压负荷的示值误差进行6次重复测量。选取额定电压为100V、功率因数0.8、负荷为30VA为测量点，将测得的同相分量和正交分量的标准示值分别填入表1和表2。
表1. 电压互感器负荷箱的同相分量标准示值统计表（单位：mS）
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组

S(Gi)
2.392
2.398
2.393
2.395
2.391
2.395
2.3940
0.0025

表中，为算术平均值：
（n=6）
S(Gi)为样本测量标准差：
S（Gi）= （n=6）
表2. 电压互感器负荷箱的正交分量标准示值统计表（单位：mS）
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组

S(Bi)
1.827
1.821
1.817
1.813
1.812
1.807
1.8162
0.0071
表中，为算术平均值：
（n=6）
S(Bi)为样本测量标准差：
S（Bi）= （n=6）
校准作业以第一次数据为校准结果，则负荷箱自动测量仪测量重复性引入的标准不确定度分量为：
（mS）
自由度取v1=n-1=5。
（2）负荷箱自动测量仪准确度引入的标准不确定度分量
负荷箱自动测量仪的准确度为1级，属均匀分布，查表得k=，则：
标准不确定度=（2.3940+j1.8162）/=0.0138+j0.0105（mS）
由于很可靠，则自由度ν2=。
（3）负荷箱自动测量仪分辨力引入的标准不确定度分量
负荷箱自动测量仪在测量电压负荷箱时的分辨力为0.001 ms，属均匀分布，查表得k=，则：
标准不确定度=0.001/2/+j0.001/2/=0.00029+j0.00029 (mS)
不可靠度取10%，则自由度ν2=50。
（3）电源频率引入的标准不确定度分量
电源频率对标准器的影响，按校准3级负荷箱核算。当电源频率在1％变化内时，对相位差影响量不超过0.4％。其不确定度属B类分量，呈三角分布，即k=2.45。
因此：
由于是理论公式，则自由度ν3=。
5. 合成标准确定度uc
根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如下表所示。
标准不确
定度类别
标准不确
定度分量
不确定度来源
或估计值
测量结果
的分布
传播
系数
标准不确定度分量的值 （mS)
自由度
A
u1
重复性
正态分布
1

5
B
u2
标准器准确度
均匀分布
1
0.0138+j0.0105

B
u3
标准器分辨力
均匀分布
1
0.00029+j0.00029
50
B
u4
电源频率
三角分布
1
j0.0030

由于各分量间相互独立，则对同相分量和正交分量分别做合成不确定度为：
=0.0140+j0.0130（mS）
6. 有效自由度
同相分量的有效自由度为：

正交分量的有效自由度为：

整体的有效自由度取较小值，即。
7. 扩展不确定度U
扩展不确定度U由合成标准不确定度uc以及在有效自由度，置信概率p＝0.95时的t分布临界值所得包含因子k=1.960的乘积组成，即：
U0.95＝kuc=0.027+ j 0.025（mS），k=1.96，。附件5：期间检查方法
1.方法
期间检查技术线路采用本院《互感器负荷箱校准方法》中电流负荷箱校准线路和电压负荷箱校准线路，接线图详见本校准作业指导书。当相邻两次期间检查的测量结果的差值小于被试互感器误差限的2/3时，认为期间检查结果合格。
2.试品
名称：电流互感器负荷箱，型号：HL92型，编号：991203，准确度：3级，额定电流：5A、1A 功率因数1.0、0.8。
名称：电压互感器负荷箱，型号：HY91型，编号：991209，准确度：3 级，额定电压：100V 功率因数 1.0、0.8。
3.记录
3.1 阻抗测量功能期间检查记录：
时间
HL92型电流
负荷箱置数
测量仪示值
结论
有功分量
无功分量

3.2 导纳测量功能期间检查记录：
时间
HL91型电压
负荷箱置数
测量仪示值
结论
有功分量
无功分量

附件6：仪器设备维护方法
仪器设备维护记录
仪器名称
负荷箱自动测量仪
仪器型号

放置地点

出厂编号

维护依据
本院《互感器负荷箱
校准方法》
维护周期
每6个月一次。
维护内容
1、检查电气性能；2、装置表面清扫。
维护记录
维护日期
维护内容
维护人员

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